(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
電気負荷（２６）をフェールセーフに分離するための安全スイッチングデバイスであって、少なくとも１つの安全関連入力信号を受信するための入力部（４４）と、前記少なくとも１つの安全関連入力信号を処理するための論理部（５０）と、単一のリレーコイル（５６）、ならびに、第１のリレー接点（６０．１）、第２のリレー接点（６２．１）、第３のリレー接点（６０．２）および第４のリレー接点（６２．２）を有する出力部（５４）とを備え、
前記第１のリレー接点（６０．１）および前記第２のリレー接点（６２．１）は互いに電気的に直列に配置され、前記第３のリレー接点（６０．２）および前記第４のリレー接点（６２．２）は、互いに電気的に直列に配置され、
前記第１のリレー接点（６０．１）および前記第３のリレー接点（６０．２）は、強制駆動リレー接点の第１の群（６０）を形成するように互いに機械的に連結され、前記第２のリレー接点（６２．１）および前記第４のリレー接点（６２．２）は、強制駆動リレー接点の第２の群（６２）を形成するように互いに機械的に連結され、
前記論理部（５０）は、前記少なくとも１つの安全関連入力信号に応じて、前記電気負荷（２４）への電流を許容するかまたはフェールセーフに遮断するために、強制駆動リレー接点の前記第１の群（６０）、および、強制駆動リレー接点の前記第２の群（６２）を冗長制御し、
前記リレーコイル（５６）は、前記論理部（５０）が、前記単一のリレーコイル（５６）を介して、前記第１のリレー接点（６０．１）、前記第２のリレー接点（６２．１）、前記第３のリレー接点（６０．２）および前記第４のリレー接点（６２．２）を制御することができるように、強制駆動リレー接点の前記第１の群（６０）および前記第２の群（６２）に電磁的に結合され、前記第１のリレー接点（６０．１）および前記第３のリレー接点（６０．２）は、前記第２のリレー接点（６２．１）および前記第４のリレー接点（６２．２）とは別個に機械的に移動することができる、安全スイッチングデバイス。
【請求項２】
第１のスイッチング要素（７０）および第２のスイッチング要素（７２）を備え、前記第１のスイッチング要素（７０）および第２のスイッチング要素（７２）は、前記リレーコイル（５６）と電気的に直列に配置されているとともに、前記論理部（５０）が前記第１のスイッチング要素（７０）および／または前記第２のスイッチング要素（７２）を使用して前記リレーコイル（５６）を通る制御電流（７８）を遮断することができるように前記論理部（５０）に結合されている、請求項１に記載の安全スイッチングデバイス。
【請求項３】
前記論理部（５０）は、第１の評価チャネル（５２ａ）および第２の評価チャネル（５２ｂ）を備え、前記第１の評価チャネル（５２ａ）および前記第２の評価チャネル（５２ｂ）は、前記第１のスイッチング要素（７０）および前記第２のスイッチング要素（７２）をそれぞれ冗長制御する、請求項２に記載の安全スイッチングデバイス。
【請求項４】
前記第１のスイッチング要素（７０）は、前記リレーコイル（５６）の上流に位置付けられており、前記第２のスイッチング要素（７２）は、前記リレーコイル（５６）の下流に位置付けられている、請求項２または請求項３に記載の安全スイッチングデバイス。
【請求項５】
前記第１のスイッチング要素（７０）および前記第２のスイッチング要素（７２）の下流に位置付けられている分路抵抗器（７６）を備える、請求項２〜請求項４のいずれか１項に記載の安全スイッチングデバイス。
【請求項６】
前記論理部（５０）は、前記リレーコイル（５６）を通る瞬間的な制御電流（７８）を求めるように構成されている、請求項１〜請求項５のいずれか１項に記載の安全スイッチングデバイス。
【請求項７】
前記論理部（５０）は、前記リレーコイル（５６）を通る制御電流（７８）を、規定の電流値に維持するように構成されている、請求項１〜請求項６のいずれか１項に記載の安全スイッチングデバイス。
【請求項８】
前記論理部（５０）は、前記リレーコイル（５６）における瞬間的な電圧を求め、それに応じて、前記リレーコイル（５６）を通る制御電流（７８）を遮断するように構成されている、請求項１〜請求項７のいずれか１項に記載の安全スイッチングデバイス。
【請求項９】
前記リレーコイル（５６）、ならびに、前記第１のリレー接点（６０．１）、前記第２のリレー接点（６２．１）、前記第３のリレー接点（６０．２）および前記第４のリレー接点（６２．２）は、回路基板上に取り付けられるように設計された共通の構成要素ハウジング（６６）に収容されている、請求項１〜請求項８のいずれか１項に記載の安全スイッチングデバイス。
【請求項１０】
前記第１のリレー接点（６０．１）および前記第２のリレー接点（６２．１）は、常時開接点としてそれぞれ設計されており、前記第３のリレー接点（６０．２）および前記第４のリレー接点（６２．２）は、常時閉接点としてそれぞれ設計されている、請求項１〜請求項９のいずれか１項に記載の安全スイッチングデバイス。
【請求項１１】
前記リレーコイル（５６）は、前記リレー接点（６０．１、６２．１、６０．２、６２．２）に連結されている少なくとも１つの移動可能なアーマチュア（５８）を駆動し、前記出力部（５４）は、光検出器（９０、９２）を備え、前記光検出器（９０、９２）を活用して、前記論理部（５０）は、前記少なくとも１つの移動可能なアーマチュア（５８）の少なくとも１つのアーマチュア位置を検出することができる、請求項１〜請求項１０のいずれか１項に記載の安全スイッチングデバイス。
【請求項１２】
前記リレーコイル（５６）は、前記リレー接点（６０．１、６２．１、６０．２、６２．２）に連結されている少なくとも１つの移動可能なアーマチュア（５８）を駆動し、
前記光検出器（９０、９２）は、前記共通の構成要素ハウジング（６６）の外側に位置付けられている光送信器（９０）および光受信器（９２）を含み、前記光検出器（９０、９２）は、前記光送信器（９０）および／または前記光受信器（９２）から前記少なくとも１つの移動可能なアーマチュア（５８）まで延びる光導波路（９４）をさらに備える、請求項９に記載の安全スイッチングデバイス。
【請求項１３】
前記リレーコイル（５６）は、前記リレー接点（６０．１、６２．１、６０．２、６２．２）に結合されている少なくとも１つの移動可能なアーマチュア（５８）を駆動し、前記論理部（５０）は、前記少なくとも１つのアーマチュア位置に応じて前記リレーコイル（５６）を通る制御電流（７８）を調整するように構成されている、請求項１〜請求項１２のいずれか１項に記載の安全スイッチングデバイス。
【請求項１４】
前記リレーコイル（５６）は、強制駆動リレー接点（６０．１、６０．２）の前記第１の群（６０）と強制駆動リレー接点（６２．１、６２．２）の前記第２の群（６２）との間に空間的に位置付けられている、請求項１〜請求項１３のいずれか１項に記載の安全スイッチングデバイス。
【請求項１５】
安全スイッチングデバイスに用いられるリレー構成要素であって、単一のリレーコイル（５６）、ならびに、第１のリレー接点（６０．１）、第２のリレー接点（６２．１）、第３のリレー接点（６０．２）および第４のリレー接点（６２．２）を備え、前記リレーコイル（５６）および前記リレー接点（６０．１、６０．２、６２．１、６２．２）が収容されている構成要素ハウジング（６６）を備え、
前記第１のリレー接点（６０．１）および前記第２のリレー接点（６２．１）は、互いに電気的に直列に配置され、前記第３のリレー接点（６０．２）および前記第４のリレー接点（６２．２）は、互いに電気的に直列に配置され、
前記第１のリレー接点（６０．１）および前記第３のリレー接点（６０．２）は、強制駆動リレー接点の第１の群（６０）を形成するように互いに機械的に連結され、前記第２のリレー接点（６２．１）および前記第４のリレー接点（６２．２）は、強制駆動リレー接点の第２の群（６２）を形成するように互いに機械的に連結され、
前記リレーコイル（５６）は、前記リレーコイル（５６）における制御電流が、前記第１のリレー接点（６０．１）、前記第２のリレー接点（６２．１）、前記第３のリレー接点（６０．２）および前記第４のリレー接点（６２．２）を制御することができるように、強制駆動リレー接点の前記第１の群（６０）および強制駆動リレー接点の前記第２の群（６２）に電磁的に結合され、
前記第１のリレー接点（６０．１）および前記第３のリレー接点（６０．２）は、前記第２のリレー接点（６２．１）および前記第４のリレー接点（６２．２）とは別個に機械的に移動することができる、リレー構成要素。
【請求項１６】
前記光検出器（９０、９２）は、光バリア含まれる光検出器である、請求項１１に記載の安全スイッチングデバイス。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電気負荷をフェールセーフに分離するための安全スイッチングデバイスに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
そのような安全スイッチングデバイスは、たとえば特許文献１に記載されている。
【０００３】
安全スイッチングデバイスは通常、動作中に人の生命および手足に危険を及ぼす可能性がある自動化された技術的システムをフェールセーフに分離するか、または、任意の他の方法で安全なアイドル状態にするために使用される。この明細書では、「フェールセーフ」とは、たとえば構成要素の故障またはケーブルへの損傷に起因する、安全スイッチングデバイスを含むシステムの安全関連構成要素において故障が生じたときであっても、危険なシステムの分離を確実にしなければならないことを意味する。したがって、安全スイッチングデバイスは、特に機械安全性に関する関連規格（特にＩＳＯ  １３８４９、ＩＥＣ  ６１５０８）において規定されている特定の要件に従う。これらの規格は、リスクの程度に応じて異なる要件を規定しているため、安全スイッチングデバイスは、以下では、主に、電気的に動作される機械の安全な分離中に、ＩＥＣ  ６１５０８に従ったＳＩＬ３および／またはＩＳＯ  １３８４９に従ったＰＬ  ｅの意味における単一の故障安全性を確実にするようなデバイスであるものとする。
【０００４】
上述した特許文献１は、２つのマイクロコントローラを含む論理部を備えるそのような安全スイッチングデバイスを開示している。２つのマイクロコントローラは、それらのデータを比較するとともに互いを監視するために、データリンクを介して互いに通信することができる。２つのマイクロコントローラは、互いに対して冗長である入力信号であって、たとえば緊急停止ボタン、ガードドアまたは光バリアを発生源とすることができる入力信号を処理する。出力側では、それぞれのマイクロコントローラは、機械的に連結され、したがって、複数の強制駆動（positively driven）リレー接点を備える、電気機械的安全リレーを制御する。
【０００５】
いずれの場合にも、１つのリレーの１つの常時開接点は、他方のリレーの常時開接点に直列に接続され、それによって、冗長動作するマイクロコントローラは、２つの経路で、すなわち２チャネルで、電気機械への電源経路を分離することができる。くわえて、それぞれのリレーは、強制駆動動作に起因して、機械的に連結される常時開接点が閉じているときに常に開いている、強制駆動常時閉接点を有する。２つの安全リレーの常時閉接点も、互いに直列に配置され、電流経路を形成し、この電流経路を介して、監視信号が冗長マイクロコントローラにフィードバックされる。マイクロコントローラは、特に、危険な電気機械がオンにされるよりも前の早い時点で、常時開接点のボンディング、溶着等を検出するために、監視信号に基づいて常時開接点の開いた接点を確認することができる。
【０００６】
機械的に連結される複数の常時閉接点および常時開接点をそれぞれ有する、２つの別個の電気機械的安全リレーの使用は、たとえば、「Sicherheitsrelais-Elementarrelais mit zwangsgefuhrten Kontakten; Besondere Eigenschaften und deren Nutzen」（安全リレー−強制駆動接点を備えるエレメンタリーリレー；特有の性質およびそれらの利点）と題する、Eberhard Kirsch, Jurgen SteinhauserおよびFriedrich Plappert著の刊行物に記載されているように、安全スイッチングデバイスを実施するために、長年にわたって確立された、一般的なやり方であった。
【０００７】
この刊行物は、URL www.schaltrelais.de/download/sicherheitsrelais.pdfにおいて、ZVEI-Zentralverband Elektrotechnik- und Elektronikindustrie e. V.（ドイツ電機電子工業連盟），60528 Frankfurtによって利用可能となっており、もともとは、文書化されたものとして、２００６年に引用されたソースによって利用可能であった。
【０００８】
自動化されたシステムのいわゆる機能的安全性を確実にするための安全リレーの使用のさらなる概説は、ZVEIによって２０１４年１１月に刊行され、URL www.schaltrelais.deにおいても利用可能である刊行物「Von Europa in die Welt! Funktionale Sicherheit wird zum Leitgedanken」（「欧州から世界へ！機能安全性は基本理念となる」）において与えられている。
【０００９】
くわえて、電気負荷のフェールセーフな分離のために、強制駆動（電磁式）リレーの代わりに半導体スイッチング要素を利用する安全スイッチングデバイスが、およそ１５年前から利用可能である。そのような安全スイッチングデバイスの１つの例が、特許文献２に記載されている。しかし、電気機械的安全リレーを使用する安全スイッチングデバイスは、例として、分離される負荷との共有基準電位を必要とせず、したがって、多くの用途のために将来的にも必要とされるため、非常に多くの用途に利点を有する。
【００１０】
互いに機械的に剛性接続される複数の常時開接点および常時閉接点をそれぞれ備える、２つの電気機械的安全リレーの使用は、ポテンシャルフリー出力を有する従来技術の安全スイッチングデバイスでは大きな原価要素を有する。安全リレーのためのコストは、安全スイッチングデバイスのための総製造コストのかなりの部分を構成する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１１】
【特許文献１】独国特許第１０ ２００５ ０４８ ６０１ Ｂ３号明細書
【特許文献２】欧州特許第１２６２０２１  Ｂ１号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
以上の背景に対して、本発明の目的は、製造コストを低減することを可能にする、冒頭で述べたタイプの安全スイッチングデバイスを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明の１つの態様によると、この目的は、冒頭で述べたタイプの安全スイッチングデバイスであって、リレーコイルは、論理部が、単一のリレーコイルを介して第１のリレー接点、第２のリレー接点、第３のリレー接点および第４のリレー接点を一緒に制御することができるように、強制駆動リレー接点の第１の群、および、強制駆動リレー接点の第２の群に電磁的に連結され、第１のリレー接点および第３のリレー接点は、第２のリレー接点および第４のリレー接点とは別個に移動（move separately）することができる、安全スイッチングデバイスによって達成される。
【００１４】
したがって、本発明の安全スイッチングデバイスは、電磁的なリレー構成を利用し、電気負荷への電流経路の２チャネル遮断のための冗長な（互いに電気的に直列に配置される）接点は、共有リレーコイルによって生成される共有磁場を活用して制御される。共有制御電流が共有リレーコイルを通って流れ、論理部は、共有制御電流をオンもしくはオフにすることができ、および／または、その電流レベルを調整することができる。したがって、論理部は、少なくとも好ましい実施形態では、単一の制御電流を使用して、上述したリレー接点を制御することができる。
【００１５】
好ましくは、共有制御電流は、単一のリレーコイルを完全に流れ、共通の磁場を生成し、その磁場を活用して、確実にガイドされ冗長リレー接点のすべてを作動させることができる。単一のリレーコイルは、好ましくは制御電流を供給するとともに離れるように導く、ちょうど２つの電気接続部を含む２つの接続部を有する巻線アセンブリを備える。しかし、原則として、リレーコイル上の１つのさらなる接続部、たとえば中心タップ、が考えられる。
【００１６】
驚くべきことに、すべてのリレー接点によって共有される共通のコイルによって生成される共有磁場を活用して、互いに対して電気的に冗長配置される２つの機械的に別個かつ別個に移動可能な接点群を制御することが可能であることが示されている。原則として、リレーコイルに至るとともに共有磁場を生成する複数の制御電流を活用して、この共有磁場を生成することが可能である。
【００１７】
従来技術の安全スイッチングデバイスとは対照的に、本発明の安全スイッチングデバイスは、単一のリレーコイルしか必要しない。リレーコイルの製造は比較的高価であるため、このことは製造コストを下げる。好ましくは、単一のリレーコイルは複数の巻線を含み、これらはすべて、共有コイルコアまたは特にフェライトから作られるヨークを囲む。したがって、１つのリレーコイルは、１つのリレーコイルの巻線を通って制御電流が流れる場合に、すべての前記リレー接点を一緒に作動させる磁場を生成する。しかし、１つの磁場は、この場合、互いから機械的に連結解除され、したがって互いに対して移動可能である２つの接点群を作動させ、したがって、本発明の安全スイッチングデバイスは、共有リレーコイルが１つであるにもかかわらず、２つの別個の分離経路を備える。
【００１８】
好ましい実施形態では、本発明の安全スイッチングデバイスは、すべての必要なリレー接点を提供する１つのみのリレー構成要素、および、１つの共有ダストキャップ下の、すなわち、１つの共有構成要素ハウジング内の、１つのリレーコイルを備える。この１つのリレー構成要素のための製造コストは、今までのところ必要とされている２つの安全リレーのうちの一方のための製造コストと同様の桁である。しかし、好ましい実施形態では、１つのみのそのようなリレー構成要素が本発明の安全スイッチングデバイスにおいて必要とされるため、対象とするタイプの安全スイッチングデバイスに比して、かなりのコストの節減が可能である。くわえて、本発明の安全スイッチングデバイスを組み立てるために利用される配線の複雑さも低減される。これは、回路基板上にリレー構成要素を１つしか取り付ける必要がないためである。
【００１９】
１つのリレーコイルと、互いに対して移動可能である２つの機械的に別個の接点群との間の電磁的な連結は、１つまたは複数のクラッパーアーマチュア、回転アーマチュア等を使用して実施することができる。クラッパーアーマチュアは通常、あらかじめ負荷がかけられるばねによって静止位置にあらかじめ装填されるとともに、リレーコイルにおける制御電流によって生成される磁場によって動作位置まで回動される、回動可能に取り付けられているロッカーアームを含む。クラッパーアーマチュアは、摺動要素を含むように設計してもよいか、または、摺動要素に連結することができ、摺動要素は、すべての連結された（強制駆動）リレー接点を、ばねの張力に抗して、それらの特定の動作位置まで移動させる。制御電流、したがって磁場が存在しない場合、リレー接点は、ばねの張力に起因してそれらの静止位置に後退する。
【００２０】
本発明の安全スイッチングデバイスのための好適なリレーは、原則として、強制駆動リレー接点の双方の群のための共有クラッパーアーマチュアを備えていてもよい。共有クラッパーアーマチュアは、たとえば、互いに反対に移動可能である２つの別個の摺動要素を作動させることができる。しかし、有利には、本発明の安全スイッチングデバイスにおけるリレー構成は、２つのアーマチュアを備え、一方のアーマチュアが、いずれの場合にも、強制駆動リレー接点の１つの群を作動させる。これは、リレー接点の２つの群間のより良い機械的な連結解除を提供するためである。
【００２１】
回転アーマチュアリレーは、２つのヨーク端間に回転可能に取り付けられているとともにリレーコイルの磁場を介して動作位置まで回転することができるアーマチュアを備える。いくつかの実施形態では、本発明の安全スイッチングデバイスは、回転アーマチュアリレーを備えてもよく、この場合、互いから機械的に連結解除されている接点群は、１つの回転アーマチュアによって一緒に制御することができる。しかし、有利には、本発明の安全スイッチングデバイスは、好ましい実施形態では、共通の回転軸に配置されている２つの回転アーマチュアを含むリレーを備える。それぞれの回転アーマチュアは、この場合にも接点群間のより良い機械的な連結解除を達成するために、この場合、１つのみの接点群を作動させる。
【００２２】
好ましい実施形態では、本発明の安全スイッチングデバイスのリレーコイルは、均一に、すなわち一定のピッチで、コイルコア上に巻き付けられたコイルである。いくつかの実施形態では、リレーコイルは、１つのコイルコア上に２つ以上の離間した巻線セクションを含んでもよく、１つの巻線セクションは、接点群のより良い連結解除を達成するために、いずれの場合にも、強制駆動リレー接点の１つの群に割り当てられていてもよい。共有制御電流は、有利には、この場合も１つのリレーコイルを通って流れる。
【００２３】
したがって全体的に、本発明の安全スイッチングデバイスは、リレーコイルを備え、リレーコイルを介して２つの冗長接点群が作動され、２つの接点群のそれぞれは、互いに強制駆動される少なくとも２つのリレー接点を備え、１つの接点群の強制駆動リレー接点のうちの１つは、いずれの場合にも、他方の接点群の強制駆動リレー接点のうちの１つと電気的に直列に配置されている。１つのリレーコイルにおける制御電流は磁場を生成し、磁場を活用して、互いから機械的に連結解除されており、したがって互いから別個に移動（move separately）することができる２つの接点群を、一緒に作動させることができる。この場合、第１の接点群の１つのリレー接点、および、第２の接点群の１つのさらなるリレー接点は、論理部によって１つのリレーコイルを介して２チャネルで遮断されることができる電流経路を形成するために、いずれの場合にも、互いに直列に配置されている。
【００２４】
したがって、本発明の安全スイッチングデバイスは、２つの別個の安全リレーを利用する従来技術の安全スイッチングデバイスに機能的および接続的に適合する。しかし、１つのリレーコイルしか必要とされないため、製造コストが低減される。したがって、上述した目的は完全に達成される。
【００２５】
好ましい改良形態では、安全スイッチングデバイスは、第１のスイッチング要素および第２のスイッチング要素であって、リレーコイルと電気的に直列に配置されているとともに、論理部が第１のスイッチング要素および／または第２のスイッチング要素を使用してリレーコイルを通る制御電流を遮断することができるように論理部に連結されている、第１のスイッチング要素および第２のスイッチング要素を備える。好ましい実施形態では、第１のスイッチング要素および第２のスイッチング要素は、半導体スイッチング要素、特に電界効果トランジスタである。しかし、原則として、第１のスイッチング要素および／または第２のスイッチング要素は、バイポーラトランジスタまたはさらなるリレー接点等の他の半導体スイッチング要素であるものとすることができる。
【００２６】
この改良形態は、リレー接点のための１つの制御電流の２チャネル遮断を単純な方法で提供し、したがって、たとえ単一のリレーコイルが冗長リレー接点の作動のために利用されても、単一故障セキュアな分離経路をコスト効率が高い方法で提供する。安全スイッチングデバイスの出力側は、フェールセーフな分離にとって特に重要であるため、安全スイッチングデバイスにおける出力部の完全に２チャネルの実施態様の省略は、安全スイッチングデバイスにとってかなりまれな措置である。しかし、驚くべきことに、必要とされる単一故障安全性を、安全スイッチングデバイスの出力部における単一のリレーコイルのみを活用して達成することもできることが示されている。リレーコイルと直列に配置されている２つのスイッチング要素を用いた制御電流の２チャネル遮断は、特に単純で実用的な実施態様である。
【００２７】
また別の改良形態では、論理部は、第１の評価チャネルおよび第２の評価チャネルを備え、第１の評価チャネルおよび第２の評価チャネルは、第１のスイッチング要素および第２のスイッチング要素をそれぞれ冗長制御する。
【００２８】
この改良形態では、２つの冗長スイッチング要素のそれぞれは、それ自身が冗長制御され、これは、本発明の安全スイッチングデバイスにおける所望の故障保護を確実にするために、特に信頼性が高く有利な実施態様である。
【００２９】
また別の改良形態では、第１のスイッチング要素は、リレーコイルの上流に位置付けられており、第２のスイッチング要素は、リレーコイルの下流に位置付けられている。
【００３０】
この改良形態は、１つのリレーコイルにおいて２つの異なる分離経路を提供するため、特に有利である。一方で、分離は、安全スイッチングデバイスの供給電圧へのリレーコイルの短絡の場合に、第２の下流のスイッチング要素を介して可能である。逆に、リレーコイルを通る電流は、故障に起因して安全スイッチングデバイスの接地電位がリレーコイルにおいて直接的に存在する場合に、第１のスイッチング要素を介して遮断することもできる。したがって、この実施形態は、特に高レベルの故障保護を非常に単純かつコスト効率が高い方法で提供する。
【００３１】
また別の改良形態では、論理部は、リレーコイルを通る瞬間的な制御電流を求め、特に測定するように構成されている。好ましくは、論理部は、少なくとも１つのＡ／Ｄコンバータを活用して、リレーコイルを通る制御電流を求めることが可能であり、すなわち、論理部は、リレーコイルを通る制御電流を表す少なくとも１つのデジタル数値を検出する。好ましい実施形態では、論理部は、リレーコイルを通る制御電流を、２チャネルまたは冗長な方法で求めるように構成されている。
【００３２】
この改良形態は、リレーコイルを通る制御電流のリアルタイム監視を可能にし、したがって、有利には、特に高レベルの故障保護に寄与する。２つのＡ／Ｄコンバータを活用して冗長な２チャネルで制御電流を求めることは、こうして、それぞれのＡ／Ｄコンバータの適切な機能も妥当性比較によって監視することができるため、同様に有利である。
【００３３】
また別の改良形態では、安全スイッチングデバイスは、第１のスイッチング要素および第２のスイッチング要素の下流に位置付けられている分路抵抗器を備える。好ましくは、分路抵抗器もリレーコイルの下流に位置付けられている。
【００３４】
この改良形態は、リレーコイルを通る瞬間的な制御電流を求めることを非常に単純かつコスト効率が高い方法で可能にする。いくつかの好ましい実施形態では、分路抵抗器は、１オーム〜１０オームの範囲、特に３オーム、および最大で１００オームの電気抵抗を有する。これは、低抵抗値が、電流測定のための安全スイッチングデバイスへの熱入力を最小限に抑えるためである。
【００３５】
また別の改良形態では、論理部は、リレーコイルを通る制御電流を規定の電流値に維持するように構成されている。
【００３６】
この改良形態は、リレー接点を備える安全スイッチングデバイスの出力側の制御電流にとって非常にまれである。これは、原則として、安全スイッチングデバイスにとって大事であるのが、「負荷が励起される」または「負荷が分離される」の２つの状態であるためである。安全スイッチングデバイスにおける制御電流の閉ループ制御は、安全切り換えデバイスの動作温度を最小限に抑えることを可能にし、したがって、より一層高いレベルの故障保護に寄与する。
【００３７】
いくつかの実施形態では、論理部は、リレーコイルを通る制御電流を、リレー接点のための保持電流の公称値に維持するように構成されている。これは、たとえば、強力なモーターを有する大型の生産機械の場合に当てはまり得る、技術的なシステムの領域における動作電圧変動時に、安全スイッチングデバイスの最小の動作温度における、リレー接点の信頼性の高い閉止も確実にすることができるという利点を有する。
【００３８】
いくつかの有利な実施形態では、論理部は、リレーコイルを通る制御電流を規定の電流値に維持するために、パルス幅変調（ＰＷＭ）を活用して、上述したスイッチング要素のうちの少なくとも１つを制御するように構成されている。好ましくは、論理部は、パルス幅変調を活用して第２の下流のスイッチング要素を制御する。これは、リレーコイルを通る制御電流を、第２の下流のスイッチング要素の領域において測定する場合に特に有利である。
【００３９】
また別の改良形態では、論理部は、リレーコイルにおける瞬間的な電圧を、それに応じて、リレーコイルを通る制御電流を遮断するために求めるように構成されている。
【００４０】
この改良形態では、本発明の安全スイッチングデバイスは、リレーコイルにおける電圧監視、特に過電圧監視を有する。好ましくは、本発明の安全スイッチングデバイスは、上述した制御電流の測定または調節に加えて、電圧監視を有する。２つの監視の組み合わせは、特に高レベルの故障保護を提供し、１つのリレーコイルに起因してコスト効率が高い方法で可能である。
【００４１】
また別の改良形態では、リレーコイル、ならびに、第１のリレー接点、第２のリレー接点、第３のリレー接点および第４のリレー接点は、回路基板上に取り付けられるように設計されている共通の構成要素ハウジングに収容されている。特に好ましい実施形態では、計６個、８個または１０個のリレー接点が共通の構成要素ハウジング内に位置付けられ、３個、４個または５個の強制駆動リレー接点をそれぞれ有する２つの接点群を形成する。
【００４２】
この改良形態では、１つのリレーコイルおよび上述したリレー接点は、以前から利用されている２つの安全リレーの代わりに利用することができるリレー構成要素の構成要素である。構成要素ハウジングは、リレーコイル、少なくとも１つのアーマチュアおよびリレー接点を囲み、その外側に、従来の取り付けプロセスにおいて回路基板上に取り付けることを可能にする、はんだおよび／またはプラグ接点を有する。リレーコイルおよび示されているリレー接点は、したがって、本発明の安全スイッチングデバイスの特にコスト効率の高い製造を可能にする本発明のタイプの安全リレーを形成する。
【００４３】
また別の改良形態では、第１のリレー接点および第２のリレー接点はそれぞれ常時開接点として設計されており、第３のリレー接点および第４のリレー接点はそれぞれ常時閉接点として設計されている。
【００４４】
この改良形態では、安全スイッチングデバイスは、電気負荷がオンにされる前に常時開接点を監視することを可能にする、それぞれの分離経路における少なくとも１つの強制駆動常時閉接点を備える。それぞれの分離経路における常時開接点と常時閉接点との間の強制駆動連結部は、長年にわたって効果的であることが分かっており、従来技術の安全スイッチングデバイスに適合する方法で、動作接点を監視することを可能にする。この改良形態による安全スイッチングデバイスは、したがって、以前の従来技術の安全スイッチングデバイスに対する、コスト効率が高い取り換え用デバイスとして、非常に簡単に利用することができる。
【００４５】
また別の改良形態では、リレーコイルは、リレー接点に機械的に連結されている少なくとも１つの移動可能なアーマチュアを駆動し、出力部は、光検出器、特に光バリアを備え、光バリアを活用して、論理部は、少なくとも１つの移動可能なアーマチュアの少なくとも１つのアーマチュア位置を検出することができる。この改良形態のいくつかの好ましい実施形態では、第１のリレー接点、第２のリレー接点、第３のリレー接点および第４のリレー接点はそれぞれ常時開接点であり、出力部は、強制駆動常時閉接点を用いることなく機能する。
【００４６】
この改良形態では、動作接点の監視は、従来技術の安全スイッチングデバイスの場合に利用される常時閉接点の代わりに、光検出器を活用して行われる。この改良形態は、常時開接点を監視するためのより小さい設置スペースおよびより低い検出電流を可能にする。この改良形態による安全スイッチングデバイスは、したがって、より小さくよりコンパクトであるように設計することができる。くわえて、この改良形態は、負荷電流の遮断中のリレー接点の望ましくない跳ねを低減する。光検出器は、少なくとも１つの移動可能なアーマチュア、または、移動可能なアーマチュアに機械的に接続されている摺動要素を有利には監視することができる。
【００４７】
安全スイッチングデバイスがそれぞれの接点群用に別個のアーマチュアを備える実施形態では、光検出器は、有利には、すべての移動可能なアーマチュアを一緒に検出する。いくつかの有利な実施形態では、アーマチュアは通路をそれぞれ有し、アーマチュアにおける通路は、接点群の常時開接点が開いているときに互いに位置合わせする。光バリアの場合、光は、アーマチュアにおける通路が互いに少なくとも部分的に位置合わせする場合にのみ光受信器に到達することができる。
【００４８】
また別の改良形態では、論理部は、少なくとも１つのアーマチュア位置に応じて制御電流を調整するために設計されている。
【００４９】
この改良形態では、論理部は、瞬間的なアーマチュア位置を考慮して、リレーコイルを通る制御電流を調整し、瞬間的なアーマチュア位置は、いくつかの実施形態では、論理部が光検出器を活用して検出することができる。他の実施形態では、論理部は、測定された電流値から瞬間的なアーマチュア位置を、および／または、測定された電流値の一時的な変化を求めるように構成されている。有利には、論理部は、たとえば強い機械的な振動に起因する、常時開接点の予期しない解放が検出されたときに、リレーコイルを通る制御電流を増大させる。この改良形態は、間違った分離を回避するかまたは少なくとも低減することによって、監視されるシステムのより高い使用可能性を単純かつコスト効率が高い方法で可能にする。
【００５０】
また別の改良形態では、光検出器は、リレー構成要素の共有構成要素ハウジングの外側に位置付けられている光送信器および光受信器を備え、光検出器は、光送信器および／または光受信器から少なくとも１つの移動可能なアーマチュアまで延びる光導波路をさらに備える。
【００５１】
この改良形態では、光送信器および光受信器は、構成要素ハウジングの外側に位置付けられ、たとえばリレー構成要素のベースに外側から締結され、したがって、閃光熱傷に起因する汚染および熱から保護される。本発明の安全リレーの耐用年数を、有利には延ばしてもよい。
【００５２】
上述した特徴および以下で説明する特徴は、説明される組み合わせだけではなく、本発明の範囲から逸脱することなく、他の組み合わせまたは単独でも使用してもよいことが理解される。
【図面の簡単な説明】
【００５３】
【図１】その動作が人に危険をもたらすロボットと連動した、安全スイッチングデバイスの実施形態を示す模式図である。
【図２】いくつかの詳細を含む、好ましい実施形態による図１の安全スイッチングデバイスを示す図である。
【図３】図２の安全スイッチングデバイスのさらなる詳細を示す図である。
【図４】単一のリレーコイルと、それぞれ強制駆動される２つの冗長接点群とを収容するリレー構成要素の好ましい実施形態を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００５４】
本発明の実施形態が図面に示され、以下の説明において、より詳細に説明される。
【００５５】
図１において、本発明の安全スイッチングデバイスの実施形態を備える構成（arrangement）が、その全体が参照符号１０によって示されている。
【００５６】
構成１０は、この場合、ロボット１２を含み、ロボット１２の動きは、ロボット１２の動作スペースに位置する人に危険をもたらす。ロボット１２は、本明細書では、保護されるべきである技術的なシステムの一例として示されている。本発明の安全スイッチングデバイスは、ロボット１２以外のシステム、特に、ＥＵ指令２００６／４２／ＥＣ（機械指令）の定義に該当するシステムを保護するためにも利用してもよい。より一般的には、本発明の安全スイッチングデバイスは、たとえば、そのようなシステムにおける電気的な駆動装置、接触子および／またはソレノイドバルブであるものとすることができる電気負荷を、フェールセーフに分離するために使用される。
【００５７】
ロボット１２は、人がロボット１２の危険な動作ゾーンに不慮に侵入することを防止するために、ガードドア１６を備えるフェンス１４によって包囲されている。ガードドア１６には、ドア部分２０およびフレーム部分２２を備えるガードドアスイッチが設けられている。
【００５８】
本発明の安全スイッチングデバイスの実施形態は、本明細書では、参照符号２４によって示されており、回線を介してガードドアスイッチ１８のフレーム部分２２に接続されている。ガードドアスイッチ１８からの信号を活用して、安全スイッチングデバイス２４は、ガードドア１６が閉じているか否かを監視することができる。閉じていない場合、ロボット１２はシャットダウンされるべきであり、これは安全スイッチングデバイス２４を使用して確実にされる。
【００５９】
出力側では、安全スイッチングデバイス２４はこの場合に２つの接触子２６ａ、２６ｂを駆動する。接触子２６ａ、２６ｂは、電源２８からロボット１２への電源経路に配置されている複数の動作接点（通常は常時開接点）をそれぞれ備える。安全スイッチングデバイス２４は、ガードドア１６が開いていることを、ガードドアスイッチ１８を活用して検出すると、ロボット１２が電源２８から分離されるように接触子２６ａ、２６ｂを駆動する。
【００６０】
構成１０は、図１では簡略化されて示されている。そのようなデバイス１０は通常、ガードドアスイッチ１８を含む１つのみのガードドアだけではなく、複数のいわゆる信号伝達ユニットおよびセンサも備え、センサを活用して、自動化されたシステムの複数の状態を検出することができる。さらに、構成１０は通常、ロボット１２（より一般的にはシステム）の動作運動を制御する動作コントローラを備える。安全スイッチングデバイス２４は、この場合、ロボット１２の動作を、特に不注意さ、構成要素の故障に起因する事故が回避されるような程度まで保護するために、動作コントローラ（本明細書では示されていない）への補助として使用される。
【００６１】
たとえばガードドアおよびおそらくは緊急停止ボタンの監視等のわずかな安全機能しか構成１０において必要とされない場合、たとえばガードドアスイッチ１８を監視するため等に、あらかじめ広く規定されている一定の機能範囲を有する安全スイッチングデバイスが、通常は実際に使用される。この場合、複数の安全スイッチングデバイスの組み合わせによって複数の安全機能が実施される。いわゆる安全コントローラは、複雑なデバイスにとって効果的であることが分かっているが、その機能範囲は、あらかじめ規定されている機能ブロックをプログラミングおよび／または構成することによって、かなり高い自由度で確立することができる。プログラミング可能および／または構成可能な安全コントローラは通常、接触子２６および／または他の安全関連アクチュエータを制御するための半導体素子を備える。
【００６２】
以下で説明するリレー技術は、今日では、あらかじめ広く規定されている機能範囲を有する比較的単純な安全スイッチングデバイスにおいて主に使用されている。それにもかかわらず、本発明は、このタイプの単純な安全スイッチングデバイスには限定されず、複雑な安全コントローラにおいて、および／または、バスシステムを介して複雑な安全コントローラと相互接続することができるいわゆるＩ／Ｏアセンブリにおいて同様に利用してもよい。したがって、本発明に関する「安全スイッチングデバイス」という用語は、上述した定義に関して電気負荷をフェールセーフに分離するために使用される安全コントローラおよび安全コントローラのモジュール式構成要素を含む。しかし、簡単にするために、コンパクトな安全スイッチングデバイスを、本発明の好ましい実施形態として以下で説明する。
【００６３】
図２によると、安全スイッチングデバイス２４は、この場合、複数の接続端子３６、３８、４０、４２を含むデバイスハウジング３４を有し、複数の接続端子３６、３８、４０、４２は、安全関連信号伝達ユニット／センサおよび安全関連アクチュエータの接続を可能にするために、デバイスハウジング３４の外側にそれ自体が公知の方法で位置付けられている。好ましい実施形態では、接続端子は、接続ケーブルの着脱可能な締結を可能にする、ばね式の端子および／またはねじ式の端子である。
【００６４】
安全スイッチングデバイス２４は入力部４４を有し、入力部４４に、安全関連信号伝達ユニット／センサから入力信号が送られる。たとえば、電気信号は、ガードドアスイッチ１８から、対応する接続端子３６を介して入力部４４に経路付けされる。ガードドアスイッチ１８に加えて、本明細書では、緊急停止ボタン４６およびフェールセーフ速度センサ４８が示されている。
【００６５】
入力部４４は、信号伝達ユニット／センサ１８、４６、４８から入力信号を受信し、入力信号を、論理的処理のために安全スイッチングデバイス２４の論理部５０に利用可能にする。入力部４４は、たとえば、フィルター回路および／またはレベルアダプタを備えることができる。入力部４４は、信号伝達ユニット／センサからの電気信号を、論理部５０によって論理的に処理されることができるように前処理する。
【００６６】
この場合、論理部５０は、入力信号を互いに対して冗長処理するとともに互いに監視しあうことができる２つのマイクロコントローラ５２ａ、５２ｂを備え、これは、本明細書では二重の矢印を用いて象徴的に示されている。冗長マイクロコントローラ５２ａ、５２ｂは、安全スイッチングデバイス２４の好ましい実施形態の典型的な実施態様を表す。マイクロコントローラの代わりに、関連周辺機器、ＦＰＧＡ、ＡＳＩＣＳおよび／または他の好適な論理構成要素を有するマイクロプロセッサも使用することができる。入力信号のフェールセーフな処理を実施するために、異なる論理構成要素の組み合わせも考えられる。くわえて、入力部４４および／または論理部５０は、原則として、個別の構成要素、たとえば３接触子回路と呼ばれるものを活用して実施してもよい。
【００６７】
安全スイッチングデバイス２４は、この場合、２つのマイクロコントローラ５２ａ、５２ｂによって冗長制御されるリレーコイル５６を含む出力部５４を備える。好ましい実施形態では、リレーコイル５６は、コンパクトな構成要素として安全スイッチングデバイス２４の出力部５４を形成する安全リレーの構成要素である。参照符号５４は、したがって、以下では安全リレーにも用いられる。
【００６８】
この実施形態では、出力部５４は、１つのリレーコイル５６にそれぞれ電磁的に結合されている２つのアーマチュア５８ａ、５８ｂを備え、したがって、 リレーコイル５６を通る制御電流が、アーマチュア５８ａおよびアーマチュア５８ｂを作動させることができる。アーマチュア５８ａは、リレー接点６０．１、 ６０．２の第１の群６０に機械的に連結されている。第２のアーマチュア５８ｂは、リレー接点６２．１、６２．２の第２の群６２に機械的に連結されている。 機械的な連結部は、アーマチュア５８ａが第１の群６０のすべてのリレー接点６０．１、６０．２のみを一緒に作動させることができるように、公知の方法で設 計されている。同じように、アーマチュア５８ｂは、第２の群のすべてのリレー接点６２．１、６２．２のみを一緒に作動させることができるように、第２の群 ６２のリレー接点６２．１、６２．２に連結されている。しかし、第１の群６０のリレー接点および第２の群６２のリレー接点は互いから機械的に連結解除され ており、それによって、概ね互いから別個に移動することができる。すべてのリレー接点６０．１、６０．２、６２．１、６２．２の共通の作動は、安全スイッ チングデバイス２４の好ましい実施形態では、１つのリレーコイル５６を通る単一の制御電流が、第１のアーマチュア５８ａおよび第２のアーマチュア５８ｂを 作動させる磁場を生成するという点で、簡単に達成される。
【００６９】
アーマチュア５８ａ、５８ｂは、本明細書では簡略化されて示されており、たとえば、冒頭で述べた刊行物「Sicherheitsrelais-Elementarrelais mit zwangsgefuhrten Kontakten」（安全リレー−強制駆動接点を備えるエレメンタリーリレー；特有の性質およびそれらの利点）に記載されているタイプのクラッパーアーマチュアであるものとすることができる。あるいはまたは追加で、アーマチュア５８ａ、５８ｂは、たとえばPanasonic Electric Works Europa AGからの、安全リレーとして公知のタイプの回転アーマチュアであるものとすることができる。
【００７０】
図２における表現から逸脱して、原則として、単一のアーマチュア５８を使用して、安全スイッチングデバイス２４の他の実施形態を実施してもよく、この場合、第１の群６０のリレー接点および第２の群６２のリレー接点は、この場合、１つのアーマチュアに別個に連結されている。
【００７１】
図２からの図式的な表現において明らかであるように、第１の群６０の１つのリレー接点は、いずれの場合も、第２の群６２の１つのリレー接点と直列に配置されている。互いに直列に配置されている特定のリレー接点は、保護ドア１６の開放中に接触子２６ａ、２６ｂを分離するために、論理部５０によって２チャネルで遮断することができる電流経路を形成する。
【００７２】
図２においてさらに図示されているように、安全スイッチングデバイス２４は、いくつかの実施形態では、リレー接点の第１の群６０およびリレー接点の第２の群６２を備え、それぞれの群は、少なくとも１つの常時開接点６０．１、６２．１および少なくとも１つの常時閉接点６０．２、６２．２を含む。互いに直列に配置されている常時開接点６０．１、６２．１は、安全スイッチングデバイス２４を活用して２チャネルで遮断することができる電気負荷（この場合は接触子２６ａ）への電流経路を形成する。互いに直列に配置されている常時閉接点６０．２、６２．２は、監視電流経路を形成し、監視電流経路を介して、監視信号を、入力部４４および／または論理部５０にフィードバックすることができる。監視信号６４は、負荷電流経路が閉じる前に常時開接点６０．１、６２．１が開いているか否かを論理部５０が監視することを可能にし、したがって、常時開接点６０．１、６２．１の溶着またはボンディングの場合であっても、負荷下での接続および分離中に分離が依然として可能である（分離中の単一故障安全性）。
【００７３】
他の実施形態では、安全スイッチングデバイス２４は、図３を参照して以下で説明するように、常時開接点としてのみ設計されているリレー接点の第１の群６０およびリレー接点の第２の群６２を備えていてもよい。この場合、同じ参照符号は、以前と同じ要素を指す。
【００７４】
図３において図示されているように、リレーコイル５６、アーマチュア５８ａ、５８ｂおよびリレー接点は、構成要素ハウジング６６内に一緒に収容され、構成要素ハウジング６６の外側には、はんだおよび／またはプラグ接点６８が位置付けられている。好ましい実施形態では、安全スイッチングデバイス２４は、接点６８を介して回路基板（本明細書では図示されていない）上にコンパクトな電気機械的構成要素として締結されている単一の安全リレーを備える。次に、たとえばマイクロコントローラ５２ａ、５２ｂ等の、安全スイッチングデバイス２４のさらなる電気的な構成要素が、回路基板上の導電性トラック（本明細書では図示されていない）を介してリレーコイル５６に接続されている。
【００７５】
図示されている実施形態では、安全スイッチングデバイス２４は、第１のスイッチング要素７０および第２のスイッチング要素７２を備え、これらのそれぞれは、リレーコイル５６と直列して電気的に配置されている。この場合、第１のスイッチング要素７０はリレーコイル５６の上流に位置付けられており、第２のスイッチング要素７２は、そこから下流に位置付けられている。２つのスイッチング要素７０、７２とリレーコイル５６との直列接続は、動作電圧７４と接地との間にある。
【００７６】
図示されている実施形態では、分路抵抗器７６が、第２のスイッチング要素７２の下流にさらに位置付けられており、この分路抵抗器を通って、スイッチング要素７０、７２が閉じているときにリレーコイル５６を通って流れるものと実際に同じ制御電流７８が流れる。スイッチング要素７０、７２は、この場合は電界効果トランジスタであるが、あるいは、好ましくは半導体技術に基づく他のスイッチング要素であってもよい。
【００７７】
好ましい実施形態では、それぞれのマイクロコントローラ５２ａ、５２ｂ（より一般的には、論理部５０のそれぞれの評価チャネル）は、２つのスイッチング要素７０、７２のそれぞれを制御する。この目的のために、安全スイッチングデバイス２４は、ここでは第１の駆動回路８０および第２の駆動回路８２を備える。駆動回路８０、８２は、論理ＡＮＤ動作によって２つのマイクロコントローラ５２ａ、５２ｂの出力信号を組み合わせ、そこから制御信号を生成し、これを活用して、スイッチング要素７０、７２を、選択的に導電性にするかまたは遮断することができる。したがって、それぞれのマイクロコントローラ５２ａ、５２ｂは、リレーコイル５６を通る制御電流７８を遮断するために、この場合は２つのスイッチング要素７０、７２のそれぞれを遮断することができる。
【００７８】
この実施形態では、電気負荷の分離中に制御電流７８によって誘発される磁場をより迅速に弱めることを可能にするために、還流ダイオード８４がリレーコイル５６に対して平行に配置されている。この実施形態では、ダイオード８４の陰極側に第１のタップ８６が設けられ、これは、この場合、２つのマイクロコントローラ５２ａ、５２ｂのそれぞれのＡ／Ｄコンバータに送られる。マイクロコントローラ５２ａ、５２ｂのそれぞれは、Ａ／Ｄコンバータおよびタップ８６を介して、リレーコイル５６における瞬間的な電圧を測定することができる。さらに、マイクロコントローラ５２ａ、５２ｂは、タップ８６を活用して、スイッチング要素７０が正確に切り換えているか否かを確認することができる。
【００７９】
１つのさらなるタップ８８が、ここでは、第２のスイッチング要素７２と分路抵抗器７６との間に設けられている。タップ８８は、この場合も、２つのマイクロコントローラ５２ａ、５２ｂそれぞれのＡ／Ｄコンバータに送られる。タップ８８を介して、マイクロコントローラ５２ａ、５２ｂは、リレーコイル５６を通って流れる制御電流７８を表す、分路抵抗器７６を通した電圧を測定することができる。
【００８０】
したがって、スイッチング要素７０の上述した監視の代わりにまたはかかる監視に追加で、さらなるタップ８８を介して電流を間接的に測定するマイクロコントローラ５２ａおよび５２ｂによって、スイッチング要素７０、７２の切り換え機能を監視することが可能である。好ましい実施形態では、マイクロコントローラ５２ａ、５２ｂは、電流測定値に基づいて、スイッチング要素７０、７２におけるドリフト誤差を検出するようにさらに設計されている。
【００８１】
（本明細書では図示されていない）さらなる実施形態では、スイッチング要素７０、７２は双方とも１つのリレーコイル５６の上流に位置付けられていてもよい。さらに、いくつかの実施形態では、一方のマイクロコントローラが電流を求め、他方のマイクロコントローラがリレーコイル５６における電圧を求めることが可能である。後者の変形形態は、スイッチング要素７０、７２が双方とも１つのリレーコイル５６の上流に位置付けられている場合に特に有利である。
【００８２】
好ましい実施形態では、マイクロコントローラ５２ａ、５２ｂのうちの少なくとも一方は、リレーコイル５６を通る電流７８を、リレー５４の公称の保持電流に維持するために設計されている。対応するマイクロコントローラが、この目的のために、平均電流をリレー５４の公称の保持電流のレベルに調整するために、パルス幅変調を活用して第２のスイッチング要素７２を制御する場合に特に有利である。
【００８３】
図３において図示されているように、いくつかの実施形態では、リレー５４は常時開接点６０．１、６２．１のみを備える。図２において図示されている強制駆動常時閉接点６０．２、６２．２の代わりに、対応する安全スイッチングデバイスは、この場合、フォークライトバリアとして設計されている光検出器を備える。光検出器は、たとえば発光ダイオードの形態の光送信器９０と、光受信器９２とを備える。いくつかの有利な実施形態では、光送信器９０および光受信器９２は、リレー５４のハウジング６６の外側に配置されている。リレーハウジング６６の内部に位置付けられているのは、具体的にはアーマチュア５８ａ、５８ｂまたはアーマチュアによって作動される摺動要素が、双方の分離経路における常時開接点が開いているときにのみ光９８が光受信器９２に到達することができるように位置決めされている通路９６をそれぞれ含む地点まで、光送信器９０からの光を運ぶ光ファイバ９４である。維持されるべき絶縁間隙に起因して、および、等しい数の常時開接点を仮定すると、光検出器を備える安全リレー５４を、強制駆動常時閉接点を備える同等な安全リレーの場合よりもコンパクトに実施することができる。
【００８４】
いくつかの好ましい実施形態では、論理部５０は、たとえば強い振動の場合にリレー接点の不慮の解放を防止するために、常時開接点が動作上閉じている間に、具体的には光受信器９２上の光強度が低下するときに、リレーコイル５６を通る制御電流７８を増大させるように設計されている。あるいはまたは追加で、いくつかの実施形態における論理部は、リレー接点の望ましくない解放を防止するために、制御電流に基づいて（特に制御電流の特定の瞬間的な値および瞬間的な値の一時的な変化に基づいて）アーマチュア位置を求めるとともに、それに応じて、具体的にはリレーコイル５６を通る制御電流７８を増大させるために設計してもよい。
【００８５】
電気負荷を分離するためには、論理部５０が、リレーコイル５６を通る制御電流７８を、公称の保持電流未満の値まで低下させれば十分である。好ましくは、論理部５０は制御電流７８を完全に遮断する。この場合、安全リレー５４の常時開接点は、固有のばねの予荷重に起因して開く。強制駆動リレー接点の２つの群は機械的に連結解除されており、互いから別個に移動することができるため、電気負荷への電流経路は、溶着、ボンディング等に起因して常時開接点のうちの１つがくっついている場合であっても開くことができる。強制駆動常時閉接点（図２）を活用した、または光検出器９０、９２（図３）を活用した常時開接点の監視に起因して、論理部５０は、電気負荷が再びオンにされる前に、そのような構成要素の故障を検出することができる。
【００８６】
さらに、論理部５０は、安全スイッチングデバイス２４の進行中の動作中に、スイッチング要素７０、７２の分離能力を繰り返し試験するために、スイッチング要素７０、７２の簡潔な分離試験を行うように好ましくは設計されている。分離試験の持続時間、すなわち、制御電流７８の遮断の持続時間は、リレー５４の解放時間よりも短いように有利には選択され、それによって、負荷への電流経路も、リレー５４の慣性に起因して、分離試験中に遮断されない。スイッチング要素７０、７２の分離能力は、分路抵抗器７６およびタップ８８を活用して有利には確認することができる。これは、リレーコイルを通る制御電流が、スイッチング要素７０、７２の開放中にゼロに近い値まで下がらなければならないためである。Ａ／Ｄコンバータの測定誤差および／または半導体スイッチング要素７０、７２を通る逆電流に起因して、測定値は、スイッチング要素７０、７２が正しく機能しているときはゼロよりもわずかに大きい場合もある。
【００８７】
好ましい実施形態では、論理部５０は、スイッチング要素７０、７２が導電性である間に制御電流７８のレベルも求める。したがって、論理部５０は、Ａ／Ｄコンバータの適切な性能も確認することができる。これは、この場合に、Ａ／Ｄコンバータが、制御電流７８が分離される場合の測定値ではない、他の測定値を届けなければならないためである。
【００８８】
図４は、共通のリレーコイル５６ならびに２つの冗長接点群６０および６２を収容する構成要素ハウジング６６を備える、リレー構成要素の好ましい実施形態を示している。ここで明らかであるように、リレーコイル５６は、２つの接点群６０と６２との間に空間的に配置されている。好ましくは、必須ではないが、リレーコイル５６、ならびに、２つの接点群６０および６２のリレー接点は、共通の平面にある。この場合、リレーコイル５６は、互いに反対側に傾斜することができるとともにリレーコイル５６の両端に位置付けられている、２つのアーマチュア５８ａ、５８ｂを作動させる。
【００８９】
図４における表現では、アーマチュア５８ａは、第１の接点群６０のリレー接点を第１の方向（この場合は上方）に変位させ、一方で、アーマチュア５８ｂは、第２の接点群６２のリレー接点を第２の方向（この場合は下方）に変位させる。好ましくは、第１の方向は、第２の方向に対して１８０°回転される。そのような空間的な配置は、かなりコンパクトであり、２つの冗長接点群のリレー接点が反対方向に移動するという利点も有し、これは、振動に起因する電流経路の意図しない閉鎖を回避する。
【００９０】
図４によるリレー構成要素は、２つの接点群６０、６２に分けられる、計８つの接点を備える。他の好ましい実施形態では、リレー構成要素１０は、それぞれ５つの接点の２つの群に分けられる接点を備える。この場合、それぞれの接点群６０、６２は、３つの強制駆動常時開接点６０．１および６２．１をそれぞれ、ならびに、１つの強制駆動常時閉接点６０．２および６２．２をそれぞれ備える。図４において明らかであるように、隣接する常時開接点６０．１から常時閉接点６０．２までの横方向距離ｄ１は、２つの隣接する常時開接点間の横方向距離ｄ２よりも大きい。これは、常時閉接点を活用して、接点位置のリードバックに関してリレー構成要素の故障保護が悪影響を受けることなく、一群の常時閉接点を介して可能であるよりもさらに高い電流および電圧を、常時開接点を介して切り換えることができるために有利である。有利には、それぞれの接点は、接点経路間の絶縁をさらに高めるために、別個のチャンバー１００内にも位置付けられている。
【００９１】
さらに、この場合には、それぞれが直列に配置されている常時開接点６０．１、６２．１間の電気接続、および、直列に配置されている２つの常時閉接点６０．２、６２．２間の電気接続が、構成要素ハウジング内で実施され、それによって、切り換えられた各電流経路のためのリレー構成要素が２つの接続部１０２、１０４のみを備えることが有利である。好ましい実施形態では、２つの冗長接点６０．１、６２．１間の直列接続は、導電性金属部品１０６を活用して実施される。
【００９２】
さらに、この有利な実施形態におけるリレー構成要素のすべての接続部は、構成要素ハウジング６６の一方の側において外方に経路付けされ、それによって、リレー構成要素は、安全スイッチングデバイス２４内に容易に取り付けてはんだ付けすることができる。 
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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