受监测的适应性紧急关断开关的制作方法

本发明涉及用于触发紧急关断功能以用于电气装置的与安全相关的关断的紧急关断开关以及相应的方法。

根据本发明的紧急关断开关用于使得诸如机电装置、工业生产设施或供电装置的电气装置能够在紧急情况或危险情况下选择性地关断。因此，紧急关断开关通常具有红色的致动元件，最常见的是设置在黄色背景(例如，黄色壳体部分)上的按钮。由于致动元件的形状至少在过去广泛多样，所以这样的紧急关断开关通常被称为蘑菇形按钮。

对于具有若干紧急关断开关的复杂机器系统或对于具有可从机器拆卸的移动控制单元的系统，越来越需要适应性的紧急关断开关。在本上下文中，“适应性”意味着某些应用将紧急关断开关置于不活跃状态的能力，在不活跃状态下紧急关断开关不执行其预期的紧急关断功能。这样的应用的示例是用于工业机器人的移动编程面板的应用，该移动编程面板仅在编程阶段期间连接到机器人并且必须根据相关安全标准(iso13849-1)配备有紧急关断开关。一旦这样的面板不再连接到机器人，则其通常不能再触发紧急关断功能。不言而喻，在这样的情况下，紧急关断开关必须不再被这样表示，否则会使用户产生错误的安全意识。

作为解决该问题的方法，de19919012a1公开了一种紧急关断命令装置，其在去激励状态下，即在未与设施或机器连接的状态下，呈现中性的颜色，并且因此不被视为紧急关断开关。但是，一旦连接到机器并且可以通过紧急关断命令装置来触发紧急关断功能，则紧急关断命令装置呈现其特征性着色。为此，紧急关断命令装置包括例如可以通过彩色照明元件(例如，彩色led)来照明的透明或半透明的壳体。随着命令单元的激活，照明元件接通，并且紧急关断命令装置呈现符合标准的着色。

作为针对适应性紧急关断开关的主动照明的替选方式，de10344385a1公开了另一种适应性紧急关断开关，其在静止(rest)位置具有前述的特征性着色，并且在经由钝化元件而被禁用时可以以视觉上中性的方式显示。因此，例如，紧急关断开关的壳体上的lcd显示器或tft显示器可以在无效(passive)状态下覆盖壳体的信号颜色。该变型的优点在于，处于有效(active)状态的紧急关断开关不依赖于主动照明。

在上述两种变型中，即，不管紧急关断开关是被主动照明还是主动覆盖，存在由于故障而不能发生相应光学变化的风险。换言之，可能出现不活跃的紧急关断开关被显示为活跃的情况，或者有效的紧急关断开关被显示为无效的情况。不言而喻，错误显示的紧急关断开关与重大安全隐患相关联。

在此背景下，本发明的目的是提供一种提供更高级别的安全性、能够容易地实现并且容易地集成到现有应用中的紧急关断开关。

根据本发明的一个方面，该目的通过一种用于触发紧急关断功能以用于电气装置的与安全相关的关断的紧急关断开关来实现，该紧急关断开关包括：致动元件和可以经由接触桥(contactbridge)彼此连接的至少两个电接触点，其中，接触桥的位置受致动元件影响，使得电接触点可以断开和/或闭合；有效操作状态和无效操作状态，在有效操作状态下可以通过移动接触桥来触发紧急关断功能，并且在无效操作状态下紧急关断开关不起作用；具有至少第一显示状态和第二显示状态的可视化装置，其中在第一显示状态下，紧急关断开关，特别是致动元件被可视地突出显示，并且在第二显示状态下，紧急关断开关被中性地显示，以及可视化装置进一步被设计成在有效操作状态下采用第一显示状态且在无效操作状态下采用第二显示状态；以及监测单元，该监测单元监测可视化装置处于第一显示状态还是处于第二显示状态，以便根据显示状态来触发动作，特别是触发紧急关断功能。

因此，本发明的构思是配备具有监测单元的适应性紧急关断开关，该监测单元监测紧急关断开关的可视化的实际状态，并且特别地将实际状态与当前操作状态进行比较，并根据此监测来触发动作。在这种情况下适应性紧急关断开关具有至少两种状态。在有效状态下，紧急关断开关的致动引起触发安全功能，而在无效状态下，紧急关断开关不起作用，即，即使当紧急关断开关被致动时也不触发安全功能。在无效状态下，紧急关断开关可以被致动，但是不会因此触发功能。可以通过监测单元触发的动作可以包括例如关断电气装置或防止该装置启动。换言之，监测单元可以例如触发紧急关断功能，或者可替选地，防止紧急关断开关显示电气装置的安全状态。

因此，监测单元确保紧急关断开关根据其操作状态而被正确地显示。因此，电气装置的用户可以信赖以下事实：示出为有效的紧急关断开关实际上正在执行相关的安全功能，或者仅当相应的紧急关断开关对用户可见时才可以使用该装置。通过这种方式，当使用适应性的紧急关断装置时，进一步增大了用户的安全性。

此外，根据本发明的监测单元可以容易地通过紧急关断开关的现有功能来实现，例如触发被监测单元共同使用的紧急关断功能。通过这种方式，例如，用于监测紧急关断开关的运行的装置也可以用于监测可视化装置。因此，新型的监测单元可以特别廉价地实现。因此，完全实现了上述目的。

在优选的改进中，可视化装置在第一显示状态下具有限定的额定电流，其中当可视化装置中的实际电流小于限定的额定电流时，监测单元触发紧急关断功能。

在该改进中，监测单元被设计为电流监测装置。这意味着对可视化装置中的实际电流进行确定并且将实际电流与限定的额定值进行比较。如果实际电流小于额定电流，则触发紧急关断功能。电流监测装置可以特别简单且低成本地实现。

在进一步的改进中，监测单元被设计为静态电流继电器，该静态电流继电器具有限定的静态电流和至少一个工作触点，其中可以经由该工作触点来触发动作。

静态电流继电器在静止状态下被激励，并且其工作触点闭合。如果电流下降到继电器的限定静态电流以下，则工作触点自动断开。静态电流继电器尤其适合于确定电流下降并且作为响应而自动地触发动作。

在进一步的改进中，监测单元包括常开(no)触点，并且紧急关断开关的电接触点形成常闭(nc)触点，其中nc触点和no触点串联连接。

在该设计中，两个电接触点与接触桥一起形成nc触点，紧急关断开关可以经由该nc触点来触发紧急关断功能。当按预期操作时，即当紧急关断开关有效时，常闭触点闭合，并且电接触点之间的电流路径闭合。与nc触点串联的常开触点因此用作可以由监测单元控制的使能开关。通过这种方式，现有的紧急关断功能可以容易地被监测单元共同使用。因此，监测单元非常简单地集成到现有的紧急关断开关中。

在进一步的改进中，紧急关断开关包括第一电流路径和第二电流路径，其中动作引起第一电流路径和/或第二电流路径中断。

在该改进中，紧急关断开关被设计为具有两个分离的开关路径的双通道装置。例如，电流监测装置形式的监测单元特别地可以简单地通过一个或更多个继电器实现，其中在每个开关路径中布置有继电器的一个工作触点。

在特别优选的改进中，监测单元包括第一电流路径中的第一常开触点和第二电流路径中的第二常开触点，以及机械地耦接到第一常开触点和第二常开触点的常闭触点，其中第一电流路径和第二电流路径可以经由常闭触点电连接。

在该改进中，监测单元包括彼此之间机械地耦接的no触点和nc触点。no触点布置在紧急关断开关的电流路径中，并且nc触点连接电流路径。当正确操作时，即当监测单元激活时，no触点闭合并且nc触点断开。使用附加的nc触点，可以通过执行电流路径之间的比较来检测监测功能中的错误，例如，通过例如用于交叉检测的安全开关装置来执行该比较。如果nc触点由于监测单元内的错误而闭合，则两个电流路径的比较值总是正(positive)的，使得其将触发例如交叉检测。通过这种方式，用于紧急关断开关的监测机构(例如交叉检测)也可以特别有利地用于检查监测单元。

在另一改进中，可视化装置包括在监测单元不起作用的情况下的另外的显示状态。

在该改进中，例如，如果监测单元中存在错误，则可视化装置可以采用另外显示状态，可视化装置有利地用作诊断显示器。使用附加的显示状态，用户可以根据紧急关断开关本身识别监测单元是否可操作。

不言而喻，上述特征和下面还要说明的特征不仅可以以相应的特定组合应用，而且在不脱离本发明的范围的情况下可以以其他组合应用或单独地应用。

在附图中示出了本发明的示例性实施方式并且在下面的描述中对其进行更详细的说明。在附图中，

图1示出了新型紧急关断开关的优选应用的简化示意图，

图2是新型紧急关断开关的示例性实施方式的示意图，

图3是新型紧急关断开关的示例性实施方式的电路实现方式，以及

图4是新型紧急关断开关的优选示例性实施方式的另一电路实现方式。

在图1中，新型紧急关断开关的示例性实施方式由附图标记10、10a和10b指示。

紧急关断开关10、10a、10b用于保护技术系统12，该技术系统12在本文中通过自动工作机器人14来指示。机器人14在不受控制的状态下可能对人和财产构成严重危险，为此提供了紧急关断功能，经由该紧急关断功能机器人14可以在紧急情况或危险情况下选择性地关断。在该示例性实施方式中，紧急关断功能通过根据本发明的实施方式的紧急关断开关10、10a、10b、安全开关装置16和接触器18建立，接触器18的触点20串联在针对机器人14的供电路径22中。

安全开关装置16可以是简单的安全开关装置、可配置的安全开关装置或者可编程的安全控制器。这样的装置被设计成在出现故障的情况下提供安全且可靠的响应。在示出的示例性实施方式中，该响应涉及例如经由接触器18来中断针对机器人14的供电路径22，从而使机器人14去激励。或者可以使用其他关断选项，其中技术系统不一定必须被去激励，而是仅仅被转换成对用户而言不危险的状态。紧急关断功能通常被设计为多通道冗余的，如这里通过例如接触器18的双重设计所示的，并且因此确保即使在促成紧急关断功能的部件中之一发生故障的情况下也可以安全关断。

在输入侧，安全开关装置16连接到根据本发明的实施方式的紧急关断开关10、10a、10b。在此情况下，附图标记为10和10a的两个紧急关断开关是经由输出导线24和返回导线26与安全开关装置16连接的有线紧急关断开关；优选地，这些紧急关断开关被布置在机器人14上或机器人14附近，以便用户能够容易接近。

在该示例性实施方式中，附图标记10b指示位于远离机器人14的移动操作面板28上的紧急关断开关。操作面板28可以经由可拆卸的有线电连接30连接到机器人14，其中操作面板28例如仅在编程操作期间与机器人14耦接。作为有线连接30的替选方式，可以考虑无线连接，该无线连接可以在编程操作期间由用户激活和去激活。紧急关断开关10b的连接可以通过输出导线24和返回导线26物理地或逻辑地进行。该连接还可以是有线连接或无线连接。特别优选的是，如果紧急关断开关10b的连接与到机器人14的连接30相关联，使得一旦建立了到机器人14的连接，则紧急关断开关10b也连接到安全开关装置16。

为了使得能够启动技术系统12，必须通过安全开关装置16来闭合接触器18。为此，安全开关装置16重复地检查经由输出线路24传递到紧急关断开关10的信号是否经由返回线路26回到安全开关装置16。如果输出信号和返回信号匹配，或者返回信号对应于安全开关装置16所预期的值，则接触器18闭合，并且技术系统12可以启动。在该示例性实施方式中，通过致动紧急关断开关10、10a、10b中之一，相应的导线对24、26上的电流路径中断并且接触器断开，于是技术系统12去激励。

不言而喻，出于安全原因，紧急关断开关10、10a、10b应当被设计为容易接近且清楚可见，并且它们应当在所有情况下直接位于用户的视野中。在一些情况下，例如在互连的复杂技术系统的情况下或者在使用如本文通过移动操作面板28的示例所示的移动紧急关断开关的情况下，需要使紧急关断开关不活跃，以使得其不能触发前述紧急关断功能。当紧急关断开关不能或绝对不可触发紧急关断功能时，该紧急关断开关是不活跃的。例如，可能会发生下述情况：在第一紧急关断开关能够仅关断机器的一部分时，但是由于多个机器部件的相互作用，第二紧急关断开关变得相关，该第二紧急关断开关可以像组成时那样关断整个系统。在这种情况下，应当使第一紧急关断开关不活跃，以便用户在紧急情况下选择并操作相关的紧急关断开关。紧急关断开关10、10a、10b因此是外观可根据其状态而改变的适应性的紧急关断开关。

例如，在图1中，附图标记10a指示不活跃的紧急关断开关。不起作用的紧急关断开关10a被显示为对用户是无效的，如本文通过紧急关断开关10a的虚线轮廓所指示的。这可以以各种方式来实现，例如通过以符合标准的颜色突出显示紧急关断开关的灯或者借助于例如在不活跃状态期间隐藏紧急关断开关的机械装置。换言之，在这里紧急关断开关的符合标准的外观仅在活跃状态下可见。如参考图2更详细地描述的，根据本发明的紧急关断开关可以包括如下装置，该装置在紧急关断开关在活跃状态与不活跃状态之间改变的情况下检查并确保紧急关断开关的显示经历了相应改变。

在图2中，新型紧急关断开关的优选示例性实施方式整体由附图标记10表示。

该示例性实施方式的紧急关断开关10具有壳体32，在该壳体32上布置有蘑菇形按钮36形式的致动元件34。在壳体32内，致动元件34连接到接触桥38，接触桥38可以连接第一电接触点40和第二电接触点42。第一电接触点40和第二电接触点42经由壳体32上的连接端子44a、44b被路由到外部，并且因此可以以上述方式连接到安全开关装置(这里未示出)。在未致动的状态下，接触桥38闭合，并且第一接触点40和第二接触点42彼此电连接。

当通过按压按钮36使致动元件34致动时，接触桥38断开，并且第一电接触点40与第二电接触点42之间的电流路径46中断。因此，存在于第一端子44a处的信号不再环通到第二端子44b。第二端子44b处的信号缺失使得安全开关装置16能够检测按钮36是否已被按压。

如本文所示，紧急关断开关10优选地设计成冗余的，即其配备有也可以借助于致动元件34被中断的第二电流路径48。这里，冗余的第二电流路径48通过另外的第一电接触点50和第二电接触点52、以及机械地耦接到第一接触桥38的第二接触桥54建立。

紧急关断开关10还具有可视化装置56，借助于该可视化装置可以可视地修改紧急关断开关10。具体地，可视化装置56可以采用第一显示状态和第二显示状态，在第一显示状态下紧急关断开关10以符合标准的方式显示，即致动元件34以黄色背景上的红色突出显示，并且在第二显示状态下紧急关断开关10被隐藏或中性地显示。在该示例性实施方式中，可视化装置56包括设置在壳体32内的彩色led58。壳体32被设计成两部分，作为致动元件的蘑菇形按钮形式的第一壳体部分和作为基部的第二壳体部分。这里的壳体部分由透明或半透明材料制成，使得在非照明状态下它们看起来无颜色或者呈现与它们被布置在其上的背景相同的颜色。当led58关断时，紧急关断开关本身因此不会被识别。只有当led58被激活时，紧急关断开关10才采用其特征性颜色外观，即通过由各种颜色的led58照明。基部优选地通过黄色led照明，并且致动元件通过红色led照明。

作为紧急关断开关的照明的替选或除紧急关断开关的照明以外，可视化装置还可以包括例如位于按钮内部或直接位于致动表面上的lcd或tft显示元件，或者可视化装置通过机械修改(例如，通过置换橡胶套)来获得光学修改。lcd或tft显示器或机械元件具有紧急关断开关的显示不依赖于照明的优点，因此可以在不需要电力的情况下进行符合标准的显示。

不管具体实现方式如何，可视化装置56均使得紧急关断开关10能够被显示为有效的或无效的。优选地，可视化装置56可以与紧急关断开关10的第一连接端子44a耦接，使得第一连接端子44a处的电位(例如来自所连接的安全开关装置的信号)向可视化装置56提供电力。如果在第一连接端子44a处不存在来自安全开关装置的信号，即紧急关断开关不是有效的，则可视化装置56也不被激励，并且紧急关断开关10不被照明。不言而喻，对于在去激励状态下显示有效状态的可视化装置56，必须对前述逻辑进行相应反向。

此外，紧急关断开关10包括监测单元60，利用该监测单元60可以监测可视化装置56。监测单元60检查可视化装置56是否正在提供与紧急关断开关10的状态相对应的适当显示。优选的监测单元60监测以下两种情况：紧急关断开关10是活跃的但显示为不活跃的情况，以及紧急关断开关是无效的但显示为有效的情况。或者，如果这两种情况是互斥的，则监测单元60可以主动地仅监测这些情况中之一。

特别优选地，监测单元60与可视化装置56以及第一电接触点40与第二电接触点42之间的电流路径46耦接，并且监测单元60被布置为紧急关断开关10的壳体32内的模块。还可以考虑作为紧急关断开关10的壳体32外部的分立部件的替选布置，例如用于改装现有的紧急关断开关10。

在优选的示例性实施方式中，监测单元60在可视化装置56显示故障的情况下通过中断第一电接触点40、50与第二电接触点42、52之间的电流路径46、48来触发紧急关断功能。因此，监测单元60也可以以与致动元件34相同的方式触发紧急关断功能。特别地，监测单元60确保只有当相应的可视化也是有效的时，紧急关断开关10的安全功能是有效的。因此，该示例中的监测单元60执行授权功能并且防止技术系统或机器在紧急关断开关10在其活动期间未被正确地显示的情况下启动。

作为替选或除此之外，在另外的示例性实施方式中，监测单元60可以确保在相反的情况下，即在紧急关断开关10去激活的情况下，启用紧急关断开关10的相应的无效可视化。

优选地，可视化装置56可以采用第三显示状态，可视化装置56借助于该第三显示状态指示监测单元60是否不起作用。例如，在监测单元60出现故障的情况下，led可以闪烁。作为替选，在tft显示器用作可视化单元56时，第三显示状态可以在tft显示器上被显示为警告消息。

参考图3进一步说明在具有监测单元的电路中实现新型紧急关断开关的示例性实施方式。在这里，相同的附图标记指示与前述示例性实施方式中等效的部件。

图3示出了第一电接触点40与第二电接触点42之间的电流路径46。新型监测单元60由虚线框指示。电流路径46经由两个开关元件引导，首先经由可借助于致动元件34调节的接触桥38，然后经由新型监测单元60的工作触点。

在这里，监测单元60被设计为具有继电器62的电流监测装置。继电器62监测从第一电接触点40流出、经由可视化装置56到达接地端子64的实际电流。继电器62优选地被设计为具有限定的静态电流的静态电流继电器，其中可视化装置56被布置在继电器62的控制电路中，并且继电器的工作触点66与接触桥38串联地连接。如果通过继电器62的实际电流小于静态电流，则工作触点66断开并且电流路径46中断。

继电器62的控制电路中的实际电流对应于通过可视化装置56的实际电流。选择继电器62的静态电流，使得其等于可视化装置56的额定电流。如果实际电流下降到额定电流以下，即可视化装置56没有被充分地激励或者被不适当地激励，则继电器62使工作触点66断开并且使第一电接触点40与第二电接触点42之间的电流路径46断开。由于串联连接，电流路径46因此断开，而不管致动元件34的位置如何。换言之，当可视化装置56不活跃时，连接到电接触点42的安全开关装置16不能启用与其连接的技术系统12。

图4示出了新型监测单元60的特别优选的电路实现方式。

除了第一电接触点40与第二电接触点42之间的第一电流路径46之外，紧急关断开关10还包括在另外的第一电接触点50与另外的第二电接触点52之间的第二电流路径48。第一电流路径46和第二电流路径48各自经由相应的接触桥38、54被路由，接触桥38、54彼此之间机械地耦接并且耦接到致动元件34。因此，这是一种双通道紧急关断开关的实现方式。

该示例性实施方式的可视化装置56经由第一电路68和第二电路70馈电。第一电路68将电连接点40连接到可视化装置56和接地端子64。第二电路70将另外的第一电连接点50连接到可视化装置56和接地端子64。在这里，可视化装置56被示为具有led58的单个单元。或者，可视化装置56可以由多个单独的部件形成，例如由具有黄色led的部件和具有红色led的部件形成，其中第一部件连接到第一电路68并且第二部件连接到第二电路70。

在这里，监测单元60还包括两个继电器62、72，这两个继电器62、72各自布置在电路68、70中之一中。继电器62、72分别设计有作为工作触点的常闭(nc)触点74、76和常开(no)触点78、80。继电器62的no触点78布置在电流路径48中，并且继电器72的no触点80布置在电流路径46中。因此no触点78、80横跨(cross)在电流路径46、48中。如果继电器62、72中之一由于特定电路68、70中的实际电流下降到继电器62、72的静态电流以下而断开，则未连接到相关电路68、70的电流路径46、48断开。例如，如果继电器62断开，则在另外的第一接触点50与另外的第二电接触点52之间的电流路径48断开。

继电器的常闭触点74、76与第一电流路径46和第二电流路径48并联布置，并且一旦继电器62、72中之一断开就将第一电流路径46和第二电流路径48连接在一起。换言之，在一个继电器62、72发生故障的情况下，两个第二电接触点42、52二者是电等效的。此外，可以将测试信号或脉冲82施加到电流路径46，使得在正常操作中，电流路径46、48具有彼此不同的电位或信号。通过在故障情况下使用常闭触点74、76使两个电流路径46、48一致，可以验证继电器62、72的正常运行，并且因此可以验证监测单元60的正常运行。因此，可以在输出侧连接到第一电接触点40、50并且在输入侧连接到第二电接触点42、52的安全开关装置(这里未示出)连续地对在第二电接触点42、52的电位进行比较，并且如果两个电流路径46、48上的两个电位或两个信号相同，则必要时关断要监测的系统。

在交叉电路检测系统的许多安全开关装置部分中，对多通道紧急关断开关10的各个电流路径46、48施加不同电势或单通道提供测试脉冲。使用交叉检测系统，安全开关装置可以检查在到紧急关断开关的连接线路(通常被设计为冗余的并且通常被设计为线缆的两个芯)中是否例如由于线缆弯曲或挤压而发生了交叉。根据图4的示例性实施方式，特别地通过使用监测单元60中的两个继电器62、72以及与电流路径46、48并联的nc触点74、76，现在还可以借助于该现有的交叉检测系统来测试监测单元60。因此，不需要单独对监测单元60进行测试。

特别优选地，该测试的结果可以通过可视化装置56直接输出，通过可视化装置采用第三显示状态来输出。

根据图4中的示例性实施方式的新型紧急关断开关因此特别容易集成到现有系统中，并且由于监测单元60自身的功能性和存在的任何故障被测试而提供了特别高水平的安全性。