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Die
Erfindung richtet sich auf ein Sicherheitsrelaismodul zum sicheren
Abschalten von Steuerstromkreisen.
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Derartige
Sicherheitsrelais werden z. B. in elektrischen Fahrzeugen benötigt,
bei Maschinen aller Art, in chemischen Anlagen u. dgl. Dabei ist
man bemüht, die Relais nicht nur für sich gesehen
weitestgehend störunanfällig zu gestalten, sondern
auch für eine gewisse Redundanz zu sorgen, d. h. bei Ausfall
eines Gerätes wenigstens ein zweites zur Verfügung
zu stellen.
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Ein
Sicherheitsüberwachungsverfahren dieser Art zeigt beispielsweise
die
DE 43 49 007 A .
Ein redundantes Steuersystem für Schienenfahrzeuge offenbart
beispielsweise die
DE
20 2005 020 802 U , um nur zwei Beispiele zu nennen.
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Aufgabe
der Erfindung ist daher die Schaffung einer Lösung, mit
der möglicherweise auftretende Probleme auch dann beherrschbar
sind, wenn, aus welchen Gründen auch immer, ein Relais
ausfällt.
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Mit
einem Sicherheitsrelaismodul der eingangs bezeichneten Art wird
diese Aufgabe gemäß der Erfindung durch zwei unterschiedliche,
zwangsgeführte Sicherheitsrelais mit je insgesamt wenigstens
vier redundanten Schließerkontakten gelöst.
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Das
entsprechende Sicherheitsrelais ist zweikanälig aufgebaut.
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Jeder
Kanal besteht im Wesentlichen aus einem Relais mit vier Schließer
und Meldekontakten. Der sichere Zustand ist der offene Steuerstromkreis.
Die vier möglichen Steuerstromkreise können durch
je zwei in Reihe geschaltete Schließerkontakte in einer
1 aus 2 Auswahl von jedem Kanal unabhängig vom anderen Kanal
stromlos (offen) geschaltet werden.
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In
mehrkanaligen elektrischen Systemen sind Ausfälle infolge
gemeinsamer Ursache in der Sicherheitsbeurteilung zu berücksichtigen.
Eine mögliche Methode, den Anteil gemeinsamer Ursachen
insbesondere von systematischen Fehlern zu minimieren, ist die Verwendung
diversitärer Herstellungsmethoden. Dies wird im Sicherheitsrelais
von GA berücksichtigt.
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Für
die Ausfälle eines Systems werden zwei Ursachen angenommen,
nämlich zufällige Hardwareausfälle und
systematische Ausfälle.
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Es
wird angenommen, dass die erstgenannten Ausfälle zeitlich
zufällig für jedes Bauteil auftreten und zu einem
Ausfall eines Kanals innerhalb des Systems führen, zu dem
das Bauteil gehört. Die Wahrscheinlichkeit, dass solche
Ausfälle gleichzeitig die parallelen Kanäle beeinträchtigen
ist niedrig. Sie kann unter Verwendung von bewährten Verfahren
berechnet werden.
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Systematische
Ausfälle treten nicht zufällig auf, sondern unter
bestimmten, nachvollziehbaren Bedingungen. Sie werden z. B. durch
Designfehler, Konstruktionsfehler oder unerwartete Umgebungsbedingungen (besonders
kalter Winter, Wasserschaden usw.) verursacht.
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Wenn
in mehrkanaligen Systemen die Kanäle identisch aufgebaut
sind, ist die Wahrscheinlichkeit hoch, dass alle Kanä le
ungefähr gleichzeitig versagen. Sind die Kanäle
unterschiedlich (diversitär), dann ist wahrscheinlich nur
einer der Kanäle betroffen.
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Mit
der Erfindung wird eine besondere, vorteilhafte und signifikante
Diversität erreicht.
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Werden
beispielsweise zwei Sicherheitsrelais unterschiedlicher Hersteller
eingesetzt, besitzen diese keinen gemeinsamen Entwicklungs- und
Fertigungshintergrund, so dass davon auszugehen ist, dass Fehler nicht
aus Fertigungsabfolgen an gleicher Stelle auftreten können.
Auch ist es häufig so, dass unterschiedliche Materialien
eingesetzt werden, wobei hier besonders vorteilhaft ist, die Kontakte
beispielsweise um 90° zueinander anzuordnen.
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Zu
den beiden letzteren Vorteilen sieht die Erfindung in Ausgestaltung
zwei Sicherheitsrelais mit unterschiedlichen Kontaktmaterialien,
wie beispielsweise AgSnO2 einerseits und
AgCuNi andererseits, vor, wobei auch vorgesehen sein kann, dass
die beiden Relais in unterschiedlicher Ausrichtung ihrer Schaltkontakte,
insbesondere in 90° zueinander, posioniert sind.
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Eine
weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung besteht darin,
dass jedem Schließer in jedem Arbeitsstromkreis eine integrierte
Sicherung, insbesondere eine Schmelzsicherung, zugeordnet ist. Auch
dies führt zu einer besonderen Sicherheit gegen Ausfälle.
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In
weiterer Ausgestaltung ist vorgesehen, dass jedes der beiden Relais
mit wenigstens einem zwangsgeführten Öffnungskontakt
gegenüber den Schließkontakten bzw. Schließkontaktpaaren
ausgerüstet ist, in dem der jeweilige Öffner zur
Funktionskontrolle durch Rücklesbarkeit dient.
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In
weiterer Ausgestaltung ist eine Einrichtung zur potentialfreien
Kontrolle der Ausgangsstromkreise vorgesehen. Dies kann sowohl für
elektrische Anschlusswerte von 0 ... 24 VDC oder 0 ... 240 VAC bis
6 A erfolgen, deren Potential zum fließenden Strom in diesen
vier Stromkreisen mittels Konverter vier potentialfreie Niederspannungswerte
erzeugt, die von einem Auswertgerät eingelesen werden können,
womit leicht eine Störung im Arbeitskreis aufgespürt
werden kann.
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Nach
der Erfindung ist auch vorgesehen, dass zwei potentialunabhängige
separat ansteuerbare Relais vorgesehen sind, wobei wiederum in Ausgestaltung
auch vorgesehen sein kann, dass jeder Abeitsstromkreis in den Pfaden
mit Auswertgeräten zum potentialfreien Rücklesen
verbindbar ist.
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Die
Erfindung ist nachstehend anhand der Zeichnung beispielsweise näher
erläutert, diese zeigt in
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1 ein
erfindungsgemäßes Sicherheitsrelaismodul in vereinfachter
räumlicher Darstellung symbolisch aufgebrochen sowie in
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2 einen
möglichen Verschaltungsplan eines Sicherheitsrelaismoduls
nach der Erfindung.
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Das
allgemein mit 1 bezeichnete, in 1 lediglich
schematisch dargestellte Sicherheitsrelaismodul weist zwei unterschiedliche
zwangsgeführte Relais 2 und 3 auf, deren
Unterschiedlichkeit in 1 durch die unterschiedliche
Ausrichtung der Schaltkontakte 4a bzw. 4b zum
Ausdruck kommen soll, ebenso wie eine unterschiedliche Gehäuseform
angedeutet ist.
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Beispielsweise
kann es sich bei dem Relais 2 und dem Relais 3 um
Sicherheitsrelais verschiedener Hersteller handeln.
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Das
entsprechende Modul ist mit den Anspruchskontakten der Verrastung
in den entsprechenden Schaltkästen u. dgl. ausgerüstet,
worauf es hier nicht näher ankommt.
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In 1 sind
die beiden Sicherheitsrelais 2 und 3 mit ”K1” und ”K2” bezeichnet.
Die unterschiedliche Funktionen aufweisenden Schließer
tragen im Falle des Relais 2 die Bezeichnung K1.1 bis K1.7,
die Schließer des Relais 3 die Bezeichnung K2.1
bis K2.6.
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Im
dargestellten Beispiel in jeden Pfad der Schließer K1.1
bis K1.4 und K2.1 bis K2.4 sind Schmelzsicherungen F1 bis F4 vorgesehen.
Eine galvanisch getrennte Stromüberwachung trägt
in 2 das Bezugszeichen 4.
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Erkennbar
ermöglicht jedes Relais die einzelne antivalente Rücklesbarkeit
des Ansteuerungssignales durch die Kontakte 21, 22 für
das Relais 2 bzw. 61, 62 für
das Relais 3, wobei auch andere Varianten möglich sind.
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Zu
dem erfindungsgemäßen Modus sind nachfolgend einige
allgemeine Merkmale aufgeführt, ohne dass die Erfindung
darauf beschränkt wäre:
Das Modul ist auf
Hutschiene (35 mm) oder C-Schiene montierbar. Die Einbaulage kann
waagerecht oder senkrecht sein.
| * 2 × zwangsgeführte
Sicherheitsrelais unterschiedlicher Hersteller |
| *
TÜV Rheinland typgeprüft | |
| *
Umgebungstemperatur: | –25°C
... +70°C |
Daten
für Eingangsbereich:
| * Eingangsnennspannung
UN: | 24
VAC/DC |
| * Zulässiger
Bereich: | 0,8
... 1,1 UN |
| * Stromaufnahme
bei Nennspannung: | 80
mA |
| * Statusanzeige
für K1 und K2: | grüne
LED |
| * 1 × Freilaufdiode
parallel zur Spule | |
| * Gleichrichtung
der Eingangsspannung | |
Daten
für Ausgangsbereich:
| * Max.
Schaltstrom: | 6
A |
| * Schaltspannungsbereich: | 5
... 240 VDC/AC |
| | |
| * Dauerstrom
Ith2: | 6
A |
| * Dauerstrom
Ith2 gleichzeitig | |
| über
2 Kontakte: | 6,0
A |
| * Dauerstrom
Ith2 gleichzeitig | |
| über
3 Kontakte: | 4,9
A |
| * Dauerstrom
Ith2 gleichzeitig | |
| über
4 Kontakte: | 4,2
A |
| | |
| * Max.
Schaltvermögen | |
| (DIN
EN 60947-4-1/EN 60947-5-1): | |
| – AC-15
230/240 V Ie = | 3,0
A |
| – DC-13
24 V Ie = | 2,5
A |
| | |
| * Ansprechzeit Öffner, | |
| Kontakt öffnet
typisch: | 20
ms |
| * Ansprechzeit
Schließer, | |
| Kontakt
schließt typisch: | 21
ms |
| * Rückfallzeit
Schließer, | |
| Kontakt öffnet
typisch: | 6
ms |
| * Rückfallzeit Öffner, | |
| Kontakt
schließt typisch: | 11
ms |
| * Mechanische
Lebensdauer: | 107 Schaltspiele |
| * Elektrische
Lebensdauer: | 105 Schaltspiele (mit Nennlast) |
| * Feinsicherungen
zum Schutz der Schließerkontakte F1, F2, F3 und F4, mittelträge,
6A |
Normen:
EN 50205,
EN 50155,
IEC
61810-1, UL508
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen
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keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
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Zitierte Patentliteratur
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- - DE 4349007
A [0003]
- - DE 202005020802 U [0003]
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Zitierte Nicht-Patentliteratur
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- - DIN EN 60947-4-1 [0029]
- - EN 60947-5-1 [0029]
- - EN 50205 [0029]
- - EN 50155 [0029]
- - IEC 61810-1 [0029]