CN108205257B - 用于电驱动设备的故障安全关断的安全电路设备 - Google Patents

用于电驱动设备的故障安全关断的安全电路设备 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种用于电驱动设备的故障安全关断的安全电路设备，该安全电路设备包括安全开关装置，该安全开关装置具有安全开关继电器并且被配置成以故障安全方式接通或断开至设备的供电路径，安全开关继电器具有限定的致动功率。安全电路设备还包括发信号装置，该发信号装置具有致动器和信号发生器并且通过第一线连接至安全开关装置。所述致动器能够在第一限定状态和第二限定状态之间转换，其中，所述信号发生器被配置成仅当致动器处于第一限定状态时在第一线上生成第一时钟信号。所述安全开关装置还被配置成从所述第一时钟信号汲取大于或等于所述安全开关继电器的致动功率的电功率并且将该电功率转换成直流电以用于致动所述安全开关继电器。

Description

用于电驱动设备的故障安全关断的安全电路设备
技术领域
本发明涉及一种用于电驱动设备的故障安全关断的安全电路设备，该安全电路设备包括安全开关装置和发信号装置。本发明还涉及相应的安全开关装置和相应的发信号装置。
背景技术
在本发明的含义内的安全电路设备是具有至少两个功能确定部件的电路设备，所述至少两个功能确定部件相互作用以保护免受技术设备的危险操作，即防止在设备区域中发生危害个人的健康或生命的事故。一个部件是安全开关装置，其被具体地配置成以故障安全的方式中断至设备的供电路径，以使设备进入安全的小电流状态。
重要的是：即使在发生错误，例如，当电子部件发生故障，连接线受到损坏或发生另一错误事件时，安全开关装置本身也能确保安全的操作状态。安全开关装置通常被相应地设计成具有多通道冗余。较复杂的安全装置还可以具有内部监测功能，以在早期阶段检测单个错误并防止误差的累积。
第二部件是耦接至安全开关装置的发信号装置或传感器。发信号装置或传感器提供输入信号，所述输入信号由安全开关装置评估并且可选地可以彼此关联，以根据所述输入信号来接通或关断设备的致动器，例如电驱动器或螺线管阀。在许多情况下，发信号装置传送相当简单的二进制信息，例如机械安全门是否关闭、紧急断开开关是否被激活、光栅是否被中断。此外，发信号装置/传感器还可以传送模拟值，例如锅炉的温度或驱动器的旋转速度。通常，安全电路设备的安全开关装置仅在基于来自发信号装置/传感器的信号可以假定安全操作时才使得能够进行设备的操作。
在许多国家规定了关于在本发明的意义上的安全电路设备的要求，并在国家和国际标准中被分类和具体规定。在欧洲，相关的标准和指令是例如机械指令2006/42/EC或作为EN 954-1的后继者的EN ISO 13849-1的关于机械控制系统的安全相关部件的设计的中央安全标准。本发明意义上的安全电路设备在这种情况下符合国际标准IEC 61508的SIL 2意义上的固有的故障安全，并且具有EN ISO 13849-1意义上的d或更高的性能等级。
在大型设备中，可能存在大量的发信号装置/传感器，这些发信号装置/传感器向分布在宽区域上的一个或更多个安全开关装置提供安全相关的输入信号方式。在这种情况下，发信号装置和传感器分布在设备上和设备周围，其中被称之为场，而一个或多个安全开关装置通常集中地容纳在封闭的开关柜(switchgear cabinet)中，设备通过该安全开关装置也受到长期地控制并被提供有电力。由于所有安全临界的输入信号都必须安全且可靠地从发信号装置和传感器路由到中央位置，所以中央评估和控制系统使设备的操作和维护变得容易，但是还导致高的设备和布线工作量。对于较大的系统，这种集中化通常是有收获的，因为例如通过将部件放置在公共的封闭且防溅的开关柜，可以将个体部件(例如防溅外壳)的安全方面结合用于大量装置。个体部件因此可以满足较少的要求并以较低的成本制造。
相比之下，在平均的、小型的甚至移动的设备中，这种集中化往往不值得。特别是在仅具有一个或两个发信号装置的装置中，发信号装置中的每个发信号装置确实通过一个安全开关装置进行监测，而将在单独的开关柜中的远离设备的安全开关装置重新定位是不合适的。这种集中化在如下设备中也是不合适的：就在最终客户部门中工业领域之外的安全性而言必须使用和监测这种设备，但不存在诸如在工业生产地点中普遍存在的那些条件的基础结构条件。这种设备的示例是小型机器和设备，诸如设置在折扣店的销售室中并且主要由最终消费者自己操作的切面包机。
如果安全技术的集中化不合适，则将具有发信号装置和安全开关装置的安全电路设备直接布置在设备上。由于安全电路设备的两个部件直接布置在设备处，所以场中的复杂布线不再是必需的，但即使采用这种布置，发信号装置和安全开关柜通常也不会被设计成一个单元，而是仍然作为必须经由缆线彼此连接的两个单独部件，即使仅短的一个缆线亦是如此。对于个体部件并且特别是对于它们的彼此互连的安全相关的要求与对于具有中心地位于与场中的发信号装置通信的控制柜中的安全开关装置的系统的安全相关的要求相同。
原则上，也可以因此在个体系统中使用来自工业领域的已知的安全系统。然而，这些系统通常不是为这种应用而设计的并且具有过多的功能，这将不必要地增加个体系统的成本。类似地，对于在开关柜中使用的安全开关装置的形式因素与要集成在个体系统中的安全开关装置中的形式因素不同。特别是，希望用于个体系统的安全电路设备应该尽可能紧凑和小型化，以便容易地集成到现有系统中。
然而，与此同时，个体系统也应该能够满足相关标准的高安全要求，如具有中央评估的可比较系统和来自工业领域的控制系统，特别是因为这些系统经常由最终用户操作而不是受过训练的工作人员操作。
发明内容
在此背景下，本发明的目的是具体说明一种安全电路设备，该安全电路设备能够以成本有效的方式实现并且仍然能够故障安全关断，特别是当发信号装置和安全开关装置被彼此物理隔开但仍然彼此接近时。同样的目的是具体说明尽可能节省空间且紧凑的安全电路设备，以及相应的发信号装置和安全开关装置。
根据本发明的一个方面，所述目的通过一种用于电驱动设备的故障安全关断的安全电路设备来实现，所述安全电路设备包括：安全开关装置，其具有安全开关继电器并且被配置成以故障安全的方式接通或断开至所述设备的供电路径，所述安全开关继电器具有限定的致动功率；以及发信号装置，其具有致动器和信号发生器并且通过第一线连接至所述安全开关装置，其中所述致动器在第一限定状态和第二限定状态之间是能够互换的，并且所述信号发生器被配置成仅当所述致动器处于所述第一限定状态时在所述第一线上生成第一时钟信号，其中，所述安全开关装置被配置成从所述第一时钟信号汲取大于或等于安全开关继电器的致动功率的电功率并将所述电功率转换成直流电以用于致动安全开关继电器。
在新的安全电路设备的情况下，因此一个构思是通过安全开关装置从发信号装置的发射的信号中获取切换所述电流路径所需的能量。该信号由发信号装置独立于安全开关装置生成并传输至安全装置。在这种上下文中，独立是指新的发信号装置具有其自己的能量源或直接连接至一个能量源，并且根据致动器的状态，从该能量源产生具有限定功率的时钟信号，并使其在输出处可用。
时钟信号是具有AC电压的交流变量，其具有限定的RMS值。安全开关装置将所述AC电压转换成具有限定功率的直流电。如果经转换的电力至少与安全开关继电器的致动功率相对应，则所述安全开关继电器被接通，并且至技术设备的供电路径被接通。相比之下，如果在线之间施加DC电压、具有较低RMS值的AC电压或一点也不施加信号，则安全开关继电器首先关断或者甚至不接通。因此，关于发信号装置的状态的信息以状态信号的AC电压电力进行编码，其中同时使用该电力来操作安全开关装置，特别是安全开关继电器。
与已知的安全电路设备相比，因此不是安全开关装置用作能量源，而是发信号装置。这具有如下优点：安全开关装置中用于切换电流路径的部件可以减小到最少。因此安全开关装置可以以特别简单、紧凑和成本有效的方式设计。在一些示例性实施方式中，安全开关装置独占地包括安全开关继电器和电气部件，所述安全开关继电器和电气部件将时钟信号的AC电压转换成直流电并且经由安全开关继电器的励磁线圈传递所述直流电。
尽管安全开关装置的设计最小化，但所要求保护的安全电路设备能够满足刚开始提到的标准的高安全类别的要求。这是因为，除此之外，发信号装置本身生成状态信号，并且因此可以省去从控制装置到发信号装置和从发信号装置到控制装置的常规信号回路。因此可以避免发信号装置被这种信号回路的输出线和返回线之间的短路所旁路。至地电位或电源电位的短路也导致安全开关继电器关断，因为只有AC电压电力被考虑用于接通和保持安全开关继电器。因此可以有效地防止已知的安全电路设备的潜在错误源。
总而言之，新颖的安全电路设备因此描述了一种系统，其所需的部件已经被减少到最少并且同时满足高的安全要求。新颖的安全电路设备为公知的安全电路设备提供了一种简单且成本有效的可替选方案，特别是当一个发信号装置独占地旨在连接至安全开关装置时。因此上述目的完全实现。
在进一步的改进中，安全开关装置被配置成独占地使用从第一时钟信号汲取的功率以用于激励安全开关继电器。安全开关装置可以通过使安全开关装置使用发信号装置的时钟信号作为排他性的能量源来以特别简单的方式设计。具体地，可以完全分配有用于接收工作电压的另外的端子和相应的电气部件部分。同时，即使发信号装置发射不同状态的信号，也可以防止安全开关继电器因安全开关继电器的工作电压和驱动电路之间的短路而被错误接通。因此省略单独的电压源有利地有助于能够排除另外的潜在危险源。
在进一步改进中，发信号装置通过另外的第二线连接至安全开关装置，并且发信号装置具有用于接收电源电压的第一端子和第二端子以及用于提供时钟信号的第三端子，其中第二端子连接至第二线并且第三端子连接至第一线以便向安全开关装置提供公共电位特别是公共地电位以及第一时钟信号。在该改进中，发信号装置因此耦接至作为能量源的电源电压，特别是耦接至自动化技术中常规的24伏DC电压。DC电压的极，特别是地电位，与时钟信号一起被传送(forward)到安全开关装置。由于除了时钟信号之外提供了公共地电位，安全开关装置仅需要用于第一线和第二线的端子。不需要另外的端子。这有助于安全电路设备的简化和紧凑的设计。
在进一步改进中，信号发生器被布置成使得所述信号发生器的输入连接至第一端子和第二端子，并且使得所述信号发生器的输出侧连接至第三端子。这种改进有助于发信号装置的特别简单的设计。信号发生器可以容易地集成到现有的发信号装置中，特别是当所述信号发生器被配置成简单的优选集成的电路时以提供新颖的功能。
在进一步改进中，致动器具有第一操作触点和第二操作触点，其中，第一操作触点连接至第一端子和信号发生器，并且其中，第二操作触点连接至信号发生器和第三端子。这种改进使得能够避免发信号装置中的另外的潜在错误源。通过将电源电压经由断开触点引导至信号发生器并且将所生成的时钟信号经由第二断开触点引导至发信号装置的输出，可以排除致动器的触点组中的错误，因为致动器的开关组中的短路在任何情况下都会导致输出处时钟信号的中断。此外只需要对部分致动进行监测。
在进一步改进中，信号发生器是振荡器，特别是正弦波振荡器。振荡器可以以特别简单且成本有效的方式实现。振荡器优选地产生没有DC分量的正弦AC电压。所述振荡器适合于安全电路设备的特别有效地改进。
在进一步改进中，安全开关装置具有用于汲取和转换电功率的变压器和整流器，其中，变压器的初级侧连接至第一线和第二线，并且所述变压器的次级侧连接至整流器，使得第一时钟信号的仅AC分量被转换成电功率。这种改进还有助于安全电路设备的成本有效的实现，因为除了变压器、整流器和安全开关继电器之外不需要另外的电气部件来确保技术设备的故障安全关断。由于变压器可以传输仅AC分量，因此施加至安全开关装置的输入的任何DC分量或恒定电压都不会对安全开关继电器产生影响。
在进一步改进中，第一线和第二线各自是二线制线的芯。在这种配置中，发信号装置和安全开关装置通过简单的二线制线连接，由此安全电路设备可以以特别是成本有效的方式实现。由于本发明设计，安全电路设备的两个部件之间的二线制线足以确保安全电路设备的技术设备的安全关断。
在进一步的改进中，安全开关继电器具有相对于致动功率较低的保持功率，并且信号发生器被配置成提供第二时钟信号，其中安全开关装置被配置成从第二时钟信号中汲取大于或等于安全开关继电器的保持功率但低于致动功率的电功率，并将所述电功率转换成直流电以用于保持安全开关继电器。这种改进考虑到继电器通常需要比保持继电器电枢的功率高的功率来驱动的事实。因此安全电路设备可以以特别是能量有效的方式设计。
信号发生器优选地被配置成当致动器从第二状态转换到第一状态时提供第一时钟信号持续限定的时间段，特别是持续20ms至200ms，并且然后只要致动器处于第一状态就提供第二时钟信号。由于信号发生器提供具有纯粹用于致动继电器的较高功率的第一时钟信号和具有用于连续操作的较低功率的第二时钟信号，所以新颖的安全电路设备可以以特别是能量有效的方式实现。此外，由于仅第二时钟信号可用并且所述第二时钟信号不具有接通安全开关继电器所需的电功率，因此可以可靠地防止安全开关继电器在关断之后再次被无意地激励。
在进一步改进中，安全开关装置被配置成在安全开关继电器的驱动之后减小第一时钟信号的能量，使得安全开关装置能够从第一时钟信号汲取大于或等于安全开关装置的保持功率但低于致动功率的电功率，并且可以将所述电功率转换成直流电以用于保持安全开关继电器。在该改进中，安全开关装置因此被配置成在接通之后例如通过布置在安全开关继电器的锁存电路中的电阻器来降低时钟信号的功率。电阻器降低了继电器可用的功率，并且因此也降低了由继电器转换成热的功率损耗。
在进一步改进中，继电器是具有两个单独的触点组但仅一个线圈的双电枢继电器。这种改进有助于进一步降低安全电路设备的成本。使用具有两个单独的触点组的双电枢继电器，即使具有一个单独的安全开关继电器，也可以确保冗余关断。这样的布置比使用两个并联的安全开关继电器更有利于确保必要的冗余。
当然，在不脱离本发明的范围的情况下，上述特征和下面将要说明的那些特征不仅可以在每种情况下指定的组合中使用，而且可以以其他组合或单独使用。
附图说明
在附图中示出了本发明的示例性实施方式，并且将在以下描述中更详细地说明。在附图中：
图1示出了新颖的安全电路设备的优选的应用领域，
图2示出了新颖的安全电路设备的第一示例性实施方式的示意图，
图3示出了新颖的发信号装置的优选示例性实施方式，以及
图4示出了新颖的安全开关装置的优选示例性实施方式。
具体实施方式
图1示出了新颖的安全电路设备的优选的应用领域。此处，如例如在折扣商店的销售室中可以设置的，切面包机由附图标记100来表示。在该示例中，切面包机布置在万向轮102上，因此能够在空间上移动。该机器连接至诸如220伏的家用电源的常规电源，并且通过插头104被提供有电力。另外，切面包机100具有新颖的安全电路设备10的分别具有发信号装置12a、12b和安全开关装置14a、14b的第一示例性实施方式和第二示例性实施方式。
在该机器中，在盖106的后面，存在由驱动器16驱动的切割机构108。为了开始切割过程，用户打开盖106，放置一个面包，并且在关闭盖106之后，致动开始按钮110。在切割过程之后，用户打开盖106并取出经切割的面包。当然，如果在操作期间他/她伸手到切割机构108中，则在切割过程期间切割机构108会对用户造成危险。
为了保护用户，切割过程因此仅在盖106闭合时才进行。在这种情况下，第一安全电路设备10a监测盖106是否闭合。为此，发信号装置12a在本发明的上下文中的此处被配置成触点开关或磁开关并且被耦接至盖106。发信号装置12a在盖106闭合的情况下向安全开关装置14a发第一状态的信号并且在盖打开或正在被打开的情况下发第二状态的信号。仅在盖106闭合并且安全开关装置14a接收到来自发信号装置12a的相应信号时，安全开关装置14a才允许驱动器16的启动。如果没有提供相应的信号，则安全开关装置14a关断驱动器或者甚至不接通驱动器。
该新颖的发明的第二示例性实施方式包括布置在机器100上的紧急断开开关12b，并且用户可以通过紧急断开开关12b手动中断切割过程。驱动器16的故障安全关断在此以相同的方式但是由安全开关装置14b实现。下面参照图2更详细地说明在本发明的上下文中发信号装置12a、12b与安全开关装置14a、14b的相互作用。
当然，此处所示的机器仅是可以应用新颖的安全电路设备的许多示例中的一个示例。新颖的安全电路设备优选地用于在操作期间对用户造成危险并且因此必须使用一个或两个安全部件来进行保护的个体系统中。因此，优选的机器是最终客户部门中在工业领域之外使用的平均的或者小型的，特别是移动的，设备。然而，关于保护这种个体系统的要求与工业领域中的设备例如CNC数控铣床中的要求相同。
参照图2对新颖的安全电路设备的示例性实施方式进行详细说明。新颖的安全电路设备在此处整体由附图标记10表示。安全电路设备10包括发信号装置12和安全开关装置14。这两个部件以如下方式相互作用：使得在此处由马达16表示的技术设备能够以故障安全的方式关断。在该示例性实施方式中，发信号装置12和安全开关装置14通过具有第一芯20和第二芯22的二线制线18连接。在本发明的上下文中第一芯20和第二芯22因此是第一线和第二线。
当然，如此处所示的二线制线示出了用于将发信号装置12和安全开关装置14彼此连接的仅一个选择。然而，二线制线具有可以以特别有利的方式设计的优点。在优选的示例性实施方式中，二线制线18是待监测的机器内的非常短的线。
发信号装置12被配置成向安全开关装置14发送作为状态信号的第一时钟信号24。发信号装置12具有致动器26，致动器26在此处是手动操作的按钮。致动器26通过弹簧(此处未示出)被预加载在电触点28开路的第一操作位置。在本示例性实施方式中，这是致动器26的未激活的静止状态(第二状态)。致动器26可以克服弹簧力移动到常开触点28处于闭合的第二操作位置。当操作触点28闭合时，信号发生器30连接至工作电压32。信号发生器30然后生成时钟信号24，在这种情况下，时钟信号24被表示为正弦信号。因此该状态是本发明上下文中定义的第一状态。在此处所示的示例性实施方式中，信号发生器30仅在致动器26被激活的情况下才接收生成时钟信号所需的工作电压。否则，所述信号发生器不被激励。信号发生器30因此仅在致动器26处于所定义的第一状态下才生成时钟信号24。在所示的示例性实施方式中，致动器是具有一个或更多个操作触点28的简单的手动操作开关。在其他示例性实施方式中，致动器具体地可以具有一个断开触点或断开触点与接通触点的组合。此外，致动器可以是应答器、光栅或用于温度、压力或电压的测量换能器。
发信号装置12相对于安全开关装置14形成独立的单元，但是优选地位于安全开关装置14和驱动器16附近，使得发信号装置12与安全开关装置14的连接可以优选地在机器内通过短线进行。在其他示例性实施方式中，发信号装置12可以被配置成紧急断开开关、防护门开关、接近开关、光栅、温度监测器等。
除了操作触点28之外，信号发生器30是发信号装置12的中心元件。在一个优选的示例性实施方式中，例如，信号发生器30是被配置成产生10kHz的正弦AC电压的振荡器。例如，产生正弦AC电压的信号发生器30可以是简单的维恩-罗宾逊(Wien-Robinson)振荡器。此处，振荡器利用第一端子34和第二端子36连接至工作电位32和地电位38，其结果是在第一端子与第二端子之间的工作电压下降。信号发生器30经由第三端子40提供时钟信号24。第一端子34、第二端子36和第三端子40优选地实现为发信号装置12的壳体42上的连接端子。
在该示例性实施方式中，第一时钟信号24是正弦AC电压。然而，在其他示例性实施方式中，时钟信号也可以是不同的AC变量，例如具有多个单独脉冲的限定的脉冲信号。然而，对于安全电路设备的发明构思来说，关键是时钟信号24被配置成将来自发信号装置12的限定的电力传输到安全开关装置14，如下面参照安全开关装置14更详细地描述的。
安全开关装置14通过两个线20、22连接至发信号装置12。线20连接至发信号装置的第三端子并且线22连接至发信号装置的第二端子。换言之，时钟信号24经由线20从发信号装置12传输到安全开关装置14，而用于发信号装置12和安全开关装置14的公共地电位38经由线22提供。第一线20和第二线22通过安全开关装置14的壳体44上的连接端子如在发信号装置12中一样连接。
安全开关装置14监测发信号装置12的操作状态并且包含电路设备和至少一个安全开关继电器48。该电路设备被配置成转换器46，转换器46的输入侧连接至用于接收时钟信号和地电位的端子，并且转换器46的输出侧提供用于驱动安全开关继电器48的DC电压。
转换器46优选地由分立的电子部件部分构成并且被配置成从第一时钟信号24汲取电能并且将所述电能转换为具有限定电力的直流电。具体地，转换器46被配置成从时钟信号24的AC分量中汲取电能，而恒定分量保持不被转换器46考虑。因此，如果没有信号、恒定信号或者具有低的RMS值的AC信号被提供至安全开关装置14的输入，则由转换器46提供的直流电的电力不足以驱动安全开关继电器48。
安全开关继电器48具有一个或更多个操作触点50，操作触点50被布置在至技术设备16的供电路径52中。当通过转换器46提供具有足够电力的直流电以驱动安全开关继电器48时，安全开关继电器48的操作触点50闭合并且技术设备16连接至电压源54。当然，在其他示例性实施方式中，也可以驱动其他致动器，诸如接触器或螺线管阀。此外，安全开关装置14可以具有与第一继电器48并联连接的另外的安全开关继电器48’，所述另外的安全开关继电器的操作触点50’与安全开关继电器48的操作触点50串联。
新颖的安全电路设备10的特征是能够从发信号装置12向安全开关装置14传输不仅状态信号而且还能够传输能量，其结果是所述安全开关装置可以优选地在没有自己的电压源的情况下进行管理。因此，发信号装置12的特征在于其首先生成“其自己的”时钟信号并且为此目的连接至相应的电压源。另一方面，时钟信号24以如下方式被配置：时钟信号24包括不仅关于发信号装置12的当前状态的信息而且还传输用于通过安全开关装置14来驱动安全开关继电器48的电力。
由于与已知的安全电路设备相比，发信号装置12不接收来自安全开关装置14的释放信号或请求信号，所以发信号装置12和安全开关装置14可以优选地通过简单的二线制连接方式来连接，其中例如可以通过安全开关装置14处理与连接有关而引起的所有错误，诸如在二线制线的芯之间的短路。此外，通过使信号发生器和致动器26的操作触点28适当地互连，可以排除发信号装置12内潜在的错误源，因为所述发信号装置本身生成状态信号。因此，新颖的安全电路设备的特征在于，安全开关装置14能够以最少数目的优选是分立的电子部件部分来操作，并且仍然满足高安全等级的要求。
因此，新颖的安全电路设备10通过如下事实区分：发信号装置12和安全开关装置14的组合可以以成本有效的方式实现并且可以容易地集成到工业领域已知的安全基础结构不可用的现有系统中。替代地，新颖的安全电路设备可以优选地以自给自足且成本有效的方式在个体系统内实现。此外，简单的设计使安全开关装置14的尤其非常紧凑的构造成为可能。这实现了关于安全开关装置14的新的形式因素，并因此引入了关于在正常的用户端装置中的工业安全技术的新颖的应用可能性。
下面参照图3和图4对新颖的发信号装置12的优选示例性实施方式和新颖的安全开关装置14的优选示例性实施方式进行更详细地说明。
图3示出了新颖的发信号装置12的优选示例性实施方式。发信号装置12具有致动器26和信号发生器30。在该示例性实施方式中，信号发生器30和致动器的操作触点28布置在壳体42中，在壳体42的外侧布置有三个连接端子，壳体42中的信号发生器30能够通过所述连接端子接触连接。第一端子34连接至工作电位，例如24伏DC，并且第二端子36连接至地电位。可以由发信号装置12生成的第一时钟信号24经由第三端子40被引导到外部。发信号装置12优选地不具有另外的端子。
在该实施方式中，如前所述，致动器26是手动操作的按钮，其具有第一操作位置和第二操作位置(此处用虚线表示)。在该示例性实施方式中，致动器26具有第一操作触点28a和第二操作触点28b。操作触点28a、28b以如下方式被设立：它们只能通过致动器26共同移动。第一操作触点28a布置在第一端子与信号发生器30之间，并且第二操作触点28b布置在信号发生器30与第三端子40之间。换言之，致动器26一方面可以通过操作触点28a将信号发生器30与在第一端子34处提供的工作电位断开并且另一方面防止由信号发生器30生成的时钟信号在第三端子40处发射。因此，在所有优选的示例性实施方式中，发信号装置12以如下方式被设立：仅在致动器处于第二操作位置56时在第三端子40处生成时钟信号24。
在另一示例性实施方式中，发信号装置12可以可选地具有在操作触点28与信号发生器30之间的安全状态部件，所述安全状态部件被配置成以如下方式影响信号发生器30：在重新启动之前仅当两个操作触点28已被发现断开时所述信号发生器发射信号。结果，可以有利地进一步提高奇机构的安全性。
当工作电压被施加至端子34、36时，由信号发生器30自动生成的时钟信号24优选为没有DC分量的正弦AC电压。因此，发信号装置12的特征一方面是发信号装置12本身独立于相关联的安全开关装置而生成时钟信号24并且时钟信号24包含AC变量，从该AC变量中可以汲取特定量的电能。当然，在其他示例性实施方式中，时钟信号24还可以具有DC分量，其中，开关所需的能量然而独占地从信号的动态部分汲取。发信号装置12的特征因此是由信号发生器30生成的时钟信号24的限定的RMS值。
图4示出了新颖的安全开关装置的优选示例性实施方式。在这种情况下，安全开关装置同样地具有壳体44，壳体44容纳有安全开关装置14的电气部件。在壳体44上布置有连接端子，安全开关装置14可以通过连接端子电接触连接。
安全开关装置14的基本组成部分是转换器46和安全开关继电器48。在该优选的示例性实施方式中，转换器46独占地包括变压器58和整流器60。变压器58将施加至初级侧62的AC电压转换成AC输出电压，所述AC输出电压可以在次级侧64处分接。AC电压优选地从初级侧到次级侧不被变换，也就是说转换器46的传输因子等于1。变压器58因此独占地用于仅将AC分量从初级侧62传输到次级侧64，而DC分量保持不被变压器58考虑。换言之，施加至输入66和68的时钟信号的DC分量不会被转移到次级侧64。因此，连接至次级侧64的电气部件仅受到时钟信号24的AC电压分量的影响。
在优选的示例性实施方式中，整流器60直接布置在变压器58的次级侧64上。整流器60可以是具有四个二极管的简单桥式整流器。整流器60将可以在次级侧64处分接的AC输出电压变换成施加至连接部70、72的DC电压。布置在连接部70、72之间的电容器74使在连接部70、72处的整流电压平滑且稳定。安全开关继电器48的励磁线圈76同样地布置在连接部70、72之间。如果由变压器58传输的电力足够高，则安全开关继电器48的励磁线圈76通过施加至连接部70、72的电压而被激励。
在此处所示的优选的示例性实施方式中，安全开关继电器48具有仅一个励磁线圈76。单个励磁线圈76可以使用双电枢78来切换彼此隔开的两个触点组80a、80b。操作触点80a、80b在这种情况下串联布置在供电路径52中并且优选地具有接通触点和断开触点。由于需要仅一个励磁线圈76来切换两个隔开的触点组，因此安全开关装置14可以以特别紧凑地，并且特别是成本有效的方式实现，这是因为安全开关装置中的继电器经常占安全开关装置总成本的很大比例。
安全开关装置14经由输入66、68从发信号装置12接收状态信号。输入66在这种情况下连接至发信号装置12的第三端子40，并且输入68连接至发信号装置12的第二端子36。因此，安全开关装置经由输入66接收时钟信号24作为由发信号装置12提供的状态信号，而在输入68处接收与发信号装置12所共有的地电位。在输入66处的状态信号由变压器58以上述方式变换，并且由此产生的AC输出电压由整流器60和电容器74转换成恒定的DC电压。DC电压激励线圈76，其结果为操作触点80a、80b由双电枢78致动并且电流路径52被接通。
然而，如果将DC电压施加至输入66、68，那么例如由于在发信号装置12与安全开关装置14之间的连接线(此处未示出)内的短路，则在变压器58的次级侧64上没有感应到AC输出电压，其结果是励磁线圈76没有被激励并且操作触点80a、80b的接通触点是开路的。
在该优选的示例性实施方式中，除了输入66、68之外，安全开关装置14还包括另外的端子，以便能够将开始按钮82连接至安全开关装置14。开始按钮82一方面被连接至输入66并且另一方面通过操作触点80a、80b的断开触点连接至变压器58。此外，在该示例性实施方式中，输入66通过操作触点80a、80b的接通触点连接至变压器58。这种自锁式互连可以防止在发生错误时要保护的技术设备16自行启动。替代地，只有当开始按钮82被操作时，当相应的时钟信号24被施加至输入66并且当操作触点80a、80b的断开触点(常闭触点)闭合时，启动才是可能的。一旦励磁线圈76被激励并且操作触点80a、80b连接，则继电器48就通过操作触点80a、80b的接通触点闭合并且输入66处的时钟信号经由接通触点被引导至变压器58来自锁。
在特别优选的示例性实施方式中，励磁线圈76具有与致动功率偏离的保持功率。例如约0.7瓦的致动功率是激励双电枢78所需的功率，并且例如0.21瓦的保持功率是将双电枢保持在激励位置所需的功率。在优选的示例性实施方式中，发信号装置12或者安全开关装置14中任一者本身可以在继电器48被激励之后减小时钟信号24的功率。为此，安全开关装置14可以可选地在保持电路中提供电阻器84。
如果发信号装置执行减小操作，则发信号装置12的信号发生器30首先提供具有第一RMS值的第一时钟信号，然后在双电枢78已经被激励之后提供具有第二RMS值的第二时钟信号，其中第二RMS值低于第一RMS值。除了由线圈76转换成热的能量损失和功率损失的减少之外，还可以另外地进一步增加安全性，因为仅在限定的时间段例如在设备启动之后20毫秒至200毫秒的时间段内提供致动线圈76所需的能量。因此可以有效地防止机器的意外启动。
在此处示出的示例性实施方式中，安全开关装置14不需要用于接收电源电压的任何另外的端子，因为切换所需的能量独占地从发信号装置12的时钟信号24汲取。此外，安全开关装置14不需要用于供电路径52的故障安全隔离的任何另外的电气部件。因此，整个安全开关装置14可以以非常紧凑的方式实现。在一个示例性实施方式中，整个电气电路设备可以布置在双电枢继电器的后侧上的印刷电路板上。然后整个安全开关装置14可以具有尺寸小于1cm×3cm×6cm的矩形的外部形状。
除了成本有效的实现之外，所需部件减少到最少允许非常紧凑的设计并由此允许在安全技术中不常见的新颖的结构设计。例如，极简安全开关装置14可以在没有壳体的情况下布置在收缩管中，其中至发信号装置12的二线制线在输入侧突出，并且用于供电路径52的两个连接点设置在输出侧。同样地可以考虑用绝缘灌封化合物简单地浇铸。以这种方式，新颖的安全电路设备可以特别好地集成到小的个体系统中。

Claims (17)

1.一种用于电驱动设备(16)的故障安全关断的安全电路设备(10)，包括：
安全开关装置(14)，其具有安全开关继电器(48)并且被配置成以故障安全的方式接通或断开至所述设备(16)的供电路径(52)，所述安全开关继电器(48)具有限定的致动功率；以及
发信号装置(12)，其具有致动器(26)、信号发生器(30)和用于接收电源电压(32)的第一端子(34)，并且所述发信号装置(12)通过第一线(20)连接至所述安全开关装置(14)；
其中，所述致动器(26)在第一限定状态和第二限定状态之间是能够互换的，并且所述信号发生器(30)被配置成仅当所述致动器(26)处于所述第一限定状态时在所述第一线(20)上生成第一时钟信号(24)，并且
其中，所述安全开关装置(14)被配置成独占地从所述第一时钟信号(24)的动态部分汲取大于或等于所述安全开关继电器(48)的所述限定的致动功率的电功率并且将所述电功率转换成直流电以用于致动所述安全开关继电器(48)。
2.根据权利要求1所述的安全电路设备，其中，所述安全开关装置(14)被配置成独占地使用从所述第一时钟信号(24)汲取的功率以用于激励所述安全开关继电器(48)。
3.根据权利要求1或2所述的安全电路设备，其中，所述发信号装置(12)和所述安全开关装置(14)通过第二线(22)另外地连接，并且所述发信号装置(12)具有用于接收电源电压(32)的所述第一端子(34)和第二端子(36)以及用于提供所述第一时钟信号(24)的第三端子(40)，其中，所述第二端子(36)连接至所述第二线(22)并且所述第三端子(40)连接至所述第一线(20)以便向所述安全开关装置(14)提供公共电位以及所述第一时钟信号(24)。
4.根据权利要求3所述的安全电路设备，其中，所述公共电位是公共地电位(38)。
5.根据权利要求3所述的安全电路设备，其中，所述信号发生器(30)被布置成使得所述信号发生器的输入连接至所述第一端子(34)和所述第二端子(36)并且使得所述信号发生器的输出连接至所述第三端子(40)。
6.根据权利要求3所述的安全电路设备，其中，所述致动器(26)具有第一操作触点(28a)和第二操作触点(28b)，并且所述第一操作触点(28a)连接至所述第一端子(34)和所述信号发生器(30)，并且所述第二操作触点(28b)连接至所述信号发生器(30)和所述第三端子(40)。
7.根据权利要求1或2所述的安全电路设备，其中，所述信号发生器(30)是振荡器。
8.根据权利要求7所述的安全电路设备，其中，所述信号发生器(30)是正弦波振荡器。
9.根据权利要求3所述的安全电路设备，其中，所述安全开关装置(14)具有用于汲取和转换所述电功率的变压器(58)和整流器(60)，其中，所述变压器(58)的初级侧连接至所述第一线(20)和所述第二线(22)，并且所述变压器的次级侧连接至所述整流器(60)，使得所述第一时钟信号(24)的仅AC分量被转换成在所述次级侧(64)上的电功率。
10.根据权利要求3所述的安全电路设备，其中，将所述发信号装置(12)和所述安全开关装置(14)连接的所述第一线(20)和第二线(22)各自是二线制线(18)的芯。
11.根据权利要求1或2所述的安全电路设备，其中，所述安全开关继电器(48)具有低于所述致动功率的保持功率，并且所述信号发生器(30)被配置成提供第二时钟信号，并且其中，所述安全开关装置(14)被配置成从所述第二时钟信号汲取大于或等于所述安全开关继电器(48)的所述保持功率但低于所述安全开关继电器(48)的所述致动功率的电功率并将所述电功率转换成直流电以用于保持所述安全开关继电器(48)。
12.根据权利要求11所述的安全电路设备，其中，所述信号发生器(30)被配置成当所述致动器(26)从所述第二限定状态转换到所述第一限定状态时提供所述第一时钟信号持续限定的时间段，并且然后只要所述致动器(26)处于所述第一限定状态就提供所述第二时钟信号。
13.根据权利要求12所述的安全电路设备，其中，所述持续限定的时间段是20毫秒至200毫秒。
14.根据权利要求1或2所述的安全电路设备，其中，所述安全开关装置(14)具有相对于所述致动功率较低的保持功率，并且所述安全开关装置(14)被配置成在致动所述安全开关继电器(48)之后减小所述第一时钟信号(24)的能量使得所述安全开关装置(14)能够从所述第一时钟信号(24)汲取大于或等于所述安全开关继电器(48)的所述保持功率但低于所述致动功率的电功率，并且能够将所述电功率转换成直流电以用于保持所述安全开关继电器(48)。
15.根据权利要求1或2所述的安全电路设备，其中，所述安全开关继电器(48)是具有两个单独的触点组(80a，80b)但仅一个线圈(76)的双电枢继电器。
16.一种用于安全电路设备(10)的安全开关装置(14)，所述安全电路设备(10)用于电气设备(16)的故障安全关断，所述安全开关装置(14)包括具有限定的致动功率的安全开关继电器(48)以及用于连接第一线(20)和第二线(22)的第一输入和第二输入(66，68)，所述安全开关继电器被配置成以故障安全的方式接通或断开至所述设备(16)的供电路径(52)，通过所述第一线和所述第二线，所述安全开关装置(14)能够连接至发信号装置(12)并且能够接收第一时钟信号(24)，其中，所述安全开关装置(14)被配置成独占地从所述第一时钟信号(24)的动态部分汲取大于或等于所述安全开关继电器(48)的所述限定的致动功率的电功率并将所述电功率转换成直流电以用于驱动所述安全开关继电器(48)。
17.一种用于安全电路设备(10)的发信号装置(12)，所述安全电路设备(10)用于电驱动设备(16)的故障安全关断，所述发信号装置(12)包括致动器(26)、信号发生器(30)、用于接收电源电压(32)的第一端子(34)、和第二端子(36)，所述第一端子(34)和所述第二端子(36)连接到第一线(20)和第二线(22)，通过所述第一线和所述第二线，所述发信号装置(12)能够连接至安全开关装置(14)并且能够提供第一时钟信号(24)，其中，所述致动器(26)在第一限定状态和第二限定状态之间是能够互换的，并且所述信号发生器(30)被配置成仅当所述致动器(26)处于所述第一限定状态时才在所述第一线(20)上生成第一时钟信号(24)，其中，所述第一时钟信号(24)被设计成使得所述安全开关装置(14)能够独占地从所述第一时钟信号(24)的动态部分汲取大于或等于所述安全开关装置(14)的安全开关继电器(48)的限定的致动功率的电功率。
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