DE10022722B4 - Sicherheitsschaltgerät zum sicheren Ein- und Ausschalten eines elektrischen Verbrauchers - Google Patents

Sicherheitsschaltgerät zum sicheren Ein- und Ausschalten eines elektrischen Verbrauchers Download PDF

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Abstract

Sicherheitsschaltgerät zum sicheren Ein- und Ausschalten eines elektrischen Verbrauchers (24), insbesondere eines elektrischen Antriebs, mit einem elektromechanischen Schaltelement (12), das zumindest einen verstellbaren Arbeitskontakt (14) aufweist, mit einem Netzteil (26) zum Erzeugen einer Betriebsspannung (U'B; UB) für das Schaltelement (12), und mit einer Absenkeinheit (30), die die dem Schaltelement (12) zugeführte Betriebsspannung (U'B; UB) in Abhängigkeit von einem Betriebszustand des Schaltelements (12) von einem höheren (U1) auf einen niedrigeren (U2) Spannungswert absenkt, wobei das Netzteil (26) ein variables Netzteil mit veränderbarer Ausgangsspannung (UA) ist und wobei die Absenkeinheit (30) in Abhängigkeit von dem Betriebszustand die Ausgangsspannung (UA) des Netzteils (26) bestimmt.

Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft ein Sicherheitsschaltgerät zum sicheren Ein- und Ausschalten eines elektrischen Verbrauchers, insbesondere eines elektrischen Antriebs, mit einem elektromechanischen Schaltelement, das zumindest einen verstellbaren Arbeitskontakt aufweist, mit einem Netzteil zum Erzeugen einer Betriebsspannung für das Schaltelement, und mit einer Absenkeinheit, die die dem Schaltelement zugeführte Betriebsspannung in Abhängigkeit von einem Betriebszustand des Schaltelements von einem höheren auf einen niedrigeren Spannungswert absenkt.
  • Ein derartiges Sicherheitsschaltgerät ist aufgrund seiner Verwendung bekannt.
  • Gattungsgemäße Sicherheitsschaltgeräte werden vor allem im industriellen Bereich verwendet, um elektrisch angetriebene Maschinen, wie beispielsweise eine Presse oder ein Fräswerkzeug, ein- und vor allem sicher auszuschalten. Sie dienen bspw. in Verbindung mit einem mechanisch betätigbaren Notaus-Taster dazu, um die Maschine in einer Notfallsituation schnell und sicher abzuschalten. Hierzu ist die Stromversorgung der abzuschaltenden Maschine über den verstellbaren Arbeitskontakt des Schaltelements geführt. Häufig sind aus Sicherheitsgründen sogar Arbeitskontakte von mehreren redundanten Schaltelementen in Serie zueinander angeordnet, was für die vorliegende Erfindung jedoch nicht unbedingt erforderlich ist. Sobald der bzw. die Arbeitskontakte geöffnet werden, wird die Stromzuführung der Maschine unterbrochen.
  • Als Schaltelemente werden üblicherweise Relais, bei hohen zu schaltenden Strömen sogenannte Schütze verwendet. Derartige Schaltelemente besitzen einen eingangsseitigen Steuerkreis mit einer Spule, in der mit Hilfe der zugeführten Betriebsspannung ein Steuerstrom erzeugt wird. Der Steuerstrom erzeugt seinerseits ein Magnetfeld, das bei ausreichender Stärke den bzw. die Arbeitskontakte in ihre aktive Arbeitsstellung versetzt. Bei einem sogenannten Öffner-Schaltelement sind die Arbeitskontakte im aktiven Zustand geöffnet, bei einem sogenannten Schließer-Schaltelement geschlossen. Im passiven Ruhezustand ist die Stellung der Arbeitskontakte jeweils umgekehrt.
  • Ein bekanntes Problem bei gattungsgemäßen Sicherheitsschaltgeräten ist, daß ein nur gewisses Maß an Wärme damit sich keine bis zur thermischen Zerstörung ergibt in das Gehäuse der Schaltgeräte eingebracht werden darf. Ein Großteil dieser Wärme entsteht aufgrund ohmscher Verluste in den Spulen der Schaltelemente. Zur Lösung dieses Problems ist es bekannt, die Betriebsspannung für das Schaltelement nach dem Aktivieren der Arbeitskontakte auf eine möglichst niedrige Haltespannung abzusenken. Demgegenüber wird zum Aktivieren der Arbeitskontakte eine höhere Betriebsspannung benötigt, da in diesem Fall die Arbeitskontakte unter Aufwendung einer höheren Energie gegen eine mechanische Vorspannkraft bewegt werden müssen.
  • Zum Absenken der Betriebsspannung sind bei gattungsgemäßen Sicherheitsschaltgeräten bislang zwei verschiedene Verfahren bekannt. Im ersten Fall wird dann, wenn die Arbeitskontakte des Schaltelements in ihre Arbeitsstellung gegangen sind, ein Vorwiderstand in den Stromkreis des Schaltelements geschaltet. Die ursprünglich anliegende Betriebsspannung teilt sich dann auf den Vorwiderstand und das Schaltelement auf, so daß das Schaltelement selbst eine abgesenkte Betriebsspannung erhält. Dieses Verfahren besitzt jedoch den Nachteil, daß auch der Vorwiderstand Wärme infolge ohmscher Verluste erzeugt, so daß sich insgesamt nur eine vergleichsweise geringe Reduzierung der thermischen Belastung erreichen läßt.
  • Bei der zweiten bekannten Alternative wird in dem Stromkreis, der die Betriebsspannung zu dem Schaltelement führt, ein Transistor angeordnet, der über eine Steuerschaltung getaktet wird. Durch eine Taktung mit variabler Pulsbreite (Pulsweitenmodulation) läßt sich die mittlere Betriebsspannung an dem Schaltele ment absenken. Auch bei dieser Alternative wird jedoch mit dem Transistor ein Bauteil benötigt, das selbst Wärme infolge seiner Verlustleistung produziert. Darüber hinaus ist in diesem Fall die Ansteuerung des Transistors vergleichsweise aufwendig.
  • Aus DE 29 48 954 C2 ist ein allgemeines elektromagnetisches Schaltgerät bekannt, das ein elektromechanisches Schaltelement mit einer Anzahl von verstellbaren Arbeitskontakten aufweist. Ein Netzteil zum Erzeugen einer Betriebsspannung für das Schaltelement ist hier allerdings nicht offenbart.
  • Aus DE 40 24 496 A1 ist eine Schaltungsanordnung zum Betrieb von elektromagnetischen Verbrauchern, insbesondere von Magnetventilen, bekannt. Die Schaltungsanordnung wird an das Bordnetz eines Kraftfahrzeugs angeschlossen und dient dazu, nach Anziehen des Magnetventils mit Hilfe der Bordnetzspannung eine niedrigere Haltespannung zu erzeugen. Dies erfolgt dadurch, daß ein erster Transistor aus und ein zweiter Transistor eingeschaltet wird, wobei der zweite Transistor am Ausgang eines Spannungsreglers angeordnet ist, der die niedrigere Haltespannung erzeugt. Eine vergleichbare Anordnung ist aus DE 39 20 064 A1 bekannt.
  • Aus US 4,679,116 A ist eine Stromsteuerschaltung für ein Relais bekannt, mit der die zum Anziehen des Relais benötigte Anzugsspannung ebenfalls auf einen niedrigeren Haltewert abgesenkt werden kann. Diese bekannte Schaltungsanordnung arbeitet mit einem Transistor als variablem Widerstand, an dem ein Teil der zum Halten des Relais nicht benötigten Betriebsspannung abfällt. Die genannte Schaltungsanordnung ist daher mit dem bereits weiter oben allgemein beschriebenen Stand der Technik vergleichbar.
  • Aus DE 195 08 885 A1 ist eine Vorrichtung zur Spitzenspannungsgenerierung bei einer Transformatorschaltung bekannt. Die generierte Spitzenspannung dient beispielsweise als Anzugsspannung für ein Relais, während eine niedrigere (abgesenkte) Spannung als Haltespannung verwendet wird. Die abgesenkte Haltespannung wird, ähnlich wie bereits oben allgemein beschrieben, mit Hilfe eines im Längszweig zu dem Relais angeordneten Schaltelements aus der bereitgestellten Netzspannung erzeugt.
  • Aus US 4,777,556 A ist eine weitere Schaltungsanordnung zum Erzeugen einer überhöhten Spitzenspannung als Anzugsspannung für ein elektromagnetisches Bauelement bekannt. Auch in diesem Fall wird von einer festen Netzteilspannung ausgegangen, aus der mit Hilfe der beschriebenen Schaltungsanordnung ein überhöhter Spitzenwert abgeleitet wird.
  • Vor diesem Hintergrund ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine weitere Alternative anzugeben, wie die thermische Belastung bei einem Sicherheitsschaltgerät der eingangs genannten Art reduziert werden kann. Es soll insbesondere ein Sicherheitsschaltgerät angegeben werden, bei dem auf einfache und effiziente Weise eine hohe Anzugsspannung und eine niedrigere Haltespannung zum Betrieb eines elektromechanischen Schaltelements bereitgestellt werden.
  • Diese Aufgabe wird bei dem eingangs genannten Sicherheitsschaltgerät dadurch gelöst, daß das Netzteil ein variables Netzteil mit veränderbarer Ausgangsspannung ist und daß die Absenkeinheit in Abhängigkeit von dem Betriebszustand die Ausgangsspannung des Netzteils bestimmt.
  • Im Unterschied zu den bisher bekannten Maßnahmen erfolgt das Absenken der Betriebsspannung hier, indem die Absenkeinheit direkt die Ausgangsspannung des Netzteils beeinflußt. Dies setzt die Verwendung eines Netzteils mit variabler Ausgangsspannung voraus, was bei bisher bekannten, gattungsgemäßen Sicherheitsschaltgeräten unüblich ist. Im Unterschied zum Stand der Technik wird die "überschüssige" Betriebsspannung daher bereits an ihrer Quelle reduziert. Anders ausgedrückt erzeugt das Netzteil bei dem erfindungsgemäßen Sicherheitsschaltgerät jeweils nur die für das Schaltelement benötigte Betriebsspannung. Ein Ableiten oder ein "Vernichten" eines vom Netzteil zunächst bereitgestellten, jedoch nicht benötigten Anteils der Betriebsspannung kann somit entfallen.
  • Die Maßnahme ist im Vergleich zu gattungsgemäßen Sicherheitsschaltgeräten einfacher, da schaltbare Vorwiderstände bzw. die Maßnahmen zum Takten und zur Pulsweitenwodulation der Betriebsspannung entfallen können. Darüber hinaus entfallen auch die zu diesem Zweck bisher benötigten Bauelemente, die jedes für sich infolge von Verlustleistungen Wärme erzeugen. Schließlich werden bei der erfindungsgemäßen Lösung auch die Netzteilverluste reduziert, da bereits vom Netzteil selbst eine geringere Betriebsspannung erzeugt wird.
  • Insgesamt kann die thermische Belastung des erfindungsgemäßen Sicherheitsschaltgeräts daher deutlich reduziert werden. Zudem ist die erfindungsgemäße Anordnung einfacher als die bisher bekannter Schaltgeräte.
  • Die genannte Aufgabe ist daher vollständig gelöst.
  • In einer Ausgestaltung der Erfindung ist die dem Schaltelement zugeführte Betriebsspannung über einen zusätzlichen Energiespeicher gepuffert.
  • Als Energiespeicher findet dabei bevorzugt ein Kondensator Verwendung, der zusätzlich, d.h. außerhalb des Netzteils, angeordnet ist. Die Maßnahme besitzt den Vorteil, daß das Schaltelement eine sehr gleichmäßige und stabile Betriebsspannung erhält, was die Gefahr von Störungen und fehlerhaften Schaltvorgängen reduziert. Dies ist vor allem im Hinblick auf den Sicherheitsaspekt der Schaltgeräte von Vorteil.
  • In einer weiteren Ausgestaltung benötigt das Schaltelement zum Aktivieren des Arbeitskontakts eine maximale Schaltleistung und das Netzteil weist eine elektrische Nennleistung auf, die geringer als die maximale Schaltleistung ist.
  • Bei dieser Ausgestaltung der Erfindung ist das Netzteil im Hinblick auf die maximal erforderliche Schaltleistung unterdimensioniert. Das Netzteil ist für sich genommen nicht in der Lage, die zum Aktivieren der Arbeitskontakte erforderliche Schaltleistung bereitzustellen. Da die maximale Schaltleistung jedoch nur kurzzeitig beim Aktivieren der Arbeitskontakte benötigt wird, kann sie durch ein vorheriges Aufladen des zusätzlichen Energiespeichers bereitgestellt werden. Der zusätzliche Energiespeiche ist dabei im Gegensatz zu dem Netzteil im Hinblick auf die maximale Schaltleistung dimensioniert.
  • Im Arbeitsbetrieb des Sicherheitsschaltgeräts ist demgegenüber nur eine geringere Halteleistung für die Arbeitskontakte erforderlich. Diese geringere Leistung kann auch von einem im Hinblick auf die erforderliche Schaltleistung unterdimensionierten Netzteil zur Verfügung gestellt werden kann.
  • Die Maßnahme besitzt den Vorteil, daß aufgrund der geringeren Nennleistung ein Netzteil mit kleineren Transformator verwendet werden kann, wodurch die Baugröße reduziert ist. Das erfindungsgemäße Sicherheitsschaltgerät dieser Ausgestaltung kann daher sehr klein bauend realisiert werden.
  • In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist der Betriebszustand das Erreichen einer Arbeitsstellung des Arbeitskontakts.
  • Diese Maßnahme besitzt den Vorteil, daß das Absenken der Betriebsspannung so früh wie möglich erfolgt. Hierdurch werden die thermischen Belastungen des Sicherheitsschaltgeräts frühzeitig reduziert.
  • In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist die Ausgangsspannung des Netzteils in Abhängigkeit von einem Betriebsparameter des Schaltelements geregelt.
  • In dieser Ausgestaltung der Erfindung wird nicht nur die Arbeitsposition des Arbeitskontakts, sondern es werden darüber hinaus weitere Betriebsparameter, wie beispielsweise eine Betriebstemperatur, berücksichtigt. Hierdurch ist es möglich, die Betriebsspannung auf einen jeweils optimalen Wert abzusenken, wodurch die thermische Belastung des Sicherheitsschaltgeräts nochmals reduziert wird. Gleichzeitig ist aufgrund der Regelung eine fehlerfreie Funktion des Sicherheitsschaltgeräts gewährleistet.
  • In einer Ausgestaltung der zuvor genannten Maßnahme ist der Betriebsparameter eine Betriebstemperatur des Schaltelements.
  • Diese Maßnahme ist besonders vorteilhaft, da der ohmsche Widerstand von Spulen mit zunehmender Temperatur steigt. Da bei steigendem Widerstand der Stromfluß und damit die Stärke des Magnetfeldes abnimmt, müßte ohne eine temperaturabhängige Regelung der Betriebsspannung eine Spannungsreserve berücksichtigt werden, um einen fehlerfreien Betrieb des Sicherheitsschaltgeräts unter allen Arbeitsbedingungen zu gewährleisten. Diese Spannungsreserve ist im Hinblick auf die thermische Belastung jedoch von Nachteil, der bei dieser Ausgestaltung der Erfindung vermieden wird.
  • In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist der Betriebsparameter ein Haltestrom des Schaltelements.
  • Bei dieser Ausgestaltung der Erfindung wird die jeweils erforderliche Betriebsspannung mit Hilfe eines Stromfühlers bestimmt, der in dem Stromkreis für das Schaltelement angeordnet ist. Die Ausgangsspannung des Netzteils wird von der Absenkeinheit daher jeweils so bestimmt, daß ein konstanter Haltestrom fließen kann. Der Haltestrom für das Schaltelement wird gleichsam eingeprägt. Auch mit dieser Maßnahme ist eine optimale Regelung der Betriebsspannung zur Reduzierung von thermischen Belastungen möglich.
  • In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung weist das Sicherheitsschaltgerät ein Zeitglied mit einer definierten Zeitkonstante auf und das Absenken der Betriebsspannung erfolgt in Abhängigkeit von der definierten Zeitkonstante.
  • Diese Maßnahme ist schaltungstechnisch sehr einfach und kostengünstig zu realisieren und kann daher zur Kostenreduktion anstelle einer Regelung der Betriebsspannung verwendet werden. Sie kann darüber hinaus jedoch auch in Ergänzung zu einer Regelung Anwendung finden, um den Beginn des eigentlichen Regelvorgangs zu bestimmen.
  • In einer weiteren Ausgestaltung der zuvor genannten Maßnahme beinhaltet das Zeitglied das Schaltelement.
  • Diese Ausgestaltung besitzt den Vorteil, daß das Zeitglied implizit, d.h. ohne die Verwendung zusätzlicher Bauelemente, sehr kostengünstig realisiert werden kann. Besonders bevorzugt wird das Zeitglied in diesem Fall dadurch realisiert, daß ein Energiespeicher, der dem Schaltelement die erforderliche Betriebsspannung bereitstellt, auf einen Spannungswert aufgeladen wird, der noch oberhalb von dem höheren Spannungswert im Sinne der vorliegenden Erfindung liegt. Die beteiligten Bauelemente sind dann derart dimensioniert, daß die anfängliche Spannung von ihrem Maximalwert auf den genannten höheren Spannungswert in einer Zeitspanne absinkt, die der definierten Zeitkonstante entspricht.
  • In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung weist das Sicherheitsschaltgerät einen Startschalter mit einer Einschaltsicherung auf, die den Startschalter nur bei Vorliegen des höheren Spannungswerts der Betriebsspannung freigibt.
  • Mit dieser Maßnahme ist gewährleistet, daß das Sicherheitsschaltgerät die Arbeitskontakte des Schaltelements tatsächlich auch aktivieren kann, wenn der Startschalter betätigt wird. Infolgedessen ist das Verhalten des Sicherheitsschaltgeräts für einen Bediener transparenter und leichter nachvollziehbar. Die Gefahr von Fehlbedienungen wird reduziert, was insbesondere im Hinblick auf den Sicherheitsaspekt der Schaltgeräte von Vorteil ist.
  • Es versteht sich, daß die vorstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
  • Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen:
  • 1 eine schematische Darstellung eines ersten Ausführungsbeispiels der Erfindung;
  • 2 eine schematische Darstellung eines zweiten Ausführungsbeispiels der Erfindung;
  • 3 zwei Spannungs-Zeit-Diagramme, aus denen die Funktion des Sicherheitsschaltgeräts gemäß 1 ersichtlich ist; und
  • 4 zwei Spannungs-Zeit-Diagramme eines weiteren Ausführungsbeispiels.
  • In 1 ist ein erfindungsgemäßes Sicherheitsschaltgerät in seiner Gesamtheit mit der Bezugsziffer 10 bezeichnet.
  • Das Sicherheitsschaltgerät 10 weist ein elektromechanisches Schaltelement 12 in Form eines Relais auf. Das Schaltelement 12 besitzt im vorliegenden Ausführungsbeispiel drei parallel zueinander angeordnete Arbeitskontakte 14, die seriell zwischen jeweils einer Eingangsklemme 18 und einer Ausgangsklemme 20 des Sicherheitsschaltgeräts 10 angeordnet sind. An die Eingangsklemmen 18 ist in an sich bekannter Weise eine Stromversorgung 22 für einen elektrischen Verbraucher 24 angeschlossen. Der Verbraucher 24 ist seinerseits in an sich bekannter Weise an die Ausgangsklemmen 20 des Sicherheitsschaltgeräts 10 angeschlossen. Beispielhaft ist hier als elektrischer Verbraucher 24 ein elektrischer Antrieb dargestellt. Der elektrische Antrieb bewegt beispielsweise einen Fräskopf oder eine Presse.
  • Abweichend von der hier gezeigten Darstellung besitzen Sicherheitsschaltgeräte der gezeigten Art häufig zwei zueinander redundante Schaltelemente 12, deren Arbeitskontakte 14 jeweils seriell zueinander angeordnet sind. Durch diese Redundanz wird ein sicheres Abschalten des elektrischen Verbrauchers 24 auch bei Versagen eines der Schaltelemente 12 gewährleistet. Diese Ausführung ist für sich genommen im Stand der Technik hinreichend bekannt und wurde hier aus Gründen der Übersichtlichkeit nicht dargestellt.
  • Mit der Bezugsziffer 26 ist ein Netzteil bezeichnet, das hier gemäß einer bevorzugten Ausführung der Erfindung ein Schaltnetzteil ist. Das Netzteil 26 kann über zwei Anschlußklemmen 28 in an sich bekannter Weise an eine Stromversorgung angeschlossen werden. In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel ist dies die Stromversorgung 22, die auch den elektrischen Verbraucher 24 versorgt (hier nicht dargestellt).
  • Das Netzteil 26 ist ein variables Netzteil mit einer veränderbaren Ausgangsspannung.
  • Mit der Bezugsziffer 30 ist eine schematisch dargestellte Absenkeinheit bezeichnet, die in der nachfolgend erläuterten Art und Weise die Ausgangsspannung des Netzteils 26 bestimmt. Die Absenkeinheit 30 ist jedoch nicht notwendig als separates Bau teil in dem Sicherheitsschaltgerät 10 enthalten. Sie kann räumlich ebenso in dem Netzteil 26 integriert sein. Dies ist bevorzugterweise dann der Fall, wenn das Netzteil 26 bereits von sich aus die nachfolgend beschriebenen Eingangssignale zum Einstellen der veränderbaren Ausgangsspannung verarbeiten kann. Bei Netzteilen 26, die derartige Signale nicht direkt verarbeiten können, beinhaltet die Absenkeinheit 30 eine Signalaufbereitung und gegebenenfalls eine Schaltungslogik, die die verschiedenen, nachfolgend beschriebenen Eingangssignale miteinander kombiniert.
  • In dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel erhält die Absenkeinheit 30 das Ausgangssignal eines Temperaturfühlers 32, der die Betriebstemperatur ϑ des Schaltelements 12 ermittelt. Die Absenkeinheit 30 bestimmt in Abhängigkeit von der erhaltenen Betriebstemperatur ϑ die Ausgangsspannung UA des Netzteils 26.
  • Mit dem Bezugszeichen 34 ist ein Kondensator bezeichnet, der parallel zu dem Ausgang des Netzteils 26 angeordnet ist. Der Kondensator 34 lädt sich auf die Ausgangsspannung UA des Netzteils 26 auf und bildet einen kapazitiven Energiespeicher. Parallel zu dem Kondensator 34 ist ein Spannungssensor 36 angeordnet, der den jeweils am Kondensator 34 anliegenden Spannungswert bestimmt. Das Ausgangssignal des Spannungssensors 36 ist einem Startschalter 38 zugeführt, der seriell in der Spannungszuführung von dem Kondensator 34 zu dem Schaltelement 12 angeordnet ist. Der Startschalter 38 besitzt in dem vorliegenden Ausführungsbeispiel eine hier nicht näher dargestellte Einschaltsicherung, die den Startschalter 38 für einen Bediener nur dann freigibt, wenn der von dem Spannungssensor 36 bestimmte Spannungswert ausreicht, um die Arbeitskontakte 14 in ihre Arbeitsstellung zu bewegen. Dieser erforderliche Spannungswert ist bevorzugt der höhere Spannungswert im Sinne der vorliegenden Erfindung.
  • Die in diesem Ausführungsbeispiel an dem Schaltelement 12 anliegende Spannung ist mit UB' bezeichnet. Sie unterscheidet sich von der Ausgangsspannung UA des Netzteils 26 und damit von der hier am Kondensator 34 anliegenden Spannung UB dadurch, daß sie erst bei einer erfolgreichen Betätigung des Startschalters 38 auf denjenigen Spannungswert springt, der am Kondensator 34 anliegt. Die zeitlichen Zusammenhänge sind nachfolgend anhand der 3 näher erläutert.
  • Gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung ist der Startschalter 38 über ein Zeitglied 40 mit der Absenkeinheit 30 verbunden. Das Zeitglied 40 besitzt eine definierte Zeitkonstante T. Die Absenkeinheit 30 erhält somit ein um die Zeitkonstante T verzögertes Signal, wenn der Startschalter 38 erfolgreich betätigt worden ist. Die Zeitkonstante T ist so gewählt, daß das Schaltelement 12 innerhalb der sich ergebenden Zeitspanne die Arbeitskontakte 14 in ihre Arbeitsstellung bewegt hat. Die Absenkeinheit 30 kann daher bei Vorliegen des genannten Signals die Ausgangsspannung UA des Netzteils 26 auf einen Wert absenken, der ausreicht, um die Arbeitskontakte 14 in ihrer Arbeitsstellung zu halten. Dieser Spannungswert wird allgemein üblich als Haltespannung des Schaltelements 12 bezeichnet, und er entspricht bevorzugt dem niedrigeren Spannungswert im Sinne der vorliegenden Erfindung.
  • In einer Variante dieses Ausführungsbeispiels kann das Zeitglied 40 eingespart werden, wenn der Kondensator 34 zu Beginn auf einen dritten Spannungswert aufgeladen wird, der nochmals höher ist als der bereits genannte höhere Spannungswert. Die Zeitspanne, bis der Kondensator 34 sich dann auf den genannten höheren Spannungswert entladen hat, entspricht der Zeitkonstante T. Die Funktionsweise dieser Variante ist nachfolgend anhand 4 näher erläutert.
  • In 2 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Sicherheitsschaltgeräts in seiner Gesamtheit mit dem Bezugszeichen 50 bezeichnet. Gleiche Bezugszeichen bezeichnen dabei dieselben Elemente wie in 1.
  • Im Gegensatz zu dem Ausführungsbeispiel gemäß 1 wird die Ausgangsspannung UA des Netzteils 26 bei dem Sicherheitsschaltgerät 50 nicht in Abhängigkeit von einer Betriebstemperatur ϑ des Schaltelements 12, sondern in Abhängigkeit von dem erforderlichen Haltestrom IH geregelt. Der Haltestrom IH bezeichnet dabei denjenigen Strom, der erforderlich ist, um die Arbeitskontakte 14 des Schaltelements 12 in ihrer aktiven Arbeitsstellung zu halten.
  • Zum Bestimmen des dem Schaltelement 12 zugeführten Stroms IH ist beim vorliegenden Ausführungsbeispiel seriell zu dem Startschalter 38 ein Widerstand 52 angeordnet, dessen jeweiliger Spannungsabfall in an sich bekannter Weise mit Hilfe eines Spannungssensors 54 gemessen wird. Das Ausgangssignal des Spannungssensors 54 ist der Absenkeinheit 30 zugeführt, die in Abhängigkeit davon die Ausgangsspannung UA des Netzteils 26 be stimmt. Im übrigen entspricht die Funktionsweise des Sicherheitsschaltgeräts 50 derjenigen des Sicherheitsschaltgeräts 10.
  • Stellvertretend auch für weitere Ausführungsbeispiele ist in 3 anhand zweier Spannungs-Zeit-Diagramme die Funktionsweise des Sicherheitsschaltgeräts 10 erläutert, wobei in diesen Diagrammen das Zeitglied 40 berücksichtigt ist.
  • Das obere Zeitdiagramm zeigt den Verlauf der Spannung UB über dem Kondensator 34. Zeitgleich darunter ist der Verlauf der am Schaltelement 12 anliegenden Betriebsspannung U'B dargestellt.
  • Nach Inbetriebnahme des Sicherheitsschaltgeräts 10 wird der Kondensator 34 über das Netzteil 26 auf einen höheren Spannungswert, der hier mit U1 bezeichnet ist, aufgeladen. Der Spannungswert U1 wird zum Zeitpunkt t0 erreicht. Ab diesem Zeitpunkt besitzt der Kondensator 34 die erforderliche Spannung, um dem Schaltelement 12 die zum Aktivieren seiner Arbeitskontakte 14 erforderliche Leistung zu liefern. Zum Zeitpunkt t1 wird der Startschalter 38 von einer Bedienperson betätigt. Eine Betätigung des Startschalters 38 zu einem früheren Zeitpunkt als t0 hätte keine Auswirkung, da die Einschaltsicherung den Startschalter aufgrund des noch nicht ausreichend geladenen Kondensators 34 noch nicht freigegeben hat.
  • Durch das erfolgreiche Betätigen des Startschalters 38 wird der Kondensator 34 mit dem Schaltelement 12 verbunden. Die Betriebsspannung U'B springt daher auf den Wert der am Kondensator 34 anliegenden Spannung UB.
  • Nach Ablauf der durch das Zeitglied 40 vorgegebenen Zeitspanne T steuert die Absenkeinheit 30 das Netzteil 26 derart an, daß die Spannungen UB bzw. U'B auf einen niedrigeren Spannungswert U2 absinken. Die Zeitspanne T ist dabei so gewählt, daß die Arbeitskontakte 14 des Schaltelements 12 zu diesem Zeitpunkt bereits in ihre aktive Arbeitsstellung bewegt worden sind.
  • Der niedrigere Spannungswert U2 entspricht der erforderlichen Haltespannung des Schaltelements 12. Gemäß einer bevorzugten Ausführung der Erfindung entspricht der Spannungswert U2 des weiteren auch derjenigen Spannung, bei der das Netzteil 26 an einen angepaßten Widerstand seine Nennleistung abgibt. Dieser hier als Nennspannung bezeichnete Wert ist in den beiden Zeitdiagrammen der 3 anhand einer punktierten Linie 60 dargestellt. Wie zu erkennen ist, liegt die Nennspannung des Netzteils 26 unterhalb des Spannungswerts U1, auf den der Kondensator 34 vor dem Betätigen des Startschalters 38 aufgeladen sein muß. Das Netzteil 26 ist daher im Hinblick auf die maximal erforderliche Schaltleistung unterdimensioniert.
  • In der bereits erwähnten Variante des in 1 gezeigten Ausführungsbeispiels ist die Funktion des Zeitgliedes 40 implizit dadurch realisiert, daß der Kondensator 34 zu Beginn auf einen Spannungswert U3 aufgeladen wird, der nochmals höher ist als der genannte höhere Spannungswert U1. Dies ist in 4 dargestellt. Nach dem Betätigen des Startschalters 38 zum Zeitpunkt t1 kann sich der Kondensator 34 über das Schaltelement 12 entladen. Die Spannung UB am Kondensator 34 sinkt entsprechend ab. Der Kondensator 34 und die Entladewiderstände sind dabei so dimensioniert, daß die Spannung UB bzw. U'B erst nach Ablauf der Zeitspanne T den zum Aktivieren der Arbeitskontakte 14 erfor derlichen Spannungswert U1 unterschreitet. Die Absenkeinheit 30 kann das Netzteil 26 daher bereits von dem Moment an ansteuern, zu dem der Startschalter 38 betätigt wird.

Claims (10)

  1. Sicherheitsschaltgerät zum sicheren Ein- und Ausschalten eines elektrischen Verbrauchers (24), insbesondere eines elektrischen Antriebs, mit einem elektromechanischen Schaltelement (12), das zumindest einen verstellbaren Arbeitskontakt (14) aufweist, mit einem Netzteil (26) zum Erzeugen einer Betriebsspannung (U'B; UB) für das Schaltelement (12), und mit einer Absenkeinheit (30), die die dem Schaltelement (12) zugeführte Betriebsspannung (U'B; UB) in Abhängigkeit von einem Betriebszustand des Schaltelements (12) von einem höheren (U1) auf einen niedrigeren (U2) Spannungswert absenkt, wobei das Netzteil (26) ein variables Netzteil mit veränderbarer Ausgangsspannung (UA) ist und wobei die Absenkeinheit (30) in Abhängigkeit von dem Betriebszustand die Ausgangsspannung (UA) des Netzteils (26) bestimmt.
  2. Sicherheitsschaltgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die dem Schaltelement (12) zugeführte Betriebsspannung (U'B; UB) über einen zusätzlichen Energiespeicher (34) gepuffert ist.
  3. Sicherheitsschaltgerät nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Schaltelement (12) zum Aktivieren des Arbeitskontakts (14) eine maximale Schaltleistung benötigt, und daß das Netzteil (26) eine elektrische Nenn leistung aufweist, die geringer als die maximale Schaltleistung ist.
  4. Sicherheitsschaltgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der genannte Betriebszustand das Erreichen einer Arbeitsstellung des Arbeitskontakts (14) ist.
  5. Sicherheitsschaltgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausgangsspannung (UA) des Netzteils (26) in Abhängigkeit von einem Betriebsparameter (ϑ; IH) des Schaltelements (12) geregelt ist.
  6. Sicherheitsschaltgerät nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Betriebsparameter eine Betriebstemperatur (ϑ) des Schaltelements (12) ist.
  7. Sicherheitsschaltgerät nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Betriebsparameter (IH) ein Haltestrom des Schaltelements (12) ist.
  8. Sicherheitsschaltgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß es ein Zeitglied (40) mit einer definierten Zeitkonstante (T) aufweist und daß das Absenken der Betriebsspannung (U'B) in Abhängigkeit von der definierten Zeitkonstante (T) erfolgt.
  9. Sicherheitsschaltgerät nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Zeitglied (40) das Schaltelement (12) beinhaltet.
  10. Sicherheitsschaltgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß es einen Startschalter (38) mit einer Einschaltsicherung aufweist, die den Startschalter (38) nur bei Vorliegen des höheren Spannungswerts (U1) der Betriebsspannung (U'B; UB) freigibt.
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