BE1031305B1

BE1031305B1 - Switching device for electrically switching on and off an electrical load connectable to a direct voltage supply device and method for operating such a switching device

Info

Publication number: BE1031305B1
Application number: BE20235060A
Authority: BE
Inventors: Elmar Schaper; Grote Tobias Dr; Lutz Heuer
Original assignee: Phoenix Contact Gmbh & Co
Priority date: 2023-01-31
Filing date: 2023-01-31
Publication date: 2024-09-02
Also published as: WO2024160673A1; BE1031305A1

Abstract

Die Erfindung betrifft u.a. ein Schaltgerät (10) zum elektrischen Ein- und Ausschalten einer mit einer Gleichspannungs-Versorgungseinrichtung (20) verbindbaren elektrischen Last (110), aufweisend: - einen ersten und einen zweiten Energieversorgungsanschluss (11, 12), an welche eine externe Gleichspannungs-Versorgungseinrichtung (120) anschließbar ist, - einen ersten und zweiten Ausgangsanschluss (16, 17), an welche eine elektrische Last (110) anschließbar ist, - einen ersten Strompfad (18), der elektrisch mit dem ersten Energieversorgungsanschluss (11) und dem ersten Ausgangsanschluss (16) verbunden ist, wobei in dem ersten Strompfad (18) eine Parallelschaltung (50) angeordnet ist, die einen ersten ansteuerbaren Halbleiterschalter (90), eine Spannungserfassungseinrichtung (130) und einen mechanischen Schaltkontakt (82) eines ersten elektromechanischen Schalters (80) aufweist, - eine Steuer- und Auswerteeinrichtung (70), die dazu ausgebildet ist, die von der Spannungserfassungseinrichtung (130) während des Betriebs gelieferten Spannungswerte zu überwachen und eine Fehlfunktion des ersten elektromechanischen Schalters (80) zu erfassen, wenn die überwachten Spannungswerte sich in vorbestimmter Weise ändern.The invention relates, inter alia, to a switching device (10) for electrically switching on and off an electrical load (110) that can be connected to a direct current supply device (20), comprising: - a first and a second power supply connection (11, 12) to which an external direct current supply device (120) can be connected, - a first and a second output connection (16, 17) to which an electrical load (110) can be connected, - a first current path (18) that is electrically connected to the first power supply connection (11) and the first output connection (16), wherein a parallel circuit (50) is arranged in the first current path (18), which has a first controllable semiconductor switch (90), a voltage detection device (130) and a mechanical switching contact (82) of a first electromechanical switch (80), - a control and evaluation device (70) that is designed to Voltage detection device (130) to monitor voltage values supplied during operation and to detect a malfunction of the first electromechanical switch (80) when the monitored voltage values change in a predetermined manner.

Description

Schaltgerät zum elektrischen Ein- und Ausschalten einer mit einerSwitching device for electrically switching on and off a

Gleichspannungs-Versorgungseinrichtung verbindbaren elektrischen Last sowieElectrical load that can be connected to a DC voltage supply device and

Verfahren zum Betreiben eines solchen SchaltgerätsMethod for operating such a switching device

BeschreibungDescription

Die Erfindung betrifft ein Schaltgerät zum elektrischen Ein- und Ausschalten einer mit einer Gleichspannungs-Versorgungseinrichtung verbindbaren elektrischen Last sowie ein Verfahren zum Betreiben eines solchen Schaltgeräts.The invention relates to a switching device for electrically switching on and off an electrical load that can be connected to a direct voltage supply device, and to a method for operating such a switching device.

Bekannt sind Schaltgeräte mit einer hybriden Ausgangsstufe, die eine Parallelschaltung aus einem elektromechanischen Schalter und Halbleiterschalter aufweisen. Als elektromechanischer Schalter wird in der Regel ein Relais oder Schütz verwendet, das auch als Bypass-Schütz- oder -Relais bezeichnet werden kann. Mittels der hybridenSwitching devices with a hybrid output stage are known, which have a parallel connection of an electromechanical switch and a semiconductor switch. A relay or contactor is usually used as an electromechanical switch, which can also be referred to as a bypass contactor or relay. Using the hybrid

Ausgangsstufe kann eine an das Schaltgerät anschaltbare elektrische Last mit einer externen Energieversorgungseinrichtung elektrisch verbunden oder von dieser elektrisch getrennt werden, wodurch die elektrische Last ein — bzw. ausgeschaltet werden kann.Output stage, an electrical load that can be connected to the switching device can be electrically connected to or electrically disconnected from an external power supply device, whereby the electrical load can be switched on or off.

Ein solches Schaltgerät, welches für einen Wechselspannungsbetrieb ausgebildet ist, ist beispielsweise aus der WO 2014/032718 A1 bekannt.Such a switching device, which is designed for alternating voltage operation, is known, for example, from WO 2014/032718 A1.

Bei einem Schaltgerät mit hybrider Ausgangsstufe können Störungen zum Beispiel dadurch vorgerufen werden, dass durch mechanische Stoßbelastungen infolge von äußeren Einflüssen auf das Schaltgerät die mechanischen Kontakte unkontrolliert voneinander getrennt werden können, sodass Lichtbögen entstehen können, die die mechanischen Kontakte zerstören können. Zudem besteht die Gefahr, dass bei einem unkontrollierten Öffnen der mechanischen Schaltkontakte eine an das Schaltgerät angeschlossene elektrische Last ungewollt abgeschaltet wird.In a switching device with a hybrid output stage, faults can be caused, for example, by mechanical shock loads caused by external influences on the switching device causing the mechanical contacts to separate from each other in an uncontrolled manner, which can result in arcs that can destroy the mechanical contacts. There is also a risk that an electrical load connected to the switching device will be switched off unintentionally if the mechanical switching contacts open in an uncontrolled manner.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Schaltgerät zum elektrischen Ein- und Ausschalten einer mit einer Gleichspannungs-The present invention is based on the object of providing a switching device for electrically switching on and off a DC voltage

Versorgungseinrichtung verbindbaren elektrischen Last sowie ein Verfahren bereitzustellen, die ermöglichen, dass eine Beschädigung eines mechanischensupply device and a method that enable damage to a mechanical load to be prevented

Schaltkontakts einer hybriden Ausgangsstufe des Schaltgeräts und eine unkontrollierteSwitching contact of a hybrid output stage of the switching device and an uncontrolled

Abschaltung einer an das Schaltgerät anschließbaren elektrischen Last insbesondere bei unerwünschtem Öffnen oder Prellen des mechanischen Schaltkontakts verhindert werden können.Switching off an electrical load that can be connected to the switching device can be prevented, particularly in the event of unwanted opening or bouncing of the mechanical switching contact.

Ein Kerngedanke der Erfindung kann darin gesehen werden, ein Schaltgerät zum elektrischen Ein- und Ausschalten einer mit einer Gleichspannungs-A core idea of the invention can be seen in the fact that a switching device for electrically switching on and off a DC voltage

Versorgungseinrichtung verbindbaren elektrischen Last zu schaffen, wobei dassupply device, whereby the

Schaltgerät eine hybride Ausgangsstufe, d.i. eine Parallelschaltung umfassend einenSwitching device a hybrid output stage, i.e. a parallel circuit comprising a

Halbleiterschalter und einen mechanischen Schalter eines elektromechanischenSemiconductor switch and a mechanical switch of an electromechanical

Schalters, aufweist. Das Schaltgerät bzw. eine Steuer- und Auswerteeinrichtung desThe switching device or a control and evaluation device of the

Schaltgeräts ist dazu ausgebildet, während des Betriebs insbesondere ein unkontrolliertes Öffnen oder Prellen des elektromechanischen Schalters der hybridenSwitching device is designed to prevent, during operation, in particular, uncontrolled opening or bouncing of the electromechanical switch of the hybrid

Ausgangsstufe zu erfassen. Dies kann mithilfe einer Spannungserfassungseinrichtung, die der hybriden Ausgangsstufe zugeordnet ist, erreicht werden, die im laufendenoutput stage. This can be achieved by using a voltage detection device associated with the hybrid output stage, which is

Betrieb, d.h. im eingeschalteten Zustand des Schaltgeräts eine Störung des elektromechanischen Schalters der Steuer- und Auswerteeinrichtung signalisieren kann.Operation, i.e. when the switching device is switched on, can signal a fault in the electromechanical switch of the control and evaluation device.

Das oben genannte technische Problem wird insbesondere durch die Merkmale desThe above-mentioned technical problem is particularly caused by the characteristics of the

Anspruchs 1 gelöst.Claim 1 is resolved.

Demnach ist ein Schaltgerät insbesondere zum elektrischen Ein- und Ausschalten einer mit einer Gleichspannungs-Versorgungseinrichtung verbindbaren elektrischen Last vorgesehen, welches folgende Merkmale aufweisen kann: - einen ersten und einen zweiten Energieversorgungsanschluss, an welche eine externeAccordingly, a switching device is provided in particular for electrically switching on and off an electrical load that can be connected to a direct voltage supply device, which can have the following features: - a first and a second power supply connection to which an external

Gleichspannungs-Versorgungseinrichtung anschließbar ist, - einen ersten und zweiten Ausgangsanschluss, an welche eine elektrische Last anschließbar ist, - einen ersten Strompfad, der elektrisch mit dem ersten Energieversorgungsanschluss und dem ersten Ausgangsanschluss verbunden ist, wobei in dem ersten Strompfad eineDC voltage supply device can be connected, - a first and second output terminal to which an electrical load can be connected, - a first current path which is electrically connected to the first power supply terminal and the first output terminal, wherein in the first current path a

Parallelschaltung angeordnet ist, die einen ersten ansteuerbaren Halbleiterschalter, eineParallel circuit is arranged, which comprises a first controllable semiconductor switch, a

Spannungserfassungseinrichtung und einen mechanischen Schaltkontakt eines ersten elektromechanischen Schalters aufweist, - einen zweiten Strompfad, der elektrisch mit dem zweitenVoltage detection device and a mechanical switching contact of a first electromechanical switch, - a second current path which is electrically connected to the second

Energieversorgungsanschluss und dem zweiten Ausgangsanschluss verbunden ist, - eine Steuer- und Auswerteeinrichtung, die mit der Spannungserfassungseinrichtung verbunden ist, wobei die Steuer- und Auswerteeinrichtung dazu ausgebildet ist, die von der Spannungserfassungseinrichtung während des Betriebs vorzugsweise kontinuierlich gelieferten Spannungswerte zu überwachen und eine Fehlfunktion des ersten elektromechanischen Schalters zu erfassen, wenn die überwachtenPower supply connection and the second output connection, - a control and evaluation device which is connected to the voltage detection device, wherein the control and evaluation device is designed to monitor the voltage values preferably continuously supplied by the voltage detection device during operation and to detect a malfunction of the first electromechanical switch when the monitored

Spannungswerte sich in vorbestimmter Weise ändern.Voltage values change in a predetermined manner.

Auf diese Weise kann die Steuer- und Auswerteeinrichtung eine Störung des elektromechanischen Schalters erkennen. Je nach Implementierung könnte vorgesehen sein, dass das Schaltgerät diesen Zustand beispielsweise einer übergeordnetenIn this way, the control and evaluation device can detect a fault in the electromechanical switch. Depending on the implementation, the switching device could report this status to a higher-level control system, for example.

Einrichtung meldet, damit entsprechende Maßnahmen ergriffen werden können.facility so that appropriate action can be taken.

Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung kann die Steuer- und Auswerteeinrichtung dazu ausgebildet sein, insbesondere während eines Einschaltvorgangs zuerst den erstenAccording to an advantageous embodiment, the control and evaluation device can be designed to first detect the first

Halbleiterschalter elektrisch leitend zu schalten und einen von derSemiconductor switches to make them electrically conductive and to

Spannungserfassungseinrichtung gelieferten ersten Spannungswert zwischenzuspeichern, und nach einer vorbestimmten Zeitdauer den mechanischenvoltage detection device, and after a predetermined period of time, the mechanical

Schaltkontakt des ersten elektromechanischen Schalters zu schließen und einen von derTo close the switching contact of the first electromechanical switch and to

Spannungserfassungseinrichtung gelieferten zweiten Spannungswert zwischenzuspeichern, der kleiner als der erste Spannungswert ist, und anschließend, d.h. insbesondere nach erfolgreicher Beendigung des Einschaltvorgangs bzw. während des Betriebs, die von der Spannungserfassungseinrichtung vorzugsweise kontinuierlich gelieferten Spannungswerte zu überwachen und eine Fehlfunktion des ersten elektromechanischen Schalters zu erfassen, wenn die überwachtento temporarily store the second voltage value supplied by the voltage detection device, which is smaller than the first voltage value, and then, i.e. in particular after successful completion of the switch-on process or during operation, to monitor the voltage values preferably continuously supplied by the voltage detection device and to detect a malfunction of the first electromechanical switch if the monitored

Spannungswerte den zweiten Spannungswert insbesondere um einen vorbestimmtenVoltage values, the second voltage value in particular by a predetermined

Betrag überschreiten.amount exceed.

Auf diese Weise kann die Steuer- und Auswerteeinrichtung eine Störung des elektromechanischen Schalters erkennen.In this way, the control and evaluation device can detect a fault in the electromechanical switch.

Eine Fehlfunktion des ersten elektromechanischen Schalters liegt insbesondere dann vor, wenn sich der mechanische Schaltkontakt des ersten elektromechanischen Schalters unkontrolliert, zum Beispiel durch Erschütterungen des Schaltgeräts, öffnet.A malfunction of the first electromechanical switch occurs in particular when the mechanical switching contact of the first electromechanical switch opens uncontrollably, for example due to vibrations of the switching device.

Der erste Spannungswert kann bei einem ordnungsgemäßen Betrieb je nachThe first voltage value can be adjusted during normal operation depending on

Implementierung der Parallelschaltung beispielsweise bei 2 V und der zweiteImplementation of the parallel connection, for example, at 2 V and the second

Spannungswert etwa bei 0 V liegen.Voltage value should be approximately 0 V.

Vorteilhafterweise ist die Spannungserfassungseinrichtung insbesondere dazu ausgebildet, den Spannungswert einer an der Parallelschaltung abfallenden Spannung zu erfassen und diesen Spannungswert der Steuer- und Auswerteeinrichtung zurAdvantageously, the voltage detection device is designed in particular to detect the voltage value of a voltage drop across the parallel circuit and to transmit this voltage value to the control and evaluation device for

Auswertung zuzuführen.for evaluation.

Angermerkt sei, dass unter dem Ausdruck “während des Betriebs“ insbesondere der eingeschaltete Zustand des Schaltgeräts zu verstehen ist.It should be noted that the expression “during operation” refers in particular to the switched-on state of the switching device.

Überschreiten die überwachten Spannungswerte den zweiten Spannungswert, so erkennt die Steuer- und Auswerteeinrichtung, dass eine Störung am ersten elektromechanischenIf the monitored voltage values exceed the second voltage value, the control and evaluation device detects that there is a fault in the first electromechanical

Schalter aufgetreten ist. Insbesondere steigt bei einem, im Betrieb unkontrolliert geöffneten mechanischen Schaltkontakt des ersten elektromechanischen Schalters der überwachte Spannungswert an der Parallelschaltung beispielsweise nahezu wieder auf den ersten Spannungswert.switch has occurred. In particular, if the mechanical switching contact of the first electromechanical switch is opened uncontrollably during operation, the monitored voltage value at the parallel circuit rises almost back to the first voltage value.

Die Steuer- und Auswerteeinrichtung ist vorteilhafterweise dazu ausgebildet, eineThe control and evaluation device is advantageously designed to

Störung bzw. Fehlfunktion des elektromechanischen Schalters zu erkennen bzw. zu erfassen, wenn die überwachten Spannungswerte den zweiten Spannungswert um einen vorbestimmten Betrag, der kleiner als der erste Spannungswert sein kann, überschreiten.To detect or record a fault or malfunction of the electromechanical switch when the monitored voltage values exceed the second voltage value by a predetermined amount, which may be less than the first voltage value.

Gemäß einer vorteilhaften Implementierung kann die Steuer- und Auswerteeinrichtung dazu ausgebildet sein, nach der vorbestimmten Zeitdauer nicht nur den mechanischenAccording to an advantageous implementation, the control and evaluation device can be designed to not only stop the mechanical

Schaltkontakt des ersten elektromechanischen Schalters zu schließen, sondern auch den ersten Halbleiterschalter elektrisch sperrend zu schalten, nachdem der mechanischeto close the switching contact of the first electromechanical switch, but also to switch the first semiconductor switch electrically blocking after the mechanical

Schaltkontakt des ersten elektromechanischen Schalters geschlossen ist. In diesem Fall ist die Steuer- und Auswerteeinrichtung ferner dazu ausgebildet, im Betrieb den erstenSwitching contact of the first electromechanical switch is closed. In this case, the control and evaluation device is further designed to switch the first

Halbleiterschalter wieder elektrisch leitend zu schalten, wenn ein Ansteigen des überwachten Spannungswert über den zweiten Spannungswert erfasst wird. 5 Dank dieser Maßnahmen ist sichergestellt, dass bei einem unkontrollierten Öffnen des mechanischen Schaltkontakts des ersten elektromechanischen Schalters während dessemiconductor switch to be electrically conductive again when an increase in the monitored voltage value above the second voltage value is detected. 5 Thanks to these measures, it is ensured that in the event of an uncontrolled opening of the mechanical switching contact of the first electromechanical switch during the

Betriebs der im ersten Strompfad fließende Strom sofort oder ohne schädlicheoperation, the current flowing in the first current path stops immediately or without harmful

Zeitverzögerung über den ersten Halbleiterschalter geführt wird, d.h. zum erstenTime delay is passed through the first semiconductor switch, i.e. to the first

Halbleiter kommutiert wird.semiconductor is commutated.

Vorteilhafterweise kann die Steuer- und Auswerteeinrichtung als Mikrocontroller ausgebildet sein.Advantageously, the control and evaluation device can be designed as a microcontroller.

Zweckmäßigerweise können der erste Spannungswert, der zweite Spannungswert, gegebenenfalls ein Schwellenwert, der dem definierten Betrag, um den der überwachteConveniently, the first voltage value, the second voltage value, if applicable, a threshold value corresponding to the defined amount by which the monitored

Spannungswert im Störfall den zweiten Spannungswert überschreiten soll, entspricht und/oder die vorbestimmte Zeitdauer in einer Speichereinrichtung abgelegt sein, die in der Steuer- und Auswerteeinrichtung oder als separater Speicherbaustein implementiert sein kann. Auf diese Werte kann die Steuer- und Auswerteeinrichtung zugreifen, um dasVoltage value in the event of a fault should exceed the second voltage value and/or the predetermined time period must be stored in a memory device, which can be implemented in the control and evaluation device or as a separate memory module. The control and evaluation device can access these values in order to

Schaltgerät in der oben umschriebenen Weise steuern zu können.To be able to control the switching device in the manner described above.

Gemäß einer beispielhaften und kostengünstigen Ausführungsform weist die Spannungserfassungseinrichtung einen elektrischen Spannungsteiler auf.According to an exemplary and cost-effective embodiment, the voltage detection device comprises an electrical voltage divider.

Um feststellen zu können, ob ein Laststrom fließt, kann eine Strommesseinrichtung in dem ersten Strompfad oder in dem zweiten Strompfad angeordnet und elektrisch mit derIn order to determine whether a load current is flowing, a current measuring device can be arranged in the first current path or in the second current path and electrically connected to the

Steuer- und Auswerteeinrichtung verbunden sein. Die Strommesseinrichtung kann alsControl and evaluation device. The current measuring device can be

Stromsensor ausgebildet sein.current sensor.

Um bei einem Ausfall oder unerwünschten Abfall der Versorgungsspannung desIn order to avoid a failure or unwanted drop in the supply voltage of the

Schaltgeräts die elektrische Last von der Gleichspannungs-Versorgungseinrichtung trennen zu können, kann das Schaltgerät beispielsweise eine Erfassungseinrichtung, einen elektrischen Energiespeicher, der zur geräteinternen Energieversorgung ausgebildet ist, und eine mit dem ersten und zweiten Energieversorgungsanschluss verbundene Spannungsversorgungseinrichtung, die mit dem elektrischenIn order to be able to separate the electrical load from the DC voltage supply device by means of the switching device, the switching device can, for example, have a detection device, an electrical energy storage device which is designed for the device-internal energy supply, and a voltage supply device which is connected to the first and second energy supply connection and which is connected to the electrical

Energiespeicher und der Erfassungseinrichtung elektrisch verbunden ist, aufweisen.Energy storage device and the detection device are electrically connected.

Die Erfassungseinrichtung ist vorzugsweise dazu ausgebildet, den Abfall einer amThe detection device is preferably designed to detect the drop in a

Ausgang der Spannungsversorgungseinrichtung anliegenden Gleichspannung unter einen vorbestimmten Schwellenwert zu erfassen, wobei die Steuer- undto detect the DC voltage present at the output of the power supply device below a predetermined threshold value, whereby the control and

Auswerteeinrichtung vorzugsweise dazu ausgebildet ist, unter Ansprechen auf einen von der Erfassungseinrichtung erfassten Abfall einer am Ausgang derEvaluation device is preferably designed to, in response to a drop in a value at the output of the

Spannungsversorgungseinrichtung anliegenden Gleichspannung unter den vorbestimmten Schwellenwert einen Ausschaltvorgang zum Ausschalten einer an den ersten und zweiten Ausgangsanschluss anschließbaren elektrischen Last durchzuführen.to carry out a switch-off operation for switching off an electrical load connectable to the first and second output terminals when the DC voltage applied to the power supply device falls below the predetermined threshold value.

Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung kann das Schaltgerät einen dritten und viertenAccording to an advantageous embodiment, the switching device can have a third and fourth

Energieversorgungsanschluss, an die eine Energieversorgungseinrichtung zumPower supply connection to which a power supply device for

Bereitstellen einer Versorgungsspannung für das Schaltgerät anschließbar ist, eineProviding a supply voltage for the switching device can be connected, a

Erfassungseinrichtung, einen elektrischen Energiespeicher, der zur geräteinternendetection device, an electrical energy storage device, which is used for the device-internal

Energieversorgung ausgebildet ist, und eine mit dem dritten und viertenenergy supply, and one with the third and fourth

Energieversorgungsanschluss verbundene Spannungsversorgungseinrichtung, die mit dem elektrischen Energiespeicher und der Erfassungseinrichtung elektrisch verbunden ist, aufweisen. Die Erfassungseinrichtung ist vorzugsweise dazu ausgebildet, den Abfall einer am Ausgang der Spannungsversorgungseinrichtung anliegenden Gleichspannung unter einen vorbestimmten Schwellenwert zu erfassen, wobei die Steuer- undPower supply connection connected voltage supply device, which is electrically connected to the electrical energy storage device and the detection device. The detection device is preferably designed to detect the drop in a DC voltage present at the output of the power supply device below a predetermined threshold value, wherein the control and

Auswerteeinrichtung dazu ausgebildet ist, unter Ansprechen auf einen von derEvaluation device is designed to, in response to a signal from the

Erfassungseinrichtung erfassten Abfall einer am Ausgang derWaste collected by a collection device at the exit of the

Die Spannungsversorgungseinrichtung kann eine Einrichtung zurThe power supply device may comprise a device for

Spannungsaufbereitung, beispielsweise einen Spannungswandler und/oderVoltage conditioning, for example a voltage converter and/or

Spannungsregler, und gegebenenfalls einen Verpolschutz aufweisen.Voltage regulator and, if necessary, reverse polarity protection.

Die Erfassungseinrichtung kann zum Beispiel eine Vergleichseinrichtung aufweisen, die als Komparator zum Beispiel in Form eines Schmitt-Triggers ausgebildet sein kann. DieThe detection device can, for example, have a comparison device which can be designed as a comparator, for example in the form of a Schmitt trigger. The

Erfassungseinrichtung kann in der Steuer- und Auswerteeinrichtung oder als separateThe recording device can be integrated in the control and evaluation device or as a separate

Komponente implementiert sein kann.component can be implemented.

Vorteilhafterweise kann das Schaltgerät einen Eingangsanschluss aufweisen, der zumAdvantageously, the switching device can have an input connection which

Anlegen eines Steuersignals ausgebildet ist, wobei die Erfassungseinrichtung eingangsseitig mit dem Eingangsanschluss und einem Ausgang derApplying a control signal, wherein the detection device is connected on the input side to the input terminal and an output of the

Spannungsversorgungseinrichtung verbunden ist. Das Steuersignal kann von einer übergeordneten Steuereinrichtung dem Eingangsanschluss zugeführt werden und wird von dem Schaltgerät bzw. insbesondere von der Steuer- und Auswerteeinrichtung überwacht.The control signal can be fed to the input connection by a higher-level control device and is monitored by the switching device or in particular by the control and evaluation device.

Die Erfassungseinrichtung ist insbesondere derart konfiguriert, dass sie beim Anliegen des Steuersignals und bei einem Abfall der am Ausgang derThe detection device is in particular configured such that when the control signal is present and when the voltage at the output of the

Spannungsversorgungseinrichtung anliegenden Gleichspannung unter den vorbestimmten Schwellenwert am Ausgang einen Low-Pegel erzeugt, der der Steuer- und Auswerteeinrichtung eine fehlerhafte Energieversorgungseinrichtung signalisiert.If the DC voltage applied to the power supply device falls below the predetermined threshold value, a low level is generated at the output, which signals a faulty power supply device to the control and evaluation device.

Zur galvanischen Trennung kann in den ersten und/oder zweiten Strompfad ein weiterer mechanischer Schaltkontakt wenigstens eines elektromechanischen Schalters geschaltet sein.For galvanic isolation, a further mechanical switching contact of at least one electromechanical switch can be connected in the first and/or second current path.

Vorzugsweise kann das Schaltgerät einen zweiten, durch die Steuer- undPreferably, the switching device can have a second, through the control and

Auswerteeinrichtung steuerbaren Halbleiterschalter aufweisen, der antiseriell mit dem ersten Halbleiterschalter elektrisch verbunden ist. In diesem Fall ist dem ersten und zweiten Halbleiterschalter vorzugsweise jeweils eine Halbleiterdiode derart zugeordnet, dass bei entsprechender Ansteuerung des ersten und zweiten Halbleiters ein elektrischerThe semiconductor switch can be controlled by the evaluation device and is electrically connected anti-serially to the first semiconductor switch. In this case, the first and second semiconductor switches are preferably each assigned a semiconductor diode such that when the first and second semiconductors are controlled accordingly, an electrical

Strom zu einer angeschlossenen elektrischen Last bzw. zur Gleichspannungs-Current to a connected electrical load or to the DC voltage

Versorgungseinrichtung fließen kann.supply facility can flow.

Das oben genannte technische Problem wird ebenfalls durch die Verfahrensschritte desThe above-mentioned technical problem is also solved by the process steps of the

Anspruchs 12 gelöst.Claim 12 is resolved.

Demgemäß wird ein Verfahren zum Betreiben des zuvor umschriebenen Schaltgeräts zur Verfügung gestellt, wobei das Verfahren folgende Schritte aufweisen kann: a) Anschließen einer elektrischen Last an den ersten und zweiten Ausgangsanschluss; b) Anlegen einer Gleichspannung an den ersten und zweitenAccordingly, a method for operating the switching device described above is provided, the method comprising the following steps: a) connecting an electrical load to the first and second output terminals; b) applying a DC voltage to the first and second

Energieversorgungsanschluss; c) Bereitstellen einer Versorgungsspannung für das Schaltgerät; d) Durchführen eines Einschaltvorgangs durch die Steuer- und Auswerteeinrichtung (70); e) Überwachen der von der Spannungserfassungseinrichtung während des Betriebs gelieferten Spannungswerte durch die Steuer- und Auswerteeinrichtung; und f) Erfassen einer Fehlfunktion des ersten elektromechanischen Schalters, wenn die überwachten Spannungswerte sich in vorbestimmter Weise ändern.Power supply connection; c) providing a supply voltage for the switching device; d) carrying out a switch-on process by the control and evaluation device (70); e) monitoring the voltage values supplied by the voltage detection device during operation by the control and evaluation device; and f) detecting a malfunction of the first electromechanical switch when the monitored voltage values change in a predetermined manner.

Vorteilhafterweise kann in Schritt d) der Einschaltvorgang durchgeführt werden, indem 1) zuerst der erste Halbleiterschalter elektrisch leitend geschaltet wird, wobei der erste mechanische Schaltkontakt geöffnet ist, und ein von derAdvantageously, in step d), the switch-on process can be carried out by 1) firstly switching the first semiconductor switch to electrical conduction, wherein the first mechanical switching contact is opened, and a

Spannungserfassungseinrichtung erfasster erster Spannungswert zwischengespeichert wird, und 11) nach einer vorbestimmten Zeitdauer der mechanische Schaltkontakt des ersten elektromechanischen Schalters geschlossen und ein von dervoltage detection device is temporarily stored, and 11) after a predetermined period of time, the mechanical switching contact of the first electromechanical switch is closed and a

Spannungserfassungseinrichtung erfasster zweiter Spannungswert, der kleiner als der erste Spannungswert ist, zwischengespeichert wird, wobei in Schritt f) eine Fehlfunktion des ersten elektromechanischen Schalters erfasst wird, wenn die überwachten Spannungswerte den zweiten Spannungswert insbesondere um einen vorbestimmten Betrag überschreiten. Der vorbestimmte Betrag ist vorzugsweise kleiner oder gleich dem ersten Spannungswert.A second voltage value detected by the voltage detection device, which is smaller than the first voltage value, is temporarily stored, wherein in step f) a malfunction of the first electromechanical switch is detected when the monitored voltage values exceed the second voltage value, in particular by a predetermined amount. The predetermined amount is preferably smaller than or equal to the first voltage value.

Vorteilhafterweise kann der erste und/oder zweite Halbleiterschalter als einAdvantageously, the first and/or second semiconductor switch can be designed as a

Bipolartransistor mit isolierter Gate-Elektrode (auch IGBT genannt) ausgebildet sein.Bipolar transistor with insulated gate electrode (also called IGBT).

Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispiels in Verbindung mit den beiliegenden Zeichnungen näher erläutert. Darin zeigen:The invention is explained in more detail below using an embodiment in conjunction with the accompanying drawings, in which:

Figur 1 ein beispielhaftes Schaltgerät, in welchem die Erfindung verwirklicht ist, undFigure 1 shows an exemplary switching device in which the invention is implemented, and

Figur 2A den zeitlichen Verlauf einer Eingangsspannung UB;Figure 2A shows the time course of an input voltage UB;

Figur 2B den zeitlichen Verlauf eines Steuersignals,Figure 2B shows the time course of a control signal,

Figur 2C den zeitlichen Verlauf der Schaltzustände des ersten in Figur 1 gezeigtenFigure 2C shows the time course of the switching states of the first shown in Figure 1

Halbleiterschalters,semiconductor switch,

Figur 2D den zeitlichen Verlauf der Schaltzustände des ersten in Figur 1 mechanischen Schaltkontakts, undFigure 2D shows the time course of the switching states of the first mechanical switching contact in Figure 1, and

Figur 2E den zeitlichen Verlauf der von der Spannungserfassungseinrichtung erfassten Spannungswerte.Figure 2E shows the time course of the voltage values recorded by the voltage detection device.

Figur 1 zeigt die Prinzipschaltung eines beispielhaften Schaltgeräts 10, mit dem eine elektrische Last 110 elektrisch ein- und ausgeschaltet bzw. elektrisch mit einerFigure 1 shows the basic circuit of an exemplary switching device 10 with which an electrical load 110 can be electrically switched on and off or electrically connected to a

Gleichspannungs-Versorgungseinrichtung 20 verbunden oder von dieser getrennt werden kann. Hierzu weist das Schaltgerät 10 einen ersten Ausgangsanschluss 16 und einen zweiten Ausgangsanschluss 17 auf, an welche die elektrische Last 110 anschaltbar ist. Ferner weist das Schaltgerät 10 einen ersten Energieversorgungsanschluss 11 und einen zweiten Energieversorgungsanschluss 12 auf, an den die Gleichspannungs-DC voltage supply device 20 or can be separated from it. For this purpose, the switching device 10 has a first output connection 16 and a second output connection 17 to which the electrical load 110 can be connected. Furthermore, the switching device 10 has a first power supply connection 11 and a second power supply connection 12 to which the DC voltage

Versorgungseinrichtung 20 anschließbar ist. Die Gleichspannungs-supply device 20 can be connected. The DC voltage

Versorgungseinrichtung 20 ist dazu ausgebildet, eine Gleichspannung an die beidenSupply device 20 is designed to supply a direct voltage to the two

Energieversorgungsanschlüsse 11 und 12 anzulegen. Bei dem dargestelltenPower supply connections 11 and 12. In the illustrated

Ausführungsbeispiel ist die Gleichspannungs-Versorgungseinrichtung 20 als DC-In the exemplary embodiment, the DC voltage supply device 20 is designed as a DC

Versorgungsnetz ausgebildet. Die Gleichspannungs-Versorgungseinrichtung 20 weist einen ersten Leiter 21, über den ein erstes elektrisches Potential, z.B. ein negatives elektrisches Potenzial an den Energieversorgungsanschluss 11 angelegt werden kann, und einen zweiten Leiter 22 auf, über den ein zweites elektrisches Potential, z.B. ein positives elektrisches Potenzial an den Energieversorgungsanschluss 12 angelegt werden kann. Weiterhin weist der Schaltgerät 10 einen ersten Strompfad 18 auf, der elektrisch beispielsweise mit dem ersten Energieversorgungsanschluss 11 und dem ersten Ausgangsanschluss 16 verbunden ist. In dem ersten Strompfad 18 ist einesupply network. The direct current supply device 20 has a first conductor 21, via which a first electrical potential, e.g. a negative electrical potential, can be applied to the power supply connection 11, and a second conductor 22, via which a second electrical potential, e.g. a positive electrical potential, can be applied to the power supply connection 12. Furthermore, the switching device 10 has a first current path 18, which is electrically connected, for example, to the first power supply connection 11 and the first output connection 16. In the first current path 18, a

Parallelschaltung 50 angeordnet, die einen ersten ansteuerbaren Halbleiterschalter 90, eine Spannungserfassungseinrichtung 130 und einen mechanischen Schaltkontakt 82 eines ersten elektromechanischen Schalters 80 aufweisen kann. Die Parallelschaltung 50 kann als hybride Ausgangsstufe bezeichnet werden.Parallel circuit 50 is arranged, which can have a first controllable semiconductor switch 90, a voltage detection device 130 and a mechanical switching contact 82 of a first electromechanical switch 80. The parallel circuit 50 can be referred to as a hybrid output stage.

Die Spannungserfassungseinrichtung 130 ist vorzugsweise als Spannungsteiler ausgebildet, der zum Beispiel vier in Reihe geschaltete elektrische Widerstände 131 bis 134 aufweist. Beispielsweise ist die Verbindungsstelle zwischen den elektrischenThe voltage detection device 130 is preferably designed as a voltage divider, which has, for example, four electrical resistors 131 to 134 connected in series. For example, the connection point between the electrical

Widerständen 131 und 132 elektrisch mit einem Eingang 70f der Steuer- undResistors 131 and 132 electrically connected to an input 70f of the control and

Auswerteeinrichtung 70 verbunden. Ist der Eingang 70f ein analoger Eingang, weist dieevaluation device 70. If the input 70f is an analog input, the

Steuer- und Auswerteeinrichtung 70 einen A/D-Wandler auf, um die vomControl and evaluation device 70 has an A/D converter to convert the

Spannungsteiler 130 gelieferten analogen Spannungswerte in Digitalwerte umzuwandeln. Bei dem beispielhaften Schaltgerät 10 ist der elektrische Widerstand 131 mit Masse verbunden, die wiederum mit einem Masseeingang 70g der Steuer- undvoltage divider 130 into digital values. In the exemplary switching device 10, the electrical resistor 131 is connected to ground, which in turn is connected to a ground input 70g of the control and

Auswerteeinrichtung 70 verbunden ist. Auf diese Weise kann eine an dem Widerstand 131 abfallende Spannung mittels der Steuer- und Auswerteeinrichtung 70 gemessen werden. Hierzu liegt die Steuer- und Auswerteeinrichtung 70 vorzugsweise schwimmend über den Masseeingang 70g auf Masse und wird über dieEvaluation device 70 is connected. In this way, a voltage drop across the resistor 131 can be measured by means of the control and evaluation device 70. For this purpose, the control and evaluation device 70 is preferably floatingly connected to ground via the ground input 70g and is connected to the

Spannungsversorgung 30, die eine galvanische Trennung beinhalten kann, gespeist.Power supply 30, which may include galvanic isolation.

Der Halbleiterschalter 90 kann als Bipolartransistor mit isolierter Gate-Elektrode ausgebildet sein. Ein solcher Transistor wird auch als IGBT-Transistor bezeichnet. Der parallel zu dem Halbleiterschalter 90 liegende mechanische Schaltkontakt 82 gehört vorzugsweise zu einem elektromechanischen Schalter 80, der beispielsweise als Relais ausgebildet ist. Der elektromechanische Schalter 80 weist in an sich bekannter Weise eine in einem Steuerstromkreis liegende Erregerspule 81 auf, die mit einem Ausgang 70e einer Steuer- und Auswerteeinrichtung 70 verbunden sein kann. Der mechanischeThe semiconductor switch 90 can be designed as a bipolar transistor with an insulated gate electrode. Such a transistor is also referred to as an IGBT transistor. The mechanical switching contact 82 lying parallel to the semiconductor switch 90 preferably belongs to an electromechanical switch 80, which is designed as a relay, for example. The electromechanical switch 80 has, in a manner known per se, an excitation coil 81 lying in a control circuit, which can be connected to an output 70e of a control and evaluation device 70. The mechanical

Schaltkontakt 82 bildet einen Bypass für den Halbleiterschalter 90. Wie in Figur 1 gezeigt, kann bei einer vorteilhaften Implementierung eine Diode 91 parallel zu demSwitch contact 82 forms a bypass for the semiconductor switch 90. As shown in Figure 1, in an advantageous implementation, a diode 91 can be connected in parallel to the

Halbleiterschalter 90 geschaltet sein, die einen Stromrückfluss vom Ausgangsanschluss 16 zum Energieversorgungsanschluss 11 ermöglicht.Semiconductor switch 90 may be connected, which allows a current flow back from the output terminal 16 to the power supply terminal 11.

Der Halbleiterschalter 90 kann zum Beispiel als normal leitender n-Kanal-Transistor ausgebildet sein, dessen Gate-Anschluss mit einem Ausgang 70i der Steuer- undThe semiconductor switch 90 can, for example, be designed as a normally conducting n-channel transistor whose gate terminal is connected to an output 70i of the control and

Auswerteeinrichtung 70 verbunden ist. In diesem Fall ist die Kathode der Diode 91 mit dem Kollektoranschluss und die Anode der Diode 91 mit dem Emitteranschluss desevaluation device 70. In this case, the cathode of the diode 91 is connected to the collector terminal and the anode of the diode 91 is connected to the emitter terminal of the

Halbleiterschalters 90 verbunden. Die Steuer- und Auswerteeinrichtung 70 kann beispielsweise als Mikrocontroller ausgebildet sein. Der Kollektor dessemiconductor switch 90. The control and evaluation device 70 can be designed as a microcontroller, for example. The collector of the

Halbleiterschalters 90 ist bei der beispielhaften Implementierung mit demSemiconductor switch 90 is in the exemplary implementation with the

Energieversorgungsanschluss 11 verbunden, während der Emitter-Anschluss desPower supply terminal 11, while the emitter terminal of the

Halbleiterschalters 81 mit dem Ausgangsanschluss 16 verbunden ist.Semiconductor switch 81 is connected to the output terminal 16.

Optional kann ein zweiter ansteuerbarer Halbleiterschalter 95 vorgesehen sein, der ebenfalls beispielsweise als normal leitender n-Kanal-Transistor ausgebildet sein kann und einen sogenannten IGBT-Transistor bildet. Der zweite Halbleiterschalter 95 ist, sofern vorhanden, antiseriell mit dem Halbleiterschalter 90 verbunden. Im vorliegendenOptionally, a second controllable semiconductor switch 95 can be provided, which can also be designed, for example, as a normally conducting n-channel transistor and forms a so-called IGBT transistor. The second semiconductor switch 95, if present, is connected anti-serially to the semiconductor switch 90. In the present

Beispiel ist der Gate-Anschluss des Halbleiterschalters 95 ebenfalls mit einem Ausgang 70h der Steuer- und Auswerteeinrichtung 70 verbunden, während derExample, the gate terminal of the semiconductor switch 95 is also connected to an output 70h of the control and evaluation device 70, while the

Kollektoranschluss entweder unmittelbar oder über eine Strommesseinrichtung 100 mit dem Energieversorgungsanschluss 16 und ferner mit dem Masseeingang 70g der Steuer- und Auswerteeinrichtung verbunden sein kann. Der Emitteranschluss desCollector terminal can be connected either directly or via a current measuring device 100 to the power supply terminal 16 and further to the ground input 70g of the control and evaluation device. The emitter terminal of the

Halbleiterschalters 95 kann elektrisch mit dem Emitteranschluss des Halbleiterschalters 90 verbunden sein.Semiconductor switch 95 may be electrically connected to the emitter terminal of semiconductor switch 90.

Ähnlich dem Halbleiterschalter 90 kann der Halbleiterschalter 95 eine parallel zumSimilar to the semiconductor switch 90, the semiconductor switch 95 can have a parallel

Kollektor und Emitter geschaltete Diode 96 aufweisen, deren Kathodenanschluss mit dem Kollektoranschluss und deren Anodenanschluss mit dem Emitteranschluss desCollector and emitter connected diode 96, whose cathode terminal is connected to the collector terminal and whose anode terminal is connected to the emitter terminal of the

Halbleiterschalters 95 verbunden ist. Die Diode 96 ermöglicht einen Laststrom zur Last 110 hin, wenn der Halbleiterschalter 90 elektrisch leitend und der Halbleiterschalter 95 elektrisch sperrend geschaltet ist. Die Grundfunktion des Halbleiterschalters 95 ist es, einen Stromfluss in Richtung von der Last 110 zur Energieversorgungseinrichtung 20 mit Hilfe der Diode 91 zu ermöglichen. Beispielsweise könnte die Last 110 einsemiconductor switch 95. Diode 96 enables a load current to flow to load 110 when semiconductor switch 90 is electrically conductive and semiconductor switch 95 is electrically blocked. The basic function of semiconductor switch 95 is to enable a current flow in the direction from load 110 to power supply device 20 with the aid of diode 91. For example, load 110 could be a

Energiespeicher sein, der mit Hilfe des Schaltgerätes 10 entladen werden kann. Zu diesem Zweck ist die Steuer- und Auswerteeinrichtung 70 in der Lage, denEnergy storage device that can be discharged using the switching device 10. For this purpose, the control and evaluation device 70 is able to

Halbleitertransistor 95 leitend und gleichzeitig den Halbleiterschalter 90 sperrend zu schalten.Semiconductor transistor 95 is conductive and at the same time semiconductor switch 90 is blocked.

Der Einfachheit halber wird im Weiteren angenommen, dass der Halbleiterschalter 95 nicht im Schaltgerät 10 implementiert ist oder dauerhaft im elektrisch sperrendenFor the sake of simplicity, it is assumed below that the semiconductor switch 95 is not implemented in the switching device 10 or is permanently in the electrically blocking

Zustand gehalten wird.condition is maintained.

Ferner weist das Schaltgerät 10 einen zweiten Strompfad 19 auf, der elektrisch mit dem zweiten Energieversorgungsanschluss 12 und dem zweiten Ausgangsanschluss 17 verbunden ist.Furthermore, the switching device 10 has a second current path 19 which is electrically connected to the second power supply terminal 12 and the second output terminal 17.

Um erkennen zu können, ob ein Laststrom fließt, kann eine Strommesseinrichtung 100 entweder in den ersten Strompfad 18 oder in den zweiten Strompfad 19 geschaltet sein.In order to be able to detect whether a load current is flowing, a current measuring device 100 can be connected either into the first current path 18 or into the second current path 19.

Bei der dargestellten Ausführungsform ist die Strommesseinrichtung 100 in den erstenIn the embodiment shown, the current measuring device 100 is in the first

Strompfad 18 geschaltet, und zwar zwischen die Parallelschaltung 50 und denCurrent path 18 is connected between the parallel circuit 50 and the

Ausgangsanschluss 16. Die Strommesseinrichtung 100 kann in an sich bekannter alsOutput terminal 16. The current measuring device 100 can be in a form known per se as

Stromsensor ausgebildet sein. Ein Eingang 70d der Steuer- und Auswerteeinrichtung 70 ist mit einem Ausgang der Strommesseinrichtung 100 verbunden. Wie weiter unten noch detailliert erläutert wird, besteht eine Aufgabe der Steuer- undcurrent sensor. An input 70d of the control and evaluation device 70 is connected to an output of the current measuring device 100. As will be explained in more detail below, one task of the control and

Auswerteeinrichtung 70 darin, gezielt den Halbleiterschalter 90 und, falls vorhanden, den Halbleiterschalter 95 entweder in einen sperrenden oder in einen elektrisch leitenden Zustand zu versetzen und ferner den mechanischen Schaltkontakt 82 in vorbestimmter Weise zu schließen oder zu öffnen und die von derEvaluation device 70 is to specifically set the semiconductor switch 90 and, if present, the semiconductor switch 95 either into a blocking or into an electrically conductive state and further to close or open the mechanical switching contact 82 in a predetermined manner and to

Spannungserfassungseinrichtung 130 insbesondere im eingeschalteten Zustand desVoltage detection device 130, in particular in the switched-on state of the

Schaltgeräts 10 gelieferten Spannungswerte auszuwerten, um eine Störung des elektromechanischen Schalters 80 und insbesondere ein unkontrolliertes Öffnen des mechanischen Schalters 82 erkennen zu können.switching device 10 in order to be able to detect a fault in the electromechanical switch 80 and in particular an uncontrolled opening of the mechanical switch 82.

Die Versorgungsspannung des Schaltgeräts 10 kann beispielsweise aus der an denThe supply voltage of the switching device 10 can, for example, be derived from the

Energieversorgungsanschlüssen 11 und 12 angelegten Gleichspannung gewonnen werden. Alternativ, und wie dies in Figur 1 dargestellt ist, kann dievoltage applied to power supply terminals 11 and 12. Alternatively, and as shown in Figure 1, the

Versorgungsspannung des Schaltgeräts 10 auch über eine separate externeSupply voltage of the switching device 10 also via a separate external

Energieversorgungseinrichtung 120 bereitgestellt werden, die beispielsweise über einenEnergy supply device 120 can be provided, for example, via a

Schalter 13 an einen dritten und vierten Energieversorgungsanschluss 13 und 14 desSwitch 13 to a third and fourth power supply terminal 13 and 14 of the

Schaltgerätes 10 anschließbar ist. Die Energieversorgungseinrichtung 120 liefert beispielsweise eine Gleichspannung UB von beispielsweise 24 V. Die an denswitching device 10. The power supply device 120 supplies, for example, a direct voltage UB of, for example, 24 V. The

Energieversorgungsanschlüssen 13 und 14 bereitgestellte Versorgungsspannung kann einer internen Spannungsversorgungseinrichtung 30 zugeführt, die eingangsseitig an dieThe supply voltage provided by the power supply terminals 13 and 14 can be fed to an internal voltage supply device 30, which is connected on the input side to the

Energieversorgungsanschlüsse 13 und 14 angeschlossen ist. DiePower supply terminals 13 and 14 are connected. The

Spannungsversorgungseinrichtung 30 kann beispielsweise einen Spannungswandler und einen Spannungsregler aufweisen, die dafür sorgen, dass am Ausgang 31 derVoltage supply device 30 can, for example, have a voltage converter and a voltage regulator, which ensure that at the output 31 of the

Spannungsversorgungseinrichtung 30 eine vorbestimmte Betriebsspannung für dasPower supply device 30 a predetermined operating voltage for the

Schaltgerät 10 und seine Komponenten, wie zum Beispiel der Steuer- undSwitching device 10 and its components, such as the control and

Auswerteeinrichtung 70, bereitgestellt wird. Darüber hinaus liefert dieEvaluation device 70. In addition, the

Spannungsversorgungseinrichtung 30 auch die notwendige Schaltenergie zumPower supply device 30 also provides the necessary switching energy for

Ansteuern des mechanischen Schaltkontakts 82. Bei dem vorliegendenControl of the mechanical switching contact 82. In the present

Ausführungsbeispiel liefert die Spannungsversorgungseinrichtung 30 insbesondere eineIn this embodiment, the voltage supply device 30 provides in particular a

Schaltenergie für die Erregerspule 81, um den mechanischen Schaltkontakt 82 entsprechend ansteuern zu können. Wird die Versorgungsspannung des Schaltgeräts 10 aus der an den Energieversorgungsanschlüssen 11 und 12 angelegten Gleichspannung gewonnen, so ist die Spannungsversorgungseinrichtung 30 eingangsseitig an dieSwitching energy for the excitation coil 81 in order to be able to control the mechanical switching contact 82 accordingly. If the supply voltage of the switching device 10 is obtained from the direct voltage applied to the power supply terminals 11 and 12, the voltage supply device 30 is connected on the input side to the

Energieversorgungsanschlüsse 11 und 12 angeschlossen.Power supply terminals 11 and 12 connected.

Um auch bei einem Ausfall der Energieversorgungseinrichtung 120 oder alternativ derIn order to ensure that the power supply 120 or alternatively the

Gleichspannungs-Versorgungseinrichtung 20 das Schaltgerät 10 temporär betriebsbereit zu halten und insbesondere einen gezielten Ausschaltvorgang der elektrischen Last 110 durchführen zu können, kann am Ausgang 31 der Spannungsversorgungseinrichtung 30 ein elektrischer Energiespeicher 40 beispielsweise in Form eines Kondensators angeschlossen sein. Bei dieser beispielhaften Implementierung ist der Ausgang desIn order to keep the switching device 10 temporarily operational by means of the DC voltage supply device 20 and in particular to be able to carry out a targeted switching off of the electrical load 110, an electrical energy storage device 40, for example in the form of a capacitor, can be connected to the output 31 of the voltage supply device 30. In this exemplary implementation, the output of the

Energiespeichers 40 beispielsweise mit einem Versorgungsanschluss 70a der Steuer- und Auswerteeinrichtung 70 verbunden.Energy storage device 40 is connected, for example, to a supply connection 70a of the control and evaluation device 70.

Um die Funktionsfähigkeit der an die Energieversorgungsanschlüsse 13 und 14 anschaltbaren Energieversorgungseinrichtung 120 überwachen zu können, kann eineIn order to monitor the functionality of the power supply device 120 that can be connected to the power supply connections 13 and 14, a

Erfassungseinrichtung 150 vorgesehen sein, die insbesondere den Ausfall derA detection device 150 may be provided which in particular detects the failure of the

Energieversorgungseinrichtung 120 erfassen kann. Die Erfassungseinrichtung 150 kann beispielsweise durch einen Komparator, der als Schmitt-Trigger oder im einfachstenenergy supply device 120. The detection device 150 can be implemented, for example, by a comparator which is designed as a Schmitt trigger or in the simplest

Fall als UND-Gatter ausgebildet sein kann, realisiert sein, dessen erster Eingang mit dem Ausgang 31 der Spannungsversorgungseinrichtung 30 verbunden ist, während der zweite Eingang der Erfassungseinrichtung 150 mit einem Eingangsanschluss 15 descase can be designed as an AND gate, whose first input is connected to the output 31 of the voltage supply device 30, while the second input of the detection device 150 is connected to an input terminal 15 of the

Schaltgeräts 10 elektrisch verbunden sein kann. Zur galvanischen Trennung kann zwischen dem Eingangsanschluss 15 und dem zweiten Eingang derswitching device 10. For galvanic isolation, a connection can be made between the input terminal 15 and the second input of the

Erfassungseinrichtung 150 ein Optokoppler 160 geschaltet sein. An denAn optocoupler 160 may be connected to the detection device 150.

Eingangsanschluss 15 kann ein externes, vorzugsweise binäres Steuersignal angelegt werden, welches beispielsweise von einer übergeordneten Steuereinrichtung geliefert wird. Der Ausgang der Erfassungseinrichtung 150 ist mit einem digitalen Eingang 70b der Steuer- und Auswerteeinrichtung 70 verbunden. So lange am Eingangsanschluss 15 ein Steuersignal mit einem High-Pegel anliegt und die Energieversorgungseinrichtung 120 elektrisch mit den Energieversorgungsanschlüssen 13 und 14 verbunden ist und ordnungsgemäß arbeitet, signalisiert die Erfassungseinrichtung 150 der Steuer- undAn external, preferably binary control signal can be applied to input connection 15, which is supplied, for example, by a higher-level control device. The output of the detection device 150 is connected to a digital input 70b of the control and evaluation device 70. As long as a control signal with a high level is present at input connection 15 and the energy supply device 120 is electrically connected to the energy supply connections 13 and 14 and is working properly, the detection device 150 signals the control and

Auswerteeinrichtung 70 eine fehlerfreie Energieversorgungseinrichtung 120.Evaluation device 70 a fault-free energy supply device 120.

Angemerkt sei, dass die Erfassungseinrichtung 150 auch integraler Bestandteil derIt should be noted that the detection device 150 is also an integral part of the

Steuer- und Auswerteeinrichtung 70 sein kann. In diesem Fall weist die Steuer- undControl and evaluation device 70. In this case, the control and

Auswerteeinrichtung 70 zwei entsprechende Eingänge auf, die elektrisch mit demEvaluation device 70 has two corresponding inputs which are electrically connected to the

Ausgang 31 der Spannungsversorgungseinrichtung 30 und dem Eingangsanschluss 15 verbunden sind.Output 31 of the power supply device 30 and the input terminal 15.

Liegt beispielsweise an der Erfassungseinrichtung 150 ein Steuersignal mit einem High-For example, if a control signal with a high

Pegel an, und fällt die am Ausgang 31 der Spannungsversorgungseinrichtung 30 anliegende Ausgangsspannung unter einen vorbestimmten Schwellenwert, der einemlevel, and the output voltage at the output 31 of the voltage supply device 30 falls below a predetermined threshold value which corresponds to a

Low-Pegel entspricht, dann erzeugt die Erfassungseinrichtung 150 an ihrem Ausgang beispielsweise ein Signal mit einem Low-Pegel, der der Steuer- undLow level, then the detection device 150 generates at its output, for example, a signal with a low level that corresponds to the control and

Auswerteeinrichtung 70 eine fehlerhafte Energieversorgungseinrichtung 120 signalisiert. Unter Ansprechen hierauf löst die Steuer- und Auswerteeinrichtung 70 einen vorzugsweise vorbestimmten Ausschaltvorgang aus. Die im Energiespeicher 40 gespeicherte Energie reicht aus, um mittels der Steuer- und Auswerteeinrichtung 70 denEvaluation device 70 signals a faulty energy supply device 120. In response to this, the control and evaluation device 70 initiates a preferably predetermined switch-off process. The energy stored in the energy storage device 40 is sufficient to switch off the

Ausschaltvorgang zum Trennen der elektrischen Last 110 von derSwitch-off procedure for disconnecting the electrical load 110 from the

Energieversorgungseinrichtung 20 durchzuführen.Energy supply facility 20.

Ferner kann eine Speichereinrichtung 60 im Schaltgerät 10 implementiert sein. DieFurthermore, a storage device 60 can be implemented in the switching device 10. The

Speichereinrichtung 60 kann als separater Speicherbausteinen elektrisch mit der Steuer- und Auswerteeinrichtung 70 verbunden sein. Die Speichereinrichtung 60 kann alternativ auch eine integrierte Komponente der Steuer- und Auswerteeinrichtung 70 sein. In der Speichereinrichtungen 60 können beispielsweise ein erster Spannungswert, ein zweiter Spannungswert, der kleiner als der erste Spannungswert ist, und/oder ein vorbestimmter Betrag gespeichert sein, der größer als der zweite Spannungswert und vorzugsweise kleiner oder maximal gleich dem ersten Spannungswert ist.The memory device 60 can be electrically connected to the control and evaluation device 70 as a separate memory module. The memory device 60 can alternatively also be an integrated component of the control and evaluation device 70. For example, a first voltage value, a second voltage value that is smaller than the first voltage value, and/or a predetermined amount that is greater than the second voltage value and preferably smaller than or at most equal to the first voltage value can be stored in the memory device 60.

Beispielsweise ist der erste Spannungswert 2 V und der zweite Spannungswert 0 V. Der erste Spannungswert wird von der Spannungserfassungseinrichtung 130 der Steuer- undFor example, the first voltage value is 2 V and the second voltage value is 0 V. The first voltage value is detected by the voltage detection device 130 of the control and

Auswerteeinrichtung 70 übergeben, wenn der Halbleiterschalter 90 elektrisch leitend und der mechanische Schaltkontakt 82 geöffnet ist. Der zweite Spannungswert wird von der Spannungserfassungseinrichtung 130 der Steuer- und Auswerteeinrichtung 70 übergeben, wenn der mechanische Schaltkontakt 82 geschlossen ist, d.h. dieThe first voltage value is transmitted to the evaluation device 70 when the semiconductor switch 90 is electrically conductive and the mechanical switching contact 82 is open. The second voltage value is transmitted from the voltage detection device 130 to the control and evaluation device 70 when the mechanical switching contact 82 is closed, i.e. the

Erregerspule 81 bestromt wird.Excitation coil 81 is energized.

Optional kann in dem Strompfad 18 und/oder dem Strommesspfad 19 ein weiterer mechanischer Schaltkontakt geschaltet sein. Bei der dargestellten Ausführungsform ist ein weiterer mechanischer Schaltkontakt 172 in den Strompfad 18 und ein mechanischerOptionally, a further mechanical switching contact can be connected in the current path 18 and/or the current measuring path 19. In the embodiment shown, a further mechanical switching contact 172 is connected in the current path 18 and a mechanical

Schaltkontakt 182 in den zweiten Strompfad 19 geschaltet. Die beiden mechanischenSwitching contact 182 is switched into the second current path 19. The two mechanical

Schaltkontakte 171 und 182 können die Schaltkontakte eines gemeinsamen elektromechanischen Schalters, oder, wie in Figur 1 gezeigt, jeweils eines separaten elektromechanischen Schalters 180 bzw. 190 sein, Die mechanischen Schaltkontakte 171 und 182 dienen insbesondere zur galvanischen Trennung der elektrischen Last 110.Switching contacts 171 and 182 can be the switching contacts of a common electromechanical switch or, as shown in Figure 1, of a separate electromechanical switch 180 or 190, respectively. The mechanical switching contacts 171 and 182 serve in particular for the galvanic isolation of the electrical load 110.

Bei der beispielhaften Implementierung sind die beiden mechanischen Schaltkontakte 171 und 182 und auch der mechanische Schaltkontakt 82 jeweils als Schließer ausgebildet. Zur Ansteuerung der mechanischen Schalter 172 und 182 kann die Steuer- und Auswerteeinrichtung 70 zwei weiteren Ausgänge 70k bzw. 70j aufweisen, über die beispielsweise die Schaltenergie für eine Erregerspule 171 des elektromechanischenIn the exemplary implementation, the two mechanical switching contacts 171 and 182 and also the mechanical switching contact 82 are each designed as normally open contacts. To control the mechanical switches 172 and 182, the control and evaluation device 70 can have two further outputs 70k and 70j, respectively, via which, for example, the switching energy for an excitation coil 171 of the electromechanical

Schalters 170 bzw. die Schaltenergie für eine Erregerspule 181 des elektromechanischen Schalters 180 aus dem Energiespeicher 40 geliefert werden kann.switch 170 or the switching energy for an excitation coil 181 of the electromechanical switch 180 can be supplied from the energy storage device 40.

Um den Schaltzustand des elektromechanischen Schalters 80 bzw. dessen mechanischenTo determine the switching state of the electromechanical switch 80 or its mechanical

Schaltkontakts 82 zuverlässig erfassen zu können, kann der elektromechanischeTo reliably detect the switching contact 82, the electromechanical

Schalter 80 zum Beispiel einen weiteren, mechanisch mit dem Schaltkontakt 82 verbundenen mechanischen Schaltkontakt (nicht dargestellt) aufweisen, die zusammen zwangsgeführt sein können. Der weitere mechanische Schaltkontakt könnte mit einem weiteren Eingang der Steuer- und Auswerteeinrichtung 70 verbunden sein. Auf dieseSwitch 80 may, for example, have a further mechanical switching contact (not shown) mechanically connected to the switching contact 82, which can be positively guided together. The further mechanical switching contact could be connected to a further input of the control and evaluation device 70. In this

Weise könnte die Steuer- und Auswerteeinrichtung 70 den Schaltzustand des weiteren mechanischen Schaltkontakts des elektromechanischen Schalters 80 abfragen, um gegebenenfalls eine Störung des mechanischen Schaltkontakts 82 erkennen zu können.In this way, the control and evaluation device 70 could query the switching state of the further mechanical switching contact of the electromechanical switch 80 in order to be able to detect a fault in the mechanical switching contact 82 if necessary.

Nachfolgend wird die Funktionsweise des beispielhaften Schaltgeräts 10 und insbesondere Funktion des Schaltgeräts 10 zum Erkennen einer Störung bzw.The following describes the functionality of the exemplary switching device 10 and in particular the function of the switching device 10 for detecting a fault or

Fehlfunktion des elektromechanischen Schalters 80 während des Betriebs, also im eingeschalteten Zustand des Schaltgeräts 10, näher erläutert. Hierzu wird auch auf dieMalfunction of the electromechanical switch 80 during operation, i.e. when the switching device 10 is switched on, is explained in more detail. Reference is also made to the

Figuren 2A bis 2E Bezug genommen.Figures 2A to 2E are referred to.

Zunächst sei angenommen, dass das Schaltgerät 10 einen Einschaltvorgang durchführen soll, bei dem die elektrische Last 110 elektrisch mit der Gleichspannungs-First, it is assumed that the switching device 10 is to carry out a switch-on process in which the electrical load 110 is electrically connected to the DC voltage

Versorgungseinrichtung 20 verbunden wird. Ferner sei angenommen, dass dersupply facility 20. Furthermore, it is assumed that the

Halbleiterschalter 95 nicht vorhanden oder, wenn vorhanden, während der betrachtetenSemiconductor switch 95 not present or, if present, during the considered

Zeitpunkte elektrisch sperrend ist.times is electrically blocking.

Ferner sei beispielhaft angenommen, dass zum Zeitpunkt t0 die Steuer- undFurthermore, it is assumed that at time t0 the tax and

Auswerteeinrichtung 70 dafür sorgt, dass der Halbleiterschalter 90 elektrisch sperrend geschaltet ist, der mechanische Schaltkontakt 82 geöffnet und, sofern vorhanden auch die mechanischen Schaltkontakte 172 und 182, wie in der Figur 1 gezeigt, geöffnet sind.Evaluation device 70 ensures that the semiconductor switch 90 is electrically blocked, the mechanical switching contact 82 is opened and, if present, the mechanical switching contacts 172 and 182 are also opened, as shown in Figure 1.

Diese Schaltzustände sind zumindest teilweise auch in den Figuren 2C und 2d zu sehen.These switching states can also be seen, at least in part, in Figures 2C and 2d.

Dies erreicht die Steuer- und Auswerteeinrichtung 70 vorzugsweise dadurch, dass dieThe control and evaluation device 70 preferably achieves this by

Erregerspule 81 und, sofern vorhanden, auch die Erregerspulen 171 und 181 nicht bestromt werden, d.h. nicht mit der Spannungsversorgungseinrichtung 30 bzw. demExcitation coil 81 and, if present, also the excitation coils 171 and 181 are not energized, i.e. not connected to the voltage supply device 30 or the

Energiespeicher 40 verbunden sind. Angemerkt sei, dass die Steuer- undEnergy storage 40. It should be noted that the control and

Auswerteeinrichtung 70 vorzugsweise dazu ausgebildet ist, die beiden elektromechanischen Schalter 170 und 180 synchron anzusteuern.Evaluation device 70 is preferably designed to control the two electromechanical switches 170 and 180 synchronously.

Ein Einschaltvorgang wird beispielsweise dadurch eingeleitet, dass zum Zeitpunkt t1 mittels der Gleichspannungsquelle 120 eine Versorgungsspannung an dieA switch-on process is initiated, for example, by applying a supply voltage to the

Energieversorgungsanschlüsse 13 und 14 angelegt wird, wie dies in Figur 2A gezeigt ist. Soll optional vom Schaltgerät 10 auch die an den Energieversorgungsanschlüssen 13 und 14 anliegende Versorgungsspannung überwacht werden, kann ferner zum Zeitpunkt tl als Steuersignal ein High-Pegel an den Eingangsanschluss 15 angelegt werden, wie dies in Figur 2B gezeigt ist. Das Steuersignal wird vorzugsweise vonPower supply terminals 13 and 14, as shown in Figure 2A. If the switching device 10 optionally also wants to monitor the supply voltage present at the power supply terminals 13 and 14, a high level can also be applied to the input terminal 15 as a control signal at time t1, as shown in Figure 2B. The control signal is preferably provided by

Erfassungseinrichtung 150 bzw. der Steuer- und Auswerteeinrichtung 70 überwacht.Detection device 150 or the control and evaluation device 70.

Zudem veranlasst die Steuer- und Auswerteeinrichtung 70, dass, sofern vorhanden, die mechanischen Schaltkontakte 172 und 182 geschlossen werden, indem dieIn addition, the control and evaluation device 70 causes the mechanical switching contacts 172 and 182, if present, to be closed by the

Erregerspulen 170 und 180 vorzugsweise synchron mittels derExcitation coils 170 and 180 preferably synchronously by means of the

Spannungsversorgungseinrichtung 30 bzw. des Energiespeichers 40 bestromt werden.Power supply device 30 or the energy storage device 40 can be energized.

In diesem Moment liegt das elektrische Potenzial des Leiters 21 über den Strompfad 19 am Ausgangsanschluss 17 an.At this moment, the electrical potential of the conductor 21 is applied to the output terminal 17 via the current path 19.

Nunmehr wird über die Spannungsversorgungseinrichtung 30 der Energiespeicher 40 aufgeladen und die beispielsweise als UND-Gatter ausgebildete Erfassungseinrichtung 150 liefert am Eingang 70b der Steuer- und Auswerteeinrichtung 70 einen High-Pegel, der der Steuer- und Auswerteeinrichtung 70 signalisiert, dass an denThe energy storage device 40 is now charged via the voltage supply device 30 and the detection device 150, which is designed as an AND gate, for example, supplies a high level at the input 70b of the control and evaluation device 70, which signals to the control and evaluation device 70 that the

Eingangsanschlüssen 13 und 14 ordnungsgemäß die Versorgungsspannung UB und amInput terminals 13 and 14 properly supply the supply voltage UB and at

Eingangsanschluss 15 das Steuersignal anliegt. Das Steuersignal wird beispielsweise durch ein Signal mit einem High-Pegel realisiert.The control signal is present at input terminal 15. The control signal is implemented, for example, by a signal with a high level.

Die Steuer- und Auswerteeinrichtung 70 ist dazu ausgebildet, während desThe control and evaluation device 70 is designed to

Einschaltvorgangs zum Zeitpunkt t2 zuerst den ersten Halbleiterschalter 90 elektrisch leitend zu schalten, siehe Figur 2C, und einen von der Spannungserfassungseinrichtung 130 an den Eingang 70d gelieferten ersten Spannungswert zwischenzuspeichern, und nach einer vorbestimmten Zeitdauer t3-t2, d.h. zum Zeitpunkt t3, den mechanischenSwitching on process at time t2, first to switch the first semiconductor switch 90 electrically conductive, see Figure 2C, and to temporarily store a first voltage value supplied by the voltage detection device 130 to the input 70d, and after a predetermined time period t3-t2, i.e. at time t3, the mechanical

Schaltkontakt 82 des ersten elektromechanischen Schalters 80 zu schlieBen, siehe Figur 2D, und einen von der Spannungserfassungseinrichtung 130 an den Eingang 70d gelieferten zweiten Spannungswert zwischenzuspeichern, der kleiner als der ersteSwitch contact 82 of the first electromechanical switch 80, see Figure 2D, and to temporarily store a second voltage value supplied by the voltage detection device 130 to the input 70d, which is smaller than the first

Spannungswert ist. Gemäß einer beispielhaften Implementierung fällt zum Zeitpunkt t2, zu dem der Halbleiterschalter 90 elektrisch leitend geschaltet wird, am elektrischenVoltage value. According to an exemplary implementation, at time t2, at which the semiconductor switch 90 is switched electrically conductive, the electrical

Widerstand 131 des Spannungsteilers 130 eine Spannung von beispielsweise 2 V ab, die dem ersten Spannungswert entspricht, während zum Zeitpunkt t3, zu dem im fehlerfreien Fall der mechanische Schaltkontakt 82 geschlossen wird, amResistor 131 of voltage divider 130 produces a voltage of, for example, 2 V, which corresponds to the first voltage value, while at time t3, at which the mechanical switching contact 82 is closed in the fault-free case,

Spannungsteiler 130 bzw. am elektrischen Widerstand 131 eine Spannung von beispielsweise etwa 0 V abfällt, die dem zweiten Spannungswert entspricht. Aus diesem vorbestimmten Spannungswechsel, der in Figur 2E beispielhaft dargestellt ist, schließt die Steuer- und Auswerteeinrichtung 70, dass der Einschaltvorgang erfolgreich, d.h. fehlerfrei, durchgeführt worden ist. Gleichzeitig signalisiert die optional vorhandeneA voltage of, for example, approximately 0 V drops across the voltage divider 130 or across the electrical resistor 131, which corresponds to the second voltage value. From this predetermined voltage change, which is shown as an example in Figure 2E, the control and evaluation device 70 concludes that the switch-on process has been carried out successfully, i.e. without errors. At the same time, the optionally available

Strommesseinrichtung 100 am Eingang 70e der Steuer- und Auswerteeinrichtung 70, dass ein Laststrom fließt.Current measuring device 100 at the input 70e of the control and evaluation device 70 that a load current flows.

Im Betrieb, d.h. nach Abschluss des Einschaltvorgangs, kann der Halbleiterschalter 90 elektrisch leitend gehalten werden, oder elektrisch sperrend geschaltet werden. In Figur 2C ist beispielhaft gezeigt, dass sich der Halbleiter 90 während des Betriebs dauerhaft im elektrisch leitenden Schaltzustand befindet.During operation, i.e. after completion of the switch-on process, the semiconductor switch 90 can be kept electrically conductive or switched to an electrically blocking state. Figure 2C shows by way of example that the semiconductor 90 is permanently in the electrically conductive switching state during operation.

Dank dieser beispielhaften Maßnahme kann die Robustheit des Schaltgeräts 10 gerade dadurch verbessert werden, dass im Störfall, der zum Beispiel durch das unkontrollierteThanks to this exemplary measure, the robustness of the switching device 10 can be improved precisely because in the event of a fault, which could be caused, for example, by the uncontrolled

Öffnen oder Prellen des mechanischen Schaltkontakts 82 auftritt, keineOpening or bouncing of the mechanical switching contact 82 occurs, no

Zustandsänderung an der Last 110 eintritt. Tritt Fehler ein, wird der Laststrom sofort auf den Halbleiterschalter 90 kommutiert. Mit anderen Worten. Wird der Halbleiter 90 während des Betriebs dauerhaft im elektrisch leitenden Schaltzustand gehalten, kann die die Verfügbarkeit des Gleichspannungs-Schaltgeräts 10 erhöht und die elektrische Last 110 weiterbetrieben, oder mittels des Halbleiterschalters 90 abgeschaltet werden, indem der Halbleiterschalter 90 gezielt von der Steuer- und Auswerteeinrichtung 70 in den elektrisch sperrenden Zustand geschaltet wird.A change in state occurs at the load 110. If an error occurs, the load current is immediately commutated to the semiconductor switch 90. In other words, if the semiconductor 90 is kept permanently in the electrically conductive switching state during operation, the availability of the DC switching device 10 can be increased and the electrical load 110 can continue to operate, or can be switched off by means of the semiconductor switch 90 by the semiconductor switch 90 being specifically switched to the electrically blocking state by the control and evaluation device 70.

Wird der Einschaltvorgang, wie oben geschildert, erfolgreich zum Zeitpunkt t3 abgeschlossen, beginnt die Steuer- und Auswerteeinrichtung 70 die von derIf the switch-on process is successfully completed at time t3 as described above, the control and evaluation device 70 begins the

Spannungserfassungseinrichtung 130 an den Eingang 70d gelieferten Spannungswerte zu überwachen. Die Steuer- und Auswerteeinrichtung 70 ist dazu ausgebildet, eineVoltage detection device 130 to monitor the voltage values supplied to the input 70d. The control and evaluation device 70 is designed to

Fehlfunktion des ersten elektromechanischen Schalters 80 bzw. des mechanischenMalfunction of the first electromechanical switch 80 or the mechanical

Schaltkontakts 82 zu erfassen, wenn die überwachten Spannungswerte sich in vorbestimmter Weise ändern. Vorzugsweise erfasst die Steuer- undswitching contact 82 when the monitored voltage values change in a predetermined manner. Preferably, the control and

Auswerteeinrichtung 70 eine Fehlfunktion des ersten elektromechanischen Schalters 80 bzw. des mechanischen Schaltkontakts 82, wenn die überwachten Spannungswerte den zweiten Spannungswert, d.h. OV, insbesondere um einen vorbestimmten Betrag überschreiten. Der vorbestimmte Betrag liegt beispielsweise zwischen dem ersten und zweiten Spannungswert, d.h. gemäß der beispielhaften Implementierung zwischen OV und 2V. In Figur 2E ist ein zum Zeitpunkt tx vom Spannungsteiler 130 an den Eingang 70f gelieferter Spannungswert, der den zweiten Spannungswert um einen vorbestimmten Betrag überschreitet, gepunktet dargestellt. Diesen Spannungswechsel am Eingang 70f erfasst die Steuer- und Auswerteeinrichtung 70 und folgert zumEvaluation device 70 detects a malfunction of the first electromechanical switch 80 or the mechanical switching contact 82 if the monitored voltage values exceed the second voltage value, i.e. OV, in particular by a predetermined amount. The predetermined amount is, for example, between the first and second voltage values, i.e. according to the exemplary implementation between OV and 2V. In Figure 2E, a voltage value supplied by the voltage divider 130 to the input 70f at time tx, which exceeds the second voltage value by a predetermined amount, is shown in dotted lines. The control and evaluation device 70 detects this voltage change at the input 70f and concludes

Beispiel mittels einer Plausibilitätsprüfung hieraus, dass eine Störung hinsichtlich des elektromechanischen Schalters 80 bzw. des Schaltkontakts 82, insbesondere ein unkontrolliertes Öffnen des mechanischen Schaltkontakts 82 aufgetreten ist. AlsFor example, by means of a plausibility check, it can be determined that a fault has occurred with regard to the electromechanical switch 80 or the switching contact 82, in particular an uncontrolled opening of the mechanical switching contact 82.

Reaktion hierauf kann die Steuer- und Auswerteeinrichtung 70 das Schaltgerät 10 zumIn response to this, the control and evaluation device 70 can switch the switching device 10 to

Beispiel veranlassen, einen Ausschaltvorgang zum Trennen der elektrischen Last 110 von der Gleichspannungs-Versorgungseinrichtung 20 durchzuführen und/oder eineExample, cause a switch-off process to be carried out to disconnect the electrical load 110 from the DC voltage supply device 20 and/or a

Störmeldung zu erzeugen, die beispielsweise an eine übergeordnete, kommunikativ mit dem Schaltgerät 10 verbundene Steuerung übertragen wird.To generate a fault message which is transmitted, for example, to a higher-level control system which is communicatively connected to the switching device 10.

Die Steuer- und Auswerteeinrichtung 70 ist ferner dazu ausgebildet, einenThe control and evaluation device 70 is further designed to

Ausschaltvorgang durchzuführen, um die elektrische Last 110 elektrisch von derTo perform a shutdown procedure to electrically disconnect the electrical load 110 from the

Gleichspannungs-Energieversorgungseinrichtung 20 zu trennen. Hierzu kann in an sich bekannter Weise die Steuer-und Auswerteeinrichtung 70 den Halbleiterschalter 90, sofern er während des Betriebs in den elektrisch sperrenden Zustand gesteuert worden ist, wieder in den elektrisch leitenden Zustand schalten und anschließend gemäß der beispielhaften Implementierung die Erregerspule 81 und, sofern vorhanden, dieDC power supply device 20. For this purpose, the control and evaluation device 70 can, in a manner known per se, switch the semiconductor switch 90, if it has been controlled into the electrically blocking state during operation, back into the electrically conductive state and then, according to the exemplary implementation, the excitation coil 81 and, if present, the

Erregerspulen 171und 181 in den unbestromten Zustand überführen, sodass der mechanische Schaltkontakt 82 und, sofern vorhanden, die mechanischen Schaltkontakte 172 und 182 öffnen.Excitation coils 171 and 181 are switched to the de-energized state so that the mechanical switching contact 82 and, if present, the mechanical switching contacts 172 and 182 open.

Neben der Funktion, einen Störfall hinsichtlich des elektromechanischen Schalters 80 erfassen und erkennen zu können, ist das Schaltgerät 10 vorzugsweise dazu ausgebildet, im Betrieb die zur Versorgung der Schaltgeräts 10 erforderliche Versorgungsspannung mithilfe der Erfassungseinrichtung 150 zu überwachen, um einen Spannungsausfall erfassen und gegebenenfalls einen Ausschaltvorgang durchführen zu können.In addition to the function of being able to detect and recognize a fault with regard to the electromechanical switch 80, the switching device 10 is preferably designed to monitor the supply voltage required to supply the switching device 10 during operation using the detection device 150 in order to be able to detect a voltage failure and, if necessary, carry out a switch-off process.

Nunmehr sei angenommen, dass am Eingang 15 ein Steuersignal anliegt und während des ordnungsgemäßen Betriebs beispielsweise zum Zeitpunkt t4 dieNow assume that a control signal is present at input 15 and during normal operation, for example at time t4, the

Energieversorgungseinrichtung 120 ausfällt bzw. die von derEnergy supply device 120 fails or the

Energieversorgungseinrichtung 120 gelieferte Versorgungsspannung UB an denPower supply device 120 supplied supply voltage UB to the

Energieversorgungsanschlüssen 13 und 14 unter einen vorbestimmten Schwellenwert abfällt, der einem Low-Pegel entspricht. Dies ist in Figur 2A gezeigt. Fällt als Reaktion hierauf die am Ausgang 31 der Spannungsversorgungseinrichtung 30 anliegendepower supply terminals 13 and 14 falls below a predetermined threshold value, which corresponds to a low level. This is shown in Figure 2A. If, in response to this, the voltage applied to the output 31 of the voltage supply device 30 falls

Spannung auf Null ab bzw. unter den vorbestimmten Schwellenwert, wird dieserVoltage drops to zero or below the predetermined threshold, this

Spannungsabfall von der Erfassungseinrichtung 150 erfasst und der Steuer- undVoltage drop is detected by the detection device 150 and the control and

Auswerteeinrichtung 70 gemeldet. Beispielsweise erzeugt in diesem Fall dieEvaluation device 70 is reported. For example, in this case the

Erfassungseinrichtung 150 an ihrem Ausgang einen Low-Pegel, der der Steuer- undDetection device 150 has a low level at its output, which is connected to the control and

Auswerteeinrichtung 70 eine fehlerhafte Energieversorgungseinrichtung 120 signalisiert. Einen entsprechenden Spannungsabfall kann die zum Beispiel als Schmitt-Evaluation device 70 signals a faulty power supply device 120. A corresponding voltage drop can be detected by the Schmitt-

Trigger ausgebildete Erfassungseinrichtung 150 durch einen ausgangsseitigenTrigger trained detection device 150 by an output side

Pegelwechsel der Steuer- und Auswerteeinrichtung 70 signalisieren. Unter Ansprechen auf den Ausfall der Energieversorgungsspannung an denSignal level change of the control and evaluation device 70. In response to the failure of the power supply voltage to the

Energieversorgungsanschlüssen 13 und 14 bzw. unter Ansprechen auf einen entsprechenden Spannungsabfall am Ausgang 31 der Stromversorgungseinrichtung 30 veranlasst die Steuer-und Auswerteeinrichtung 70 das Schaltgerät 10, mittels der in demPower supply connections 13 and 14 or in response to a corresponding voltage drop at the output 31 of the power supply device 30, the control and evaluation device 70 causes the switching device 10 to

Energiespeicher 40 gespeicherten Energie einen Ausschaltvorgang durchzuführen, der dem zuvor geschilderten Ausschaltvorgang im ordnungsgemäßen Betrieb entsprechen kann. Der beispielhafte Ausschaltvorgang ist in den Figuren 2A bis 2D gezeigt.Energy storage device 40 is used to carry out a switch-off process, which can correspond to the previously described switch-off process in normal operation. The exemplary switch-off process is shown in Figures 2A to 2D.

In ähnlicher Weise kann die Energieversorgungseinrichtung 20 vom Schaltgerät 10 auf einen ordnungsgemäßen Betrieb hin überwacht werden, wenn die geräteinterneSimilarly, the power supply device 20 can be monitored by the switching device 10 for proper operation when the device-internal

Energieversorgung des Schaltgeräts 20 aus der von der Energieversorgungseinrichtung 20 an den Anschlüssen 11 und 12 bereitgestellte Gleichspannung gewonnen wird. In diesem Fall sind die Energieversorgungsanschlüsse 11 und 12 mit denPower supply of the switching device 20 is obtained from the direct voltage provided by the power supply device 20 at the terminals 11 and 12. In this case, the power supply terminals 11 and 12 are connected to the

Energieversorgungsanschlüssen 13 und 14 bzw. den Eingängen derPower supply connections 13 and 14 or the inputs of the

Spannungsversorgungseinrichtung 30 verbunden. An denPower supply device 30 is connected to the

Energieversorgungsspannungsanschlüssen 13 und 14 ist in diesem Fall keinePower supply voltage terminals 13 and 14 are not required in this case.

Energieversorgungseinrichtung angeschlossen.Power supply connected.

Nunmehr sei angenommen, dass am Eingang 15 ein Steuersignal anliegt und während des ordnungsgemäßen Betriebs die Energieversorgungseinrichtung 20 zum Zeitpunkt t4 ausfällt bzw. die von der Energieversorgungseinrichtung 20 gelieferteNow assume that a control signal is present at input 15 and that during normal operation the energy supply device 20 fails at time t4 or the power supplied by the energy supply device 20

Versorgungsspannung UB an den Energieversorgungsanschlüssen 11 und 12 unter einen vorbestimmten Schwellenwert abfällt, der einem Low-Pegel entspricht. Fällt alsSupply voltage UB at the power supply terminals 11 and 12 falls below a predetermined threshold value, which corresponds to a low level.

Reaktion hierauf die am Ausgang 31 der Spannungsversorgungseinrichtung 30 anliegende Spannung auf Null ab bzw. unter den vorbestimmten Schwellenwert, wird dieser Spannungsabfall von der Erfassungseinrichtung 150 erfasst und der Steuer- undIn response to this, if the voltage at the output 31 of the voltage supply device 30 drops to zero or below the predetermined threshold value, this voltage drop is detected by the detection device 150 and the control and

Auswerteeinrichtung 70 eine fehlerhafte Energieversorgungseinrichtung 20 signalisiert.Evaluation device 70 signals a faulty energy supply device 20.

Einen entsprechenden Spannungsabfall kann die zum Beispiel als Schmitt-Trigger ausgebildete Erfassungseinrichtung 150 durch einen ausgangsseitigen Pegelwechsel derThe detection device 150, which is designed as a Schmitt trigger for example, can detect a corresponding voltage drop by a level change of the output side

Steuer- und Auswerteeinrichtung 70 signalisieren. Unter Ansprechen auf den Ausfall der Energieversorgungsspannung an den Energieversorgungsanschlüssen 11 und 12 bzw. unter Ansprechen auf einen entsprechenden Spannungsabfall am Ausgang 31 derControl and evaluation device 70. In response to the failure of the power supply voltage at the power supply terminals 11 and 12 or in response to a corresponding voltage drop at the output 31 of the

Stromversorgungseinrichtung 30 veranlasst die Steuer-und Auswerteeinrichtung 70 dasPower supply device 30 causes the control and evaluation device 70 to

Schaltgerät 10, mittels der in dem Energiespeicher 40 gespeicherten Energie einenSwitching device 10, by means of the energy stored in the energy storage device 40, a

Ausschaltvorgang durchzuführen, der dem zuvor geschilderten Ausschaltvorgang im ordnungsgemäßen Betrieb entsprechen kann.To carry out a switch-off procedure that may correspond to the previously described switch-off procedure during normal operation.

Der Ausschaltvorgang kann insbesondere deshalb störungsfrei vom Schaltgerät 10 durchgeführt werden, weil der elektrische Energiespeicher 40 die notwendige Energie liefert, um die Steuer- und Auswerteeinrichtung 70 sowie die entsprechendenThe switching off process can be carried out without interference by the switching device 10 in particular because the electrical energy storage device 40 supplies the necessary energy to operate the control and evaluation device 70 and the corresponding

Halbleiterschalter und elektromechanische Schalter mit Energie zu versorgen, wenn dieTo supply energy to semiconductor switches and electromechanical switches when the

Geräteversorgung des Schaltgeräts 10 über die an den ersten und zweitenDevice supply of the switching device 10 via the first and second

Energieversorgungsanschluss 11, 12 angeschlossene Gleichspannungs-Power supply connection 11, 12 connected DC voltage

Versorgungseinrichtung 20 oder über die an den dritten und viertenSupply facility 20 or via the third and fourth

Energieversorgungsanschluss 13, 14 angeschlossene Energieversorgungseinrichtung 120 einbricht oder ganz ausfällt.The power supply device 120 connected to the power supply connection 13, 14 collapses or fails completely.

Claims

Patent claims

1. Switching device (10) for electrically switching on and off an electrical load (110) that can be connected to a direct voltage supply device (20), comprising: - a first and a second power supply connection (11, 12) to which an external direct voltage supply device (120) can be connected, - a first and a second output connection (16, 17) to which an electrical load (110) can be connected, - a first current path (18) that is electrically connected to the first power supply connection (11) and the first output connection (16), wherein a parallel circuit (50) is arranged in the first current path (18), which has a first controllable semiconductor switch (90), a voltage detection device (130) and a mechanical switching contact (82) of a first electromechanical switch (80), - a second current path (19) that is electrically connected to the second power supply connection (12) and the second Output terminal (17), - a control and evaluation device (70) which is connected to the voltage detection device (130), wherein the control and evaluation device (70) is designed to monitor the voltage values supplied by the voltage detection device (130) during operation and to detect a malfunction of the first electromechanical switch (80) when the monitored voltage values change in a predetermined manner.

2. Switching device according to claim 1, wherein the control and evaluation device (70) is designed to first switch the first semiconductor switch (90) electrically conductive during a switch-on process and to temporarily store a first voltage value supplied by the voltage detection device (130), and after a predetermined period of time to close the mechanical switching contact (82) of the first electromechanical switch (80) and to temporarily store a second voltage value supplied by the voltage detection device (130), which is smaller than the first voltage value, and then to monitor the voltage values supplied by the voltage detection device (130) and to detect a malfunction of the first electromechanical switch (80) if the monitored voltage values exceed the second voltage value.

3. Switching device according to claim 1 or 2, wherein the voltage detection device (130) comprises an electrical voltage divider.

4. Switching device according to one of the preceding claims, further comprising a current measuring device (100) which is connected in the first current path (18) or in the second current path (19) and is electrically connected to the control and evaluation device (70).

5. Switching device according to one of the preceding claims, further comprising: a detection device (150), an electrical energy store (40) which is designed for the device-internal energy supply, a voltage supply device (30) connected to the first and second energy supply connection (11, 12), which is electrically connected to the electrical energy store (40) and the detection device (150), wherein the detection device (150) is designed to detect the drop in a direct voltage applied to the output (31) of the voltage supply device (30) below a predetermined threshold value, wherein the control and evaluation device (70) is designed to carry out a switch-off process for switching off an electrical load (110) which can be connected to the first and second output connection (16, 17) in response to a detected drop in a direct voltage applied to the output (31) of the power supply device (30) below the predetermined threshold value.

6. Switching device according to one of claims 1 to 4, further comprising: a third and fourth power supply connection (13, 14), to which a power supply device (120) for providing a supply voltage for the switching device (10) can be connected, a detection device (150), an electrical energy store (40) which is designed for the device-internal power supply, a voltage supply device (30) connected to the third and fourth power supply connection (13, 14), which is electrically connected to the electrical energy store (40) and the detection device (150), wherein the detection device (150) is designed to detect the drop in a direct voltage present at the output (31) of the voltage supply device (30) below a predetermined threshold value, wherein the control and evaluation device (70) is designed to, in response to a drop in a direct voltage present at the output (31) of the voltage supply device (30) detected by the detection device (150), applied DC voltage falls below the predetermined threshold value, to carry out a switch-off process for switching off an electrical load (110) connectable to the first and second output terminals (16, 17).

7. Switching device according to claim 5 or 6, wherein the detection device (150) has a comparison device.

8. Switching device according to one of claims 5 to 7, further comprising an input terminal (15) which is designed to apply a control signal, wherein the detection device (150) is connected on the input side to the input terminal (15)

and an output (31) of the voltage supply device (30).

9. Switching device according to one of claims 5 to 8, wherein the detection device (150) has a comparator and is implemented in the control and evaluation device (70) or as a separate component.

10. Switching device according to one of the preceding claims, wherein a further mechanical switching contact (172, 182) of at least one electromechanical switch (170, 180) is connected into the first and/or second current path (18, 19).

11. Switching device according to one of the preceding claims, wherein a second semiconductor switch (95) controllable by the control and evaluation device (70) is electrically connected anti-serially to the first semiconductor switch (90).

12. Method for operating a switching device (10) according to one of the preceding claims, wherein the method comprises the following steps: a) connecting an electrical load (110) to the first and second output terminals (16, 17); b) applying a direct voltage to the first and second power supply terminals (11, 12); c) providing a supply voltage for the switching device (10); d) carrying out a switch-on process by the control and evaluation device (70); e) monitoring the voltage values supplied by the voltage detection device (130) during operation by the control and evaluation device (70); and f) detecting a malfunction of the first electromechanical switch (80) when the monitored voltage values change in a predetermined manner.

13. The method according to claim 12, wherein in step d) the switch-on process is carried out by 1) firstly switching the first semiconductor switch (90) to be electrically conductive, wherein the first mechanical switch contact (82) is opened, and a first voltage value detected by the voltage detection device (130) is temporarily stored, and 11) after a predetermined period of time, the mechanical switch contact (82) of the first electromechanical switch (80) is closed and a second voltage value detected by the voltage detection device (130), which is smaller than the first voltage value, is temporarily stored, wherein in step f) a malfunction of the first electromechanical switch (80) is detected if the monitored voltage values exceed the second voltage value.