DE10000799C1 - Vorrichtung zum Schalten einer elektrischen Verbindung in Abhängigkeit des Zustandes einer zu überwachenden Einrichtung, insbesondere Sicherheitsschalter - Google Patents

Vorrichtung zum Schalten einer elektrischen Verbindung in Abhängigkeit des Zustandes einer zu überwachenden Einrichtung, insbesondere Sicherheitsschalter

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Schalten einer elektrischen Verbindung in Abhängigkeit des Zustandes einer zu überwachenden Einrichtung, insbesondere Sicherheitsschalter (1) für eine Schutzeinrichtung, mit einer an eine Versorgungsspannung (Vb) anschließbaren elektrischen Schaltung (3; 103), durch deren Ausgangssignal (Vout) ein erster Zustand der zu überwachenden Einrichtung signalisierbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrische Schaltung (3; 103) mit einer Triggerimpulse (20) aufweisenden Versorgungsspannung (Vb) betreibbar ist und einen Testeingang (TEST) aufweist, der mit der Versorgungsspannung (Vb) verbunden ist, und daß das Ausgangssignal (Vout) unabhängig vom tatsächlichen Zustand der zu überwachenden Einrichtung bei einem Triggerimpuls (20) am Testeingang (TEST) temporär in einen den ersten Zustand der zu überwachenden Einrichtung signalisierenden Pegel überführbar ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Schalten einer elektrischen Verbindung in Abhängigkeit des Zustandes einer zu überwachenden Einrichtung, insbesondere einen Sicherheitsschalter für eine Schutzeinrichtung einer Maschine, gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Sicherheitsschalter sind sicherheitstechnische Vorrichtungen zur Überwachung von Schutzeinrichtungen. Sie sollen beispielsweise beim Öffnen der Schutzeinrichtung einen Stromkreis sicher unterbrechen und so lange offen halten, bis die Schutzeinrichtung wieder geschlossen ist. Verschiedene Ausführungsarten derartiger Sicherheitsschalter sind aus der Druckschrift EUCHNER: Sicherheitstechnik, herausgegeben von der Euchner GmbH + Co. in 70771 Leinfelden-Echterdingen, bekannt.
Aus der Produktinformation EUCHNER: Sicherheitsschalter mit elektronisch codiertem Betätiger, herausgegeben von der Euchner GmbH + Co. in DE-70 771 Leinfelden-Echterdingen, ist eine Vorrichtung mit einer an eine Versorgungsspannung anschließbaren elektrischen Schaltung bekannt, durch deren Ausgangssignal ein vorgebbarer Zustand der zu überwachenden Einrichtung signalisierbar ist, beispielsweise ein vollständig geschlossener Zustand oder ein geöffneter Zustand einer Schutztür oder Schutzhaube.
Bei den bekannten Vorrichtungen kann durch eine Beschädigung der elektrischen Verbindungen und/oder durch einen Defekt in einer Ausgangstreiberstufe der elektrischen Schaltung am Ausgang ein Signal anstehen, das beispielsweise einen sicheren Zustand der zu überwachenden Einrichtung signalisiert, obgleich diese Einrichtung sich in einem nicht sicheren, beispielsweise geöffneten Zustand befindet.
Die DE 37 25 530 A1 zeigt ein Verfahren und eine Schaltungsanordnung zur Überwachung von binären Gebern, bei dem die Versorgungsspannung des binären Gebers mittels eines abschaltbaren Treibers kurzzeitig abgeschaltet wird und ein Rückmeldesignal des Gebers innerhalb eines vorbestimmten Überwachungszeitraumes auf Nullspannung überprüft wird. Die Vorrichtung selbst wird mit einer Gleichspannung versorgt. Die Signale für den abschaltbaren Treiber werden von einer nicht näher bestimmten Steuervorrichtung erzeugt.
Die DE 42 33 488 C1 zeigt eine Schaltungsanordnung zur Überwachung eines Schaltgerätes und der an ihm angeschlossenen Außenleiter, wobei an die Anschlüsse des Schaltgerätes ein Fehler- und/oder Zustandsindikator angeschlossen ist, der periodisch die Versorgungsspannung für das Schaltgerät umpolt und aus dem Spannungsabfall am Schaltgerät bzw. an einem Indikatorwiderstand ableitet, ob das Schaltgerät und/oder ein an das Schaltgerät angeschlossener Außenleiter einen Fehler aufweist und/oder in welchem Beeinflussungszustand sich der Anwesenheitsindikator befindet.
Die DE 44 41 070 C2 zeigt eine zweikanalig und redundant aufgebaute Sicherheitsschalteranordnung, wobei die Signale eines Sicherheitsschaltersensors jeweils einem Aktor unter Zwischenschaltung einer Rechnereinheit zugeführt werden, die mit dem jeweils zugeordneten Aktor über zwei bidirektionale Zuleitungen verbunden ist. Über die erste bidirektionale Zuleitung sind rücklesbar Schaltimpulse von der Rechnereinheit zum Aktor übertragbar, die dort einen Schaltvorgang auslösen. Über eine zweite bidirektionale Zuleitung sind rückführbar Testimpulse von der Rechnereinheit zum Aktor zu dessen Funktionsprüfung übertragbar.
Die bekannten Vorrichtungen weisen aufwendige Schaltungseinrichtungen auf, die zwar zur Überwachung des Sicherheitsschalters grundsätzlich geeignet sind, aber aufgrund ihres komplexen Aufbaus störanfällig und darüber hinaus kostenintensiv in der Herstellung und Wartung sind.
Der Erfindung liegt das Problem zugrunde, eine gattungsgemäße Vorrichtung bereitzustellen, welche die Nachteile des Standes der Technik überwindet und bei der insbesondere mit geringem Aufwand die Zuverlässigkeit und Robustheit erhöht ist.
Das Problem ist durch die im Anspruch 1 bestimmte Vorrichtung gelöst. Besondere Ausführungsarten der Erfindung sind in den Unteransprüchen bestimmt.
Die elektrische Schaltung der Vorrichtung ist mit einer Triggerimpulse aufweisenden Versorgungsspannung betreibbar und weist einen Testeingang auf, der mit der Versorgungsspannung unmittelbar oder mittelbar verbunden ist. Das Ausgangssignal ist unabhängig vom tatsächlichen Zustand der zu überwachenden Einrichtung bei einem Triggerimpuls am Testeingang temporär in einen ersten, beispielsweise den gefährlichen Zustand der zu überwachenden Einrichtung signalisierenden Pegel überführbar. Die Triggerimpulse können beispielsweise durch einen verhältnismäßig kurzzeitigen Spannungsabfall oder auch Spannungsanstieg realisiert sein und regelmäßig, insbesondere periodisch, oder unregelmäßig auftreten. Wesentlich ist lediglich, dass der Testeingang der Schaltung den Triggerimpuls als solchen erkennt und die Schaltung aufgrund der implementierten Testfunktion daraufhin das Ausgangssignal auf den Pegel schaltet, den beispielsweise eine nachgeordnete Steuerung für die Signalisierung des gefährlichen Zustandes der zu überwachenden Einrichtung erwartet. Die Funktion der elektrischen Schaltung ist beispielsweise aufgrund einer entsprechenden Tiefpasscharakteristik durch die Triggerimpulse in der Versorgungsspannung nicht wesentlich beeinflusst. Das heißt, ohne die Testfunktion wäre das Ausgangssignal der Schaltung durch die in der Versorgungsspannung enthaltenen Triggerimpulse nicht funktionswesentlich beeinflusst. Die Verbindung bzw. der Anschluss des Testeingangs an die Versorgungsspannung kann extern durch die Verbindung entsprechender Klemmenanschlüsse erfolgen oder intern fest verdrahtet sein.
Die nachgeordnete Steuerung kann ebenfalls mit der Triggerimpulse aufweisenden Versorgungsspannung betreibbar sein oder ist zumindest mit dieser verbunden, und erwartet in dem Zustand der Vorrichtung, in dem das Ausgangssignal einen sicheren, beispielsweise geschlossenen, Zustand der zu überwachenden Einrichtung signalisiert, bei Auftreten eines Triggerimpulses eine mindestens temporäre Überführung des Ausgangssignals in einem den gefährlichen, beispielsweise geöffneten, Zustand der zu überwachenden Einrichtung signalisierenden Pegel. Tritt dieser Pegelübergang nicht auf, ist dies ein Indiz für eine fehlerhafte Vorrichtung und die Steuerung führt die der Schutzeinrichtung zugeordnete Maschine in einen sicheren Betriebszustand über, beispielsweise schaltet diese ab.
Die Versorgungsspannung ist eine getaktete Gleichspannung, bei der innerhalb einer vorgebbaren Periode T während einer Zeitdauer t1 der Spannungspegel abgesenkt wird, insbesondere zu 0 wird. Die Zeitdauer t1 ist dabei so kurz bemessen, dass die Funktion der Schaltung dadurch nicht beeinträchtigt ist. Derartige getaktete Gleichspannungen sind einfach und kostengünstig bereitstellbar, beispielsweise durch entsprechende integrierte Schaltkreise, die darüber hinaus eine Einstellung der Spannungspegel (HIGH und/oder LOW), der Periode T und des Taktverhältnisses t1 : T in weiten Bereichen erlauben. Alternativ oder ergänzend können die Triggerimpulse auch durch Spannungsüberhöhungen, insbesondere kurzzeitige Spannungsspitzen, gebildet sein.
Durch den Triggerimpuls ist eine Ausgangstreiberstufe der elektrischen Schaltung in einen sperrenden Zustand überführbar.
Die Ausgangstreiberstufe ist beispielsweise durch einen Transistor realisierbar, der zur Signalisierung des sicheren Zustandes der zu überwachenden Einrichtung den Ausgangsanschluss auf die Versorgungsspannung durchschaltet.
Die Vorrichtung ist von einem mit der elektrischen Schaltung in Wirkverbindung bringbaren Betätiger betätigbar. Die Wirkverbindung ist beispielsweise durch mechanisches Einwirken des Betätigers auf ein elektrisches und mit der Schaltung verbundenes Schalterelement realisierbar. Vorzugsweise ist der Betätiger kontaktfrei mit der elektrischen Schaltung in Wirkverbindung bringbar, beispielsweise durch Signalübertragung auf elektromagnetischem Weg. Von der elektrischen Schaltung ist dabei ein von dem Betätiger entsprechend eines in dem Betätiger abgelegten individuellen Codes moduliertes Signal auswertbar. Dadurch ist insbesondere die Manipulationssicherheit weiter erhöht. Der individuelle Code kann in dem Betätiger unveränderbar, beispielsweise fest verdrahtet, oder mittels eines elektronischen Speicherelements abgelegt sein, das löschbar und/oder wiederbeschreibbar ist.
Der Betätiger, der beispielsweise an der zu überwachenden Einrichtung festgelegt ist, weist ein Transpondermittel auf, das ein von der Vorrichtung ausgesandtes Signal empfängt, verstärkt und/oder moduliert, und gegebenenfalls anschließend wieder an die Vorrichtung zurücksendet. Die elektrische Energie zum Betrieb des Betätigers ist dabei durch den Empfang elektromagnetischer Wellen bereitstellbar, insbesondere durch den Empfang der von der Vorrichtung ausgesandten elektromagnetischen Wellen. Die Wellenlänge der elektromagnetischen Wellen liegt vorzugsweise im Radiofrequenzbereich, könnte aber auch im oder nahe dem sichtbaren Bereich liegen.
Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen sowie der nachfolgenden Beschreibung, in der unter Bezugnahme auf die Zeichnungen mehrere Ausführungsbeispiele im einzelnen beschrieben sind. Dabei können die in den Ansprüchen und in der Beschreibung erwähnten Merkmale jeweils einzeln für sich oder in beliebiger Kombination erfindungswesentlich sein.
Fig. 1 zeigt ein erstes Ausführungsbeispiel,
Fig. 2 zeigt ein zweites Ausführungsbeispiel und
Fig. 3A bis 3C zeigen Spannungs/Zeit-Diagramme des zweiten Ausführungsbeispiels.
Die Fig. 1 zeigt ein erstes Ausführungsbeispiel der Erfindung. Der Sicherheitsschalter 1 zum Schalten einer elektrischen Verbindung in Abhängigkeit des Zustandes einer zu überwachenden Schutzeinrichtung, von der nur der an ihr festgelegte Betätiger 2 dargestellt ist, weist eine an eine Versorgungsspannung Vb anschließbare elektrische Schaltung 3 auf, durch deren Ausgangssignal Vout ein gefährlicher Zustand der zu überwachenden Schutzeinrichtung signalisierbar ist. Die elektrische Schaltung 3 ist dabei mit einer Triggerimpulse 20 aufweisenden Versorgungsspannung Vb betreibbar und weist einen Testeingang TEST auf, der mit der Versorgungsspannung Vb über die externen Klemmenanschlüsse verbunden ist. Das Ausgangssignal Vout ist unabhängig vom tatsächlichen Zustand der zu überwachenden Schutzeinrichtung bei einem Triggerimpuls 20 am Testeingang TEST temporär in einen den gefährlichen Zustand der zu überwachenden Schutzeinrichtung signalisierenden Pegel überführbar.
Der Betätiger 2 ist in einen Einführkanal 4 eines Lesekopfgehäuses 5 einführbar. Eine darin angeordnete erste Sende/Empfangsspule 6, deren Zwischenabgriff 7 auf Massepotential geschaltet ist, sendet elektromagnetische Wellen aus, die von einer zweiten Sende/Empfangsspule 8, die im Betätiger 2 angeordnet ist, empfangen werden und in elektrische Energie rückgewandelt werden. Mit dieser elektrischen Energie wird eine anwendungsspezifisch integrierte Schaltung (ASIC) 9 gespeist, die aus einem ersten elektronischen Speicher 10 eine erste Codierung 10a ausliest, die spezifisch ist und den Betätiger 2 individualisiert. Entsprechend der ersten Codierung 10a wird kontaktfrei ein Signal von der zweiten Sende/Empfangsspule 8 an die erste Sende/Empfangsspule 6 rückübertragen oder das elektromagnetische Feld der ersten Sende/Empfangsspule 6 durch die zweite Sende/Empfangsspule 8 moduliert, und das in der ersten Sende/Empfangsspule 6 zugehörige Empfangssignal über die Verbindungsleitung 11 der Schaltung 3 zugeführt.
Die Schaltung 3 verarbeitet die von der erste Sende/Empfangsspule 6 erhaltenen Signale unter Verwendung einer zentralen Recheneinheit 12 (CPU), eines zweiten elektronischen Speichers 13 mit einer oder mehreren darin enthaltenen weiteren Codierungen 13a und einer Logikeinheit 14. An den erforderlichen Stellen sind innerhalb der Schaltung 3 Verstärkerelemente 15 vorgesehen. Im Falle einer Übereinstimmung der aus dem Betätiger 2 ausgelesenen ersten Codierung 10a mit der von der Schaltung 3 erwartenden weiteren Codierung erfolgt eine Überführung des Ausgangssignals Vout in einen von einer nachgeschalteten Steuerung erwarteten Pegel durch Schalten der Ausgangstreiberstufe 16, das auch durch Aufleuchten der LED 17 optisch signalisierbar ist.
Auch im dargestellten sicheren, weil geschlossenen Zustand der zu überwachenden Schutzeinrichtung, in dem der Betätiger 2 in das Lesekopfgehäuse 5 eingeführt ist, überführt das Testmittel 18 bei jedem Auftreten eines Triggerimpulses 20 das Ausgangssignal Vout in einen den gefährlichen Zustand signalisierenden Pegel, und steuert beispielsweise das Ausgangstreiber-Verstärkerelement 15a über die nur schematisch dargestellte Wirkverbindung 19 entsprechend an, so dass die Ausgangstreiberstufe 16 in einem entsprechenden Schaltzustand überführbar ist.
Die Fig. 2 zeigt ein zweites Ausführungsbeispiel der Erfindung, insbesondere eine zweite Ausführungsform der elektrischen Schaltung 103. Diese weist externe Anschlüsse für die Versorgungsspannung Vb, das Ausgangssignal Vout und einen Masseanschluss 0 auf. Intern in der elektrischen Schaltung 103 ist die Versorgungsspannung Vb über eine erste Verpolschutzdiode D1 und einen Stabilisierungskondensator C1 an den Anschluss der inneren Versorgungsspannung Vcc der inneren Schaltung S1 geführt. Intern wird über eine zweite Verpolschutzdiode D2 von der Versorgungsspannung Vb das Signal für den Testeingang TEST abgezweigt. Von einem Ausgangssignal Vint der inneren Schaltung S1 wird der die Ausgangstreiberstufe bildende Transistor T1 angesteuert, der im Fall der Position 102a des Betätigers, der den sicheren Zustand der zu überwachenden Einrichtung repräsentiert, die Versorgungsspannung Vcc der inneren Schaltung auf das Ausgangssignal Vout durchschaltet. Im Fall der Position 102b des Betätigers, der den gefährlichen, beispielsweise geöffneten, Zustand der zu überwachenden Einrichtung repräsentiert, sperrt der Transistor T1 und das Ausgangssignal Vout ist über den Ableitwiderstand R1 in ausreichend niederohmiger Weise auf Masse 0 geschaltet. Ähnlich wie im ersten Ausführungsbeispiel ist der Betätiger 102 kontaktfrei mit der Schaltung 103 in Wirkverbindung bringbar. Zu diesem Zweck wirkt die Spule L1 beispielsweise mit entsprechenden Spulen oder mit einem Permanentmagneten an dem Betätiger 102 zusammen.
Die Fig. 3A zeigt den Verlauf der Versorgungsspannung Vb der elektrischen Schaltung 103 über der Zeit t. Die Triggerimpulse 20 sind durch eine Absenkung des Betriebspegels Vb, 0 der Versorgungsspannung Vb für eine Zeitdauer t1 gebildet. Die Absenkung erfolgt regelmäßig und periodisch mit der Periode T.
Die Fig. 3B zeigt den Verlauf der Versorgungsspannung Vcc der inneren Schaltung S1 über der Zeit t. Während eines Triggerimpulses 20 sinkt der Spannungspegel geringfügig ab, wodurch die Funktionsfähigkeit der inneren Schaltung S1 allerdings nicht beeinträchtigt ist. Der Betrag des Spannungseinbruchs ist unter anderem durch den Strombedarf der inneren Schaltung S1 bestimmt und kann durch die Wahl des Stabilisierungskondensators C1 auf ein vorgebbares Maß beschränkt werden. Die Verpolschutzdiode D1 und/oder D2 verhindert eine Rückwirkung des Stabilisierungskondensators C1 auf den Testeingang TEST.
Die Fig. 3C zeigt den Verlauf des Ausgangssignals Vout der elektrischen Schaltung 103 über der Zeit t. In dem Zeitraum I, für den 0 < t < t2 gilt, befindet sich der Betätiger 102 in der Fig. 2 dargestellten Position 102a und die zu überwachende Einrichtung somit in einem sicheren Zustand. In diesem Zeitraum I schaltet die Schaltung 103 das Ausgangssignal Vout ausgehend von einem Betriebspegel Vout, 0 in den durch die Triggerimpulse 20 bestimmten Zeiträumen T - t1 < t < T und 2T - t1 < t < 2T auf 0 und überführt das Ausgangssignal Vout temporär in einen den gefährlichen Zustand der zu überwachenden Einrichtung signalisierenden Pegel, der von einer nachgeordneten Steuerung, die ebenfalls mit der Triggerimpulse 20 aufweisenden Versorgungsspannung Vb beaufschlagt ist, zur Bestätigung einer einwandfreien Funktionsweise der Vorrichtung erwartet wird.
Beispielsweise im Falle einer die Anschlussleitungen kurzschließenden Beschädigung der Verbindungsleitung 11 oder eines Kurzschlusses der Kollektor/Emitter-Strecke des Transistors T1 würde im Ausgangssignal Vout kein signifikantes Absinken des Spannungspegels von der Steuerung registriert werden können und diese würde die der Schutzeinrichtung zugeordnete Maschine in einen sicheren Betriebszustand überführen, insbesondere abschalten. Zum Zeitpunkt t = t2 wird der Betätiger 102 in den in der Fig. 2 dargestellten Zustand 102b überführt, beispielsweise die Schutzeinrichtung geöffnet. Dies wird von der inneren Schaltung S1 erkannt und der Transistor T1 wird gesperrt, wodurch das Ausgangssignal Vout zu 0 wird. In dem Zeitraum II, für den t < t2 gilt, haben die Triggerimpulse 20 der Versorgungsspannung Vb keinen Einfluss mehr auf das Ausgangssignal Vout.

Claims (8)

1. Vorrichtung zum Schalten einer elektrischen Verbindung in Abhängigkeit des Zustandes einer zu überwachenden Einrichtung, insbesondere Sicherheitsschalter (1) für eine Schutzeinrichtung, mit einer an eine Versorgungsspannung (Vb) anschließbaren elektrischen Schaltung (3; 103), durch deren Ausgangssignal (Vout) ein erster Zustand oder ein zweiter Zustand der zu überwachenden Einrichtung signalisierbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrische Schaltung (3; 103) mit einer Triggerimpulse (20) aufweisenden Versorgungsspannung (Vb) betreibbar ist und einen Testeingang (TEST) aufweist, der mit der Versorgungsspannung (Vb) verbunden ist, und daß das Ausgangssignal (Vout) unabhängig vom tatsächlichen Zustand der zu überwachenden Einrichtung bei einem Triggerimpuls (20) am Testeingang (TEST) temporär in einen den ersten Zustand der zu überwachenden Einrichtung signalisierenden Pegel überführbar ist.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Versorgungsspannung (Vb) eine getaktete Gleichspannung ist.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass durch den Triggerimpuls (20) eine Ausgangstreiberstufe der elektrischen Schaltung (3; 103) in einen sperrenden Zustand überführbar ist.
4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung von einem mit der elektrischen (3; 103) Schaltung in Wirkverbindung bringbaren Betätiger (2; 102) betätigbar ist.
5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Betätiger (2; 102) kontaktfrei mit der elektrischen Schaltung (3; 103) in Wirkverbindung bringbar ist.
6. Vorrichtung nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass von der elektrischen Schaltung (3; 103) ein von dem Betätiger (2; 102) entsprechend eines individuellen Codes (10a) moduliertes Signal auswertbar ist.
7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Betätiger (2; 102) an der zu überwachenden Einrichtung festgelegt ist und Transpondermittel (8, 9) aufweist.
8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrische Energie zum Betrieb des Transpondermittels (8, 9) durch den Empfang elektromagnetischer Wellen bereitstellbar ist.
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