JP6707538B2 - 電気負荷を安全にオフにする安全開閉装置 - Google Patents

Description

本発明は、電気負荷をオンにし安全にオフにする安全開閉装置に関するものであり、該安全開閉装置は、フェールセーフ評価制御ユニットと、電位を提供する出力端子と、前記電位を前記出力端子に接続することのできる第１作動接点を有するスイッチング要素と、前記スイッチング要素を前記評価制御ユニットを介して動作させるための入力信号を受信する入力端子とを備える。

このような安全開閉装置は、たとえば特許文献１から公知である。

一般的な種類の安全開閉装置は、たとえば、プレス機やフライス盤などの電動機械をオンにし、安全にオフにするために、特に工業分野で使用されている。したがって、安全開閉装置は制御技術において安全関連機能を達成する装置であり、安全関連機能は危険の範囲内で生じるリスクを受け入れ可能なレベルにまで低減させる機能を有する。安全関連機能は、たとえば非常オフ／非常停止機能、保護ドア機能、またはドライブの保持監視機能でもある。一般に、安全開閉装置は特定の機能を監視し、別の安全開閉装置を相互接続することにより、機械または設備全体を確実に監視することが可能である。

各安全開閉装置は主にその技術的な設計において異なっている。冒頭に述べた特許文献１は、たとえば接点型リレー技術に基づいた伝統的な安全開閉装置を記述している。この場合、非常事態において電気負荷への電力を遮断するために、前記電気負荷をオフにする、１つまたは複数の安全リレーが使用される。安全リレーの制御回路は、たとえば、非常オフスイッチにより電源電位に接続されていて、作動接点は正常な運転時に閉じている。非常オフスイッチを起動すると、作動接点が開く。作動接点としてリレーの作動接点を使用することが可能であり、前記接点は一般に直列接続されて、監視される機械または設備への電源を直接もしくは間接的に制御する。

伝統的な安全開閉装置に加えて、電子評価システムを備える安全開閉装置がますます使用されるようになってきている。電子評価システムは、異なる信号トランスミッタから入力信号を受信して評価し、障害を検出するために使用される。これらの安全開閉装置は出力側接点型無電位（contact-based potential-free）出力、純粋な電子半導体出力またはその２つの組み合わせを備える。完全な電子安全開閉装置は、たとえば、特許文献２に開示されている。

その技術的な設計に関係なく、すべての安全開閉装置は、正確に配線されたときに、装置の障害またはセンサもしくはアクチュエータにより生じる外部障害のどちらも安全関連機能の損失につながらないように設計しなければならない。この目的のために、安全開閉装置は一般に、冗長的に２チャネルで設計して、一方のチャネルで障害があったとしても、安全関連機能を第２のチャネルで防護できるように設計されている。

しかし、２チャネル構造の場合、共通の原因から生じる障害であるいわゆる共通原因故障がなお発生する。このため、たとえば、伝統的な安全開閉装置の場合、２つのリレー接点が溶着されることになり、そのため両チャネルとも無効になる可能性がある。これにより、安全関連機能が完全に失われることになるであろう。

共通原因故障のリスクを最小限に抑えるための１つの対策は、冗長性を高めることである。たとえば、３つ以上のチャネルを有して具現されて、このように共通原因故障の影響を低減させる安全開閉装置が知られている。

同様に、スイッチング要素に異なる負荷をかけさせることによって、同時故障を防止する回路ソリューションが知られている。たとえば、冒頭で述べた特許文献１は、たとえば、冗長スイッチングリレーが異なる公称スイッチング能力を備えるリレー技術に基づく安全開閉装置を記述している。この対策により、リレーはその構成の結果として異なる時点で切り換わり、その結果、通常の動作モードでは、少なくとも１つのスイッチング要素は負荷がかかっても切り換わらない。したがって、１つのスイッチング要素は、異なる負荷、特により低い負荷を受け、その結果、同時故障の確率を下げることができる。

しかし、共通原因故障を低減させる前述のアプローチは一般に高価であり、相当な出費を伴う。特に、さらなる冗長性を追加することは、単純な安全開閉装置の場合には不釣り合いなほど製造コストを増加させる。さらに、さらなる冗長性は共通原因故障の確率を下げるだけである。このような故障を排除するわけではない。

先行技術から、過電流の場合にトリップするヒューズを電気機器に装備することが知られている。ＯＣＰ（＝過電流保護）としても記述される公知の過電流保護装置は、ヒュージブルリンク、電気ヒューズ、または電気機械式回路遮断器である。

安全開閉装置に関し、過電流保護装置は特許文献３から公知である。特許文献３は、特に、過電流短絡の場合に、接地接続を有する装置に電力を供給する電源ユニットを開示している。このような回路系は、一般に、「クローバ（crowbar）」回路とも記述される。短絡が電源の電力増加を引き起こし、その結果、電源に直列に置かれているヒュージブルリンクがトリップして、電源が断路する。その結果、安全開閉装置は電源から物理的に分離されているので、それ以上危険を生じることはない。しかし、電源のこのような「断路」は、安全開閉装置に対する制御を失うことにもつながる。特に、安全装置がトリップしてしまったら、安全開閉装置はいずれの診断機能も行うことができなくなり、つまり、安全開閉はそれ自体の故障を上位コントローラに報告することもできなくなり、上位コントローラが開閉装置から故障の理由を直接得ることもできない。このことは、複数の安全開閉装置を有する複雑な設備に関しては特に問題である。

電気機械的な原理に基づく別の過電流保護装置は、たとえば自動車業界で知られている。たとえば、特許文献４および特許文献５は自動車の主電流路を保護する安全装置を開示している。同様に、ここでは、過電流を検出するために電流路を監視し、特定の電流強度を超えた場合に、分離要素によって電流路に物理的に蓋をする。主電流路が短絡する時に発生する高電流のために、電気機械式アクチュエータに加えて、特に、雷管が設けられて、主電流ラインを素早く確実に遮断することのできる分離要素も提供するよう提案される。セパレータと、主電流路の電流を判定する対応するセンサとが、車両のバッテリのできるだけ近くに設けられて、障害がある場合に、好ましくは車載電源全体を断路することができるようにされている。しかし、これらの保護装置の場合、主電流路が断路してしまったら、安全装置自体が診断機能を一切行えなくなることがここでも欠点である。

独国特許出願公開公報第１９９５４４６０ Ａ１号明細書 独国特許第１００１１２１１ Ｂ４号明細書 独国特許出願公開公報第１０２０１３１０１０５０ Ａ１号明細書 独国特許第４１１０２４０ Ｃ１号明細書 欧州特許出願公開公報第０７２５４１２ Ａ２号

以上の背景に照らし、本発明の目的は、フェールセーフに機械をオフすることのできる代替安全開閉装置を提供することであり、前記代替安全開閉装置は、共通原因故障および安全開閉装置内の他の障害に対して特に高度な安全性を提供すると同時に、費用対効果が高い。

本発明のある側面によると、この目的は、冒頭に述べた種類の安全開閉装置によって達成される。前記安全開閉装置は、接続部と駆動要素と分離要素とを有するセパレータを備え、前記駆動要素は前記分離要素を第１位置から第２位置に機械的に移動させるように構成されており、前記接続部および前記第１作動接点は互いに直列に電位を出力端子に電気的に接続しており、前記第２位置において、前記分離要素は前記接続部を２部に不可逆的に分離する。

本発明の別の側面によると、この目的はさらに、電位を提供する出力要素と、前記電位を前記出力端子に接続することのできる第１作動接点を有するスイッチング要素とを備える安全開閉装置のセパレータによって達成される。前記セパレータは接続部と駆動要素と分離要素とを有し、前記駆動要素は前記分離要素を第１位置から第２位置に機械的に移動させるように構成されており、前記接続部および前記第１作動接点は互いに直列に前記電位を前記出力端子に電気的に接続しており、前記第２位置において、前記分離要素は前記接続部を２部に不可逆的に分離する。

そのため、本発明のアイデアは、機械の設備を保護するための安全開閉装置に、安全開閉装置の１つ以上の要素に故障がある場合に、安全関連機能を始動することのできる別のセパレータを提供することである。セパレータを意図的に開閉装置の他の要素とは異なる作動原理に基づかせることによって、共通の原因を有する故障を排除する。そのため、新規なセパレータは冗長性を高めるだけでなく、むしろ多様性を提供することによって、単純な形で、共通原因故障から生じる故障を排除することが可能である。

特に、セパレータは、始動されたら、技術設備を安全ではない状態で再始動することができないように、開閉装置の構造を物理的に破壊する不可逆的な片方向スイッチとして設計される。そのため、新規なセパレータは「最後の手段」の原理に基づいており、命綱として、好ましくは外部エネルギー供給に依存せずに、安全開閉装置を直接安全な状態にする。同時に、安全開閉装置のエネルギー供給で安全装置を始動する場合のように、セパレータを始動するときに、安全開閉装置自体に対する制御を完全に失うことがないようにする。対して、好適な実施形態の安全開閉装置は、セパレータが始動された後でも、診断機能を行うことが完全に可能なままである。このことは、安全開閉装置が複雑なアセンブリの一部である場合、またはある安全関連機能に加えて、安全開閉装置によって別の機能を行うことができるようにそれ自体が具現されている場合には、特に有利である。特に、開閉装置がコントローラのモジュールとして設計されているプログラマブル安全コントローラにとっては、個々の安全関連機能の「最後の手段」が始動された場合でもコントローラが依然として機能することができることは有利である。

さらに、本発明のセパレータは、異なる設計を有する複数の安全開閉装置で使用することができる。このため、本開示によるセパレータは、リレー技術を使用する伝統的な接点型の安全開閉装置でも、半導体出力を有する完全な電子機器でも使用することができる。これらの多様な可能な用途の結果、新規なセパレータは、同じ機能を有する異なる部品を使用することによって多様性を達成する安全開閉装置よりも、特に複数の部品に関して有利である。新規なセパレータは、全体として、より少ない部品を保管しておけばよいためである。

このように、本発明の安全開閉装置およびセパレータは、先行技術からの公知の解決策よりも安全で費用対効果が高い。そのため、前述の目的は完全に達成される。

ある実施形態において、スイッチング要素が、特に溶着された作動接点において、誤作動を起こした場合、駆動要素は分離要素を第１位置から第２位置に移動させる。評価制御ユニットが誤作動を検出し、それに応じて分離要素を第１位置から第２位置に移動させるように駆動要素を制御するように構成されていると好ましい。

この実施形態では、セパレータの駆動要素は直接または間接的にスイッチング要素に連結されている。特に、駆動要素はスイッチング要素のコントローラに接続されて、スイッチング要素の誤作動がある場合に、駆動要素が始動して、分離要素を介して安全関連機能を起動させるようにする。たとえば、リレー技術を使用した安全開閉装置は、２つの作動接点が溶着され、同時に故障することが考えられる。このような故障を検出できる一方で、従来の安全開閉装置はそのための解決策は提供しない。セパレータをスイッチング要素のコントローラに連結することにより、単純な形で、作動接点の危険な溶着がある場合の解決策を提供することができる。

別の実施形態では、安全開閉装置は、分離要素を第１位置から第２位置に移動させる操作動力を備え、前記操作動力は駆動要素に格納されている。

この実施形態では、好ましくは機械的エネルギーまたは熱エネルギーの形態での操作動力は、駆動要素自体に格納されている。それにより、セパレータは安全開閉装置の正常な電源、たとえば電圧供給がなくなるときにも始動することができる。このように、新規な安全開閉装置は特にロバストで、故障に対して保護される。

別の実施形態では、駆動要素は燃料と点火装置とを備える。

この実施形態では、駆動要素は、駆動要素を始動するために点火装置によって点火される燃料を備える。燃料が燃焼することにより、分離要素が移動し、接続部は特に効果的に２部に不可逆的に分離する。このように、セパレータは、電位を出力端子に提供するために使用されるスイッチング要素とは全く異なるメカニズムによって起動される。セパレータとスイッチング要素との機能的な違いが大きいほど、共通原因故障の確率が低くなる。そのため、これらの手段によって、特に高次の多様性が達成される。

別の実施形態では、駆動要素は、燃料の音速よりも低い速度で燃焼する燃料を備える。

この実施形態では、分離要素は燃料を燃焼させることにより始動させられ、燃料または燃料の量は、前記燃料が燃料内の音速よりも低い速度で燃焼するように選択される。その結果、燃料のデトネーションではなくデフラグレーションを起こす。それにより、急激な燃焼が起こり、膨張する気体によってのみ、爆圧が生じる。デフラグレーションに関し、燃焼圧はほとんどの場合ほぼ１０バールである。生じる圧力が分離要素を移動させて、燃焼から生じるオペレータへの過度な危険なく、接続部を確実かつ急速に分離する。

別の実施形態では、安全開閉装置は、分離要素が第２位置にあるときに、機械的かつ不可逆的に２つに分離される１つまたは複数の別の接続部を備える。

この実施形態では、１つまたは複数の別の接続部は分離要素によって物理的に破壊される。このように、単純で高い費用対効果で、複数の電流路を個別のセパレータによって確実に断路する。

別の実施形態では、安全開閉装置は、第１作動接点と接続部とに直列に接続されている第２作動接点を有する第２スイッチング要素を備える。

このように、この実施形態では、安全開閉装置は追加保護としてセパレータを有する２チャネルを有して具現される。そのため、この実施形態では、冗長スイッチ要素が故障する場合にのみ不可逆的な保護が実施される。このことは、それにより安全開閉装置が少数の特殊な場合にのみ、たとえば、両方のスイッチング要素の作動接点同士が同時に溶着されるときにディゼーブルにされるため特に有利である。

別の実施形態では、安全開閉装置は、駆動要素とは独立して分離要素を移動させることのできる別の駆動要素を備える。

この実施形態では、駆動要素は冗長的に設計されており、すなわち、セパレータは２つの別々の始動メカニズムを備える。それにより、安全開閉装置に通常利用されるスイッチング要素の冗長設計は無用になる。その結果、安全開閉装置は二重チャネル設計にすることができ、追加の安全性は駆動要素の二重設計により達成される。それにより、たとえば、有利なことに、スペースを取る機械的スイッチングリレーをより小型の第２駆動要素に代えることができ、それにより安全開閉装置は高い費用対効果で、小型化して製造することができる。

別の実施形態では、安全開閉装置は、スイッチング要素と分離要素とが配置されている回路基板を備える。

この実施形態では、スイッチング要素およびセパレータは単一の回路基板に配置されている。それにより、安全開閉装置は特に小さく製造することができる。好ましくは、セパレータを含む安全開閉装置のすべての電子部品を単一の回路基板に割り当てることができる。

別の実施形態では、安全開閉装置は少なくとも１つの導体トラックを有する回路基板を備え、接続部は少なくとも１つの導体トラックの１セクションである。

その結果、この実施形態では、接続部は導体トラックの一部であり、分離要素によって２部に分離することができる。導体トラックは電位、スイッチング要素の作動接点、接続部および出力端子間の電気接続を提供する。すなわち、導体トラックは安全開閉装置によって切り換えることのできる電流路を形成し、接続部はその一部である。それにより、有利なことに、接続部には追加部品が不要になるので、セパレータを特に費用対効果高く製造することができる。

言うまでもなく、上で述べた特徴および以下説明する特徴はそれぞれ述べた組み合わせだけで使用されるのではなく、本発明の範囲を逸脱することなく、他の組み合わせ、または単独構成でも使用できる。

本発明の安全開閉装置の好適な利用分野の簡略図を示す。 好適な実施形態にかかる安全開閉装置の模式図を示す。 作動していない状態のセパレータの断面図を示す。 作動した状態のセパレータの断面図を示す。 セパレータの平面図を示す。 別の実施形態にかかる安全開閉装置の模式図を示す。 別の実施形態にかかる冗長なセパレータを有する安全開閉装置の模式図を示す。

本発明の実施形態を図面に図示し、以下の説明で詳細に説明する。

図１は、本発明の安全開閉装置１０の好適な利用分野を示す図である。安全開閉装置１０は、ここでは、自動化ロボット１４で示される技術設備１２を保護するために使用されている。言うまでもなく、本発明はこのような特定の設備の監視に制限されるものではない。むしろ、本書で使用される「電気負荷」という用語は、機械指令２００６／４２／ＥＣに関するあらゆる機械をいうものと理解される。

図１は、特に、非常遮断機能を実現するための安全開閉装置１０の使用を示している。同様に、安全開閉装置は、非常停止、保護ドア機能またはドライブの保持監視など、他の安全関連機能のためにも使用することができる。

この好適な実施形態において、安全開閉装置１０は配線１６によって非常オフボタン１８に接続されている。非常オフボタン１８は配線１６を通して入力信号を安全開閉装置の入力端子２０に、たとえば、非作動状態の電位を入力端子２０に受け渡すことによって提供するように構成されている。しかし、別の実施形態では、入力信号は、光バリア、光グリッドまたは接触スイッチなど、いわゆるＯＳＳＤ（出力信号開閉装置）信号として別の信号発生器により直接提供することもできるであろう。

出力側で、安全開閉装置１０は、別の配線２２を介して、外部接触器２４を制御しており、正常な運転中、電位は出力端子２６に提供されるので、接触器２４が付勢されて、その常時オン接点２８が閉じるようになっている。接触器２４の常時オン接点２８は技術設備１２の電源３０に直列に配置されている。

安全開閉装置１０は、以下の図面を参照して詳細に説明するように、接触器２４に電力を供給するために、入力端子２０の入力信号に応じて出力端子２６の電位を提供するように構成されている。非常オフボタン１８が作動されると、入力信号が変化し、そのときに安全開閉装置が電位から出力端子２６を断路するので、外部接触器２４をオフにする。その後技術設備１２は電源から断路されて、安全状態になる。言うまでもなく、外部接触器の制御は機械を安全な状態にする１つの可能性でしかない。代替例として、出力端子２６の電位の変化は、人や材料を保護するために他の手段を始動することのできるバイナリ出力信号とみなすこともできる。

図２に、本発明の安全開閉装置１０の好適な実施形態を示す。同じ参照番号は図１と同じ部品を示す。

安全開閉装置１０はここでは、詳細には図示されていないハウジング３２内に配置されている。安全開閉装置のさまざまな端子はハウジング３２の入出力端子２０，２６によって接続可能である。たとえば、非常オフボタン１８は、この実施形態では、配線１６によって安全開閉装置１０に接続されている。非常オフボタン１８はここでは、互いに対して強制駆動（positively driven）され、それぞれ正常な運転中に入力端子２０に電位３４を受け渡す２つの作動接点を有するスイッチング要素である。

入力端子２０は評価制御ユニット３６に接続されている。評価制御ユニット３６はここでは、入力端子２０の入力信号をフェールセーフに評価して、対応する制御コマンドを提供する２つのマイクロコントローラ３８ａ，３８ｂを備えている。図面に矢印４０で示すように、マイクロコントローラ３８ａ，３８ｂは互いを監視するように構成されている。好ましくは、マイクロコントローラ３８ａ，３８ｂは、筆記体の文字で示されるように、異なるメーカー製にして、マイクロコントローラ３８ａ，３８ｂ内で共通原因故障から生じる故障を避けられるようにする。

この好適な実施形態では、第１および第２のスイッチング要素４２，４４が、制御コマンドによって制御される。第１スイッチング要素４２の第１作動接点４６および第２スイッチング要素の第２作動接点４８は電流路５０に直列に接続されて、前記各作動接点により電位を出力端子２６に提供することができる。この実施形態では、電流路５０、第１作動接点４６および第２作動接点４８は冗長的に設計されている。したがって、作動接点４６，４８は、互いに対して強制駆動されて、電流路５０を開閉するためにスイッチング要素４２，４４によって移動される２つの接点ブリッジを備える。この実施例では、出力端子２６で提供される電位５１は、別の端子５２によって外部から電流路５０に供給される。他の実施形態では、この電位は安全開閉装置１０自体から直接提供することができる。

正常な運転中に、非常オフボタン１８が押されていないとき、電位３４は入力端子２０に印加される。評価制御ユニット３６は入力端子２０の電位を評価して、電流路５０が接続されて、端子５２からの電位５１が出力端子２６に提供されるようにスイッチング要素４２，４４を制御する。

非常オフボタン１８が押されると、電位３４はそれ以上入力端子２０に提供されず、そのときに評価制御ユニット３６はスイッチング要素４２，４４を制御して、電流路５０を開く。その結果、電位５１は出力端子２６でそれ以上利用することはできない。そのときに、たとえば、外部接触器をオフにして、図１に関して上で説明したように、技術設備をフェールセーフに停止する。

図示する実施形態では、基本部品は冗長的に設けられている。すなわち、安全開閉装置１０は第１および第２のチャネルを備え、各チャネルは、たとえば、外部接触器を制御するために出力端子に電位を提供するなど、安全関連機能を実行するために互いに独立して設計してもよい。

さらに、スイッチング要素４２，４４の機能性を、作動接点４６，４８に連結された評価制御ユニット３６への帰路回路５３によって検証してもよい。結局、このように、チャネルのうちの１つに障害がある場合に、技術設備が安全にオフにされることを確実にするだけでなく、チャネルのうちの１つの中の障害を検出することも可能である。

また、安全開閉装置１０は、いくつかの実施形態では、電気接点を有する専用ハウジング５５に封入されたセパレータ５４を備える。セパレータ５４は、電流路５０の一部となる少なくとも１つの接続部５６を有する。図示する実施形態では、電流路５０の各チャネルに別々の接続部が設けられている。

また、セパレータ５４は駆動要素５８と分離要素６０とを備える。分離要素６０は、ここでは、ブロック図でその機能を爪（pawl）で示されており、図３を参照して詳しく説明する。

駆動要素５８は、ここでは評価制御ユニット３６に接続されて、制御コマンドにより前記ユニットで起動することができる。評価制御ユニット３６が制御手順を行うことは必ずしも必要ではない。他の実施形態では、駆動要素５８は、直接前述した帰路回路５３またはスイッチング要素自体に連結して、たとえばその誤作動を検出するようにすることができる。

図３ａおよび図３ｂを参照して詳しく説明する。駆動要素５８が起動されると、すぐに分離要素６０を第１位置から第２位置に移動させる。それにより、分離要素６０は接続部５６を不可逆的に分離し、爪で示されるように、リセットをさせなくする。すなわち、起動すれば、セパレータ５４は電流路５０を物理的に断路し、スイッチング要素４２，４４とは独立して安全関連機能を実行する。それにより、出力端子２６は電位から不可逆的に断路される。

好ましくは、セパレータ５４は、両方のチャネルで故障が起こった場合のみ、たとえば、第１および第２のスイッチング要素４２，４４の作動接点が同時に溶着された場合に制御されて、起動される。それによりセパレータ５４の作動原理は、スイッチング要素４２，４４の作動原理とは基本的に異なる。スイッチング要素４２，４４は好ましくは「閉電流リレー」の原理に従って設計される。すなわち、正常な運転中は能動的に切り換えられて、その作動接点が閉じている。対して、セパレータ５４は正常な運転時には受動的で、必要な場合にのみオンにされる。その結果、セパレータ５４は冗長性を有利に高めるだけでなく、安全開閉装置１０の多様性も高めることができる。

図３ａおよび図３ｂは、新規なセパレータ５４の好適な実施形態を、待機状態と起動状態とで示す。セパレータ５４は上部６４と下部６６とを有するハウジング６２を備える。上部６４および下部６６は好ましくは、開放端面および閉鎖端面を有する円筒形の中空体である。開放端面は回路基板６８の対向面上に配置されて上部および下部６４，６６が閉鎖円筒形ハウジング６２を形成するようになされており、回路基板６８は端面に平行にハウジング６２に交差するのが好ましい。

この好適な実施形態では、点火可能な燃料７０の形態をしている駆動要素５８が上部６４に配置されている。燃料７０は適切な容器の円筒形上部６４のベースに平らに配置されているのが好ましい。燃料７０は、たとえば、上部６４に圧入される固体または半固体形態の燃料にすることができる。自動車のエアバッグで使用されるアジ化ナトリウム（ＮａＮ_３）化合物が、このような燃料の一例である。

また、図面において線７４および点火コイル７６で示すように、燃料７０を点火するために、たとえば、電気的に始動することのできる点火装置７２が設けられている。代替例として、駆動要素は機械的な設計、たとえば、図面において参照番号５８’付きの破線で示すように、弾性ばね７８にしてもよい。

特に好適な実施形態において、評価制御ユニット３６は点火装置７２のインピーダンスを継続的に判定する。それにより、セパレータ５４の機能性を単純に検証することができる。さらに、点火装置７２の制御回路のスイッチング能力を、短い電流パルスを使用して試験することができる。全体として、点火装置７２の故障を検出する高い確率を確保することができ、それにより高い安全度水準（ＳＩＬ）を達成することができる。

さらに、分離要素６０が上部６４に配置されており、好ましくは、燃料７０を完全に覆うように円筒形上部６４に収まるように設計されている。また、分離要素６０の燃料７０から遠方の面に先細のジグザグ部８０が設けられている。前記ジグザグ部は回路基板６８の方向を向いている。

下部６６は精密嵌め合いで上部６４に対向して置かれ、ベースに置かれて分離要素６０のジグザグ部がそれに嵌合できるように配置されているジグザグ部を備える。

接続部５６は、上部および下部６４，６６の両ジグザグ部の間に配置されている。好ましくは、接続部５６は回路基板６８の１つ以上の導体トラック８２の連続体である。

１または複数の導体トラック８２は、電位を出力端子２６（図２）に接続する電流路５０（図２）の一部である。特に好ましくは、ハウジング６４内にある回路基板６８の領域は、少なくとも部分的に可撓性であり簡単に分離可能な材料である。たとえば、導体トラック８２をこの領域において、ポリエステルまたはポリイミドから作られたキャリア箔８４（図４）に配置してもよい。

図３ｂを参照して詳しく説明するように、駆動要素５８および分離要素６０は互いに協働し、接続部５６の１または複数の導体トラック８２を不可逆的に分離するように構成されている。

図３ｂは、燃料７０が燃焼した後の図３ａの実施形態を図示している。燃焼プロセスはデフラグレーションプロセスであることが好ましく、これは、生成されて膨張した気体からのみ爆圧が生じる高速燃焼である。それにより、燃焼圧力はほとんどの場合ほぼ１０バールである。燃焼は、燃焼媒体７０の音速よりも低い速度で起こる。それ以外には密閉されたハウジング６２から逃げることができない燃焼ガス７１の圧力の結果として、分離要素６０が上部６４から押されて下部６６に入る。張り出したジグザグ部８０が接続部５６を突き刺して、導体トラックまたは複数のトラック８２を２つ以上の部分に分離する。

スイッチングリレーなど、安全開閉装置の安全関連機能を制御するために通常使用されるスイッチング要素とは対照的に、ここに開示されるセパレータはその作動を反転することのできない片方向スイッチとして機能する。また、リレーとは対照的に、セパレータは安全機能を実行するために能動的にオンにされるのに対して、通常、安全開閉装置の場合には閉電流スイッチが使用される。すなわちそれは、制御回路に電流が存在しているときに安全機能を実行せず、該電流がないときに実行するスイッチである。

有利なことに、分離要素６０を移動させるために必要なエネルギーはセパレータ５４自体に内蔵されている。すなわち、好ましくは、セパレータ５４は外部電源とは独立して分離要素６０を移動させることができる。エネルギーはたとえば燃料７０に、あるいはセパレータ５４の駆動要素５８が機械的原理に基づく場合には圧縮弾性ばね７８に含まれている。その結果、セパレータ５４は、好ましくは、たとえば安全開閉装置への電圧供給が誤作動を起こすかまたはなくなるのと同時に、作動接点４６または４８の障害が検出されると、安全機能を実行することができる。

図４は、図３ａおよび図３ｂの平面図を示す。図４は、この見方から、回路基板６８上に置かれている円筒形上部６６を示す。言うまでもなく、図面では回路基板６８の１セクションのみを図示しており、好ましくは安全開閉装置１０の他の電子部品または電子機械部品も回路基板６８上に完全にまたは部分的に配置することができる。この図面において、回路基板６８のセクションは、破線の四角で示す箔８４として示されている。

図面において、上部６６は３つの導体トラック８２のすべてを包み込んでいる。導体トラック８２は安全開閉装置１０の切換可能な電流路の一部である。分離要素６０が上部６６内に配置されており、そのため外からは見えず、図面では前記分離要素のジグザグ部８０が破線で示されている。

図３ａおよび図３ｂに関して上で説明したように、分離要素６０は、箔８４と前記箔上に位置付けられている導体トラック８２とを分離するように構成されている。この実施形態では、分離要素６０は、上部６６のハウジングベースに配置されている燃料のデフラグレーションの結果として、箔８４に押し当てられて突き抜ける。この場合、接続部５６は回路基板の可撓性部上の導体トラックである。言うまでもなく、本発明は図面に図示される３つの導体トラック８２に制限されるわけではない。同様に、導体トラックを回路基板６８またはキャリア箔８４の表面上に配置する必要はない。他の実施形態では、セパレータ５４は、回路基板６８の異なる側または異なる層に配置されている１つ以上の導体トラック８２を分離する。

また、本発明は図３ａ、図３ｂおよび図４に図示するセパレータ５４の実施形態に制限されるわけではない。たとえば、セパレータは機械的な設計、たとえば、弾性ばねの形態にすることができるであろう。さらに、セパレータは導体トラックの一部を分離することに制限されるわけではない。他の実施形態では、接続部５６は、電流路５０に端部が接続されている別々の接続セクションにすることもできるであろう。このように、セパレータは、別の実施形態では、配線の形態の接続を不可逆的に分離することができるであろう。

図５および図６を参照して、以下、安全開閉装置１０のさらに２つの実施形態を説明する。同じ参照番号は、前の実施形態と同じ部品を表す。

図５は、図２の実施形態と比較して簡略化した安全開閉装置１０を示す。この実施形態では、安全開閉装置１０がスイッチング要素４２を１つだけ備える単一チャネルをもつように設計されている点が異なる。冗長な第２スイッチング要素の代わりに、この開示によるセパレータ５４は必要なフェールセーフ性を確保するために電流路５０に配置されている。すなわち、この実施形態では、スイッチング要素４２は主に電流路５０をオンオフするために使用され、そのため、出力２６で対応する電位を提供するために使用されるのに対し、セパレータ５４は二次的な安全機能を提供する。好ましくは、セパレータ５４はこの目的のために、スイッチング要素４２の作動接点を評価制御ユニット３６に接続して、スイッチング要素４２の故障を検出し、故障の場合はセパレータ５４を起動するようになされた対応する帰路回路５３に連結されている。このように、この実施形態では、有利なことに、第２の冗長スイッチング要素をなくすことができ、この場合、安全開閉装置１０を特に小型にかつ高い費用対効果で製作することができる。

図６は、本開示によるセパレータ５４を有する安全開閉装置の別の実施形態を図示する。安全開閉装置１０は図２による安全開閉装置と同じ原理に基づいており、この実施形態では、電流路５０は第１および第２の半導体スイッチング要素８６，８８によって接続されている。さらに、電流路５０によって出力２６に接続されている電位は、この実施形態では、図面では参照番号９０で示されているように内部で提供される。言うまでもなく、あるいは、電位は外部から提供されてもよい。第１および第２の半導体スイッチング要素８６，８８は電位９０を出力２６に接続するように構成されている。

さらに、この実施形態のセパレータ５４は別の駆動要素９２を備える。駆動要素５８および別の駆動要素９２は分離要素６０に対して互いに独立して作用する。たとえば、図３ａ、図３ｂおよび図４に関して説明したセパレータ５４では、追加の燃料を有する第２領域を、この燃料を点火することのできる別の点火装置とともに実装できるであろう。別の実施形態では、別の駆動要素９２には、駆動要素とは異なる作動原理を適用してもよく、たとえば、安全開閉装置の多様性をさらに高めることのできる弾性ばねを用いて機械的に実装してもよい。好ましくは、駆動要素５８，９２はそれぞれについて別々に評価制御ユニット３６に接続されている。

駆動要素５８，９２が作用する分離要素６０は、前述したように、電流路５０の接続部または複数の接続部５６を２部に分離する。すなわち、この実施形態では、半導体スイッチング要素８６，８８に関する冗長性は、駆動要素５８，９２の二重設計により実現される。図３ａ、図３ｂおよび図４による実施形態に関して説明したように、駆動要素のこのような冗長設計は、単純かつ高い費用対効果で可能である。

言うまでもなく、説明した実施形態の複数の変型の可能性がある。同様に、本開示によるセパレータは本明細書で例示する安全開閉装置での使用に制限されるわけではない。あるいは、本開示によるセパレータは、追加のメカニズムによりその固有の出力回路を保護するために、構成可能またはプログラム可能な安全性など、他の安全装置にも使用することができる。特に、該安全開閉装置の専用出力モジュールは、本開示によるセパレータを備えることができる。

総じて、新規なセパレータは一方では冗長性を高め、他方では安全開閉装置の多様性を高められる。あるいは、またはそれに追加して、新規なセパレータは、今まで利用できた安全開閉装置を、前記装置を小型化し、費用対効果を高めて製作することができるように簡略化することが可能である。

Claims (11)

1. 電気負荷（１２）を安全にオフにするための安全開閉装置（１０）であって、
   フェールセーフな評価制御ユニット（３６）と、
   電位（５１）を提供する出力端子（２６）と、
   前記電位（５１）を前記出力端子（２６）に接続することのできる第１作動接点（４６）を有するスイッチング要素（４２）と、
   前記スイッチング要素（４２）を前記評価制御ユニット（３６）を介して動作させるために入力信号を受信する入力端子（２０）とを備え、
   接続部（５６）、駆動要素（５８）および分離要素（６０）を含むセパレータ（５４）を備え、
   前記駆動要素（５８）は前記分離要素（６０）を第１位置から第２位置に機械的に移動させるように構成されており、
   前記接続部（５６）および前記第１作動接点（４６）は、互いに直列に前記電位（５１）を前記出力端子（２６）に電気接続し、
   前記第２位置で、前記分離要素（６０）は前記接続部（５６）を不可逆的に２つの部分に分離し、
   前記安全開閉装置（１０）は前記セパレータ（５４）が始動した後でも診断機能を行うことが可能である、安全開閉装置。
2. 前記駆動要素（５８）は、前記スイッチング要素（４２）が誤作動を起こした場合に、前記分離要素（６０）を前記第１位置から前記第２位置に移動させる、請求項１に記載の安全開閉装置。
3. 前記分離要素（６０）を前記第１位置から前記第２位置に移動させ、前記駆動要素（５８）に格納されている操作動力を有する、請求項１または請求項２のいずれか１項に記載の安全開閉装置。
4. 前記駆動要素（５８）は燃料（７０）と点火装置（７２）とを備える、請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の安全開閉装置。
5. 前記駆動要素（５８）は、燃料（７０）の音速よりも低い速度で燃焼する燃料（７０）を備える、請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の安全開閉装置。
6. 前記分離要素（６０）の前記第２位置で、不可逆的に２つの部分に分離される少なくとも別の接続部を有する、請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の安全開閉装置。
7. 前記第１作動接点（４６）および前記接続部（５６）に直列で接続されている第２作動接点（４８）を有する少なくとも第２のスイッチング要素（４４）を備える、請求項１から請求項６のいずれか１項に記載の安全開閉装置。
8. 前記分離要素（６０）を前記駆動要素（５８）とは独立して移動させることのできる別の駆動要素（９２）を有する、請求項１から請求項７のいずれか１項に記載の安全開閉装置。
9. 前記スイッチング要素（４２）と前記セパレータ（５４）とが配置されている回路基板（６８）を有する、請求項１から請求項８のいずれか１項に記載の安全開閉装置。
10. 前記接続部（５６）が少なくとも１つの導体トラック（８２）の１セクションである、少なくとも導体トラック（８２）を有する回路基板（６８）を備える、請求項１から請求項９のいずれか１項に記載の安全開閉装置。
11. 前記駆動要素（５８）は、作動接点が溶着した場合に、前記分離要素（６０）を前記第１位置から前記第２位置に移動させる、請求項２に記載の安全開閉装置。

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