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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.
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Ein derartiges Sicherheitsschaltgerät ist aufgrund
seiner Verwendung bekannt.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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Insgesamt kann die thermische Belastung des
erfindungsgemäßen Sicherheitsschaltgeräts daher
deutlich reduziert werden. Zudem ist die erfindungsgemäße Anordnung
einfacher als die bisher bekannter Schaltgeräte.
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Die genannte Aufgabe ist daher vollständig gelöst.
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In einer Ausgestaltung der Erfindung
ist die dem Schaltelement zugeführte
Betriebsspannung über
einen zusätzlichen
Energiespeicher gepuffert.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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In einer weiteren Ausgestaltung der
Erfindung ist der Betriebszustand das Erreichen einer Arbeitsstellung
des Arbeitskontakts.
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Diese Maßnahme besitzt den Vorteil,
daß das
Absenken der Betriebsspannung so früh wie möglich erfolgt. Hierdurch werden
die thermischen Belastungen des Sicherheitsschaltgeräts frühzeitig reduziert.
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In einer weiteren Ausgestaltung der
Erfindung ist die Ausgangsspannung des Netzteils in Abhängigkeit
von einem Betriebsparameter des Schaltelements geregelt.
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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.
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In einer Ausgestaltung der zuvor
genannten Maßnahme
ist der Betriebsparameter eine Betriebstemperatur des Schaltelements.
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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.
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In einer weiteren Ausgestaltung der
Erfindung ist der Betriebsparameter ein Haltestrom des Schaltelements.
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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.
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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.
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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.
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In einer weiteren Ausgestaltung der
zuvor genannten Maßnahme
beinhaltet das Zeitglied das Schaltelement.
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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.
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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.
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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.
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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.
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Ausführungsbeispiele der Erfindung
sind in der Zeichnung dargestellt und werden in der nachfolgenden
Beschreibung näher
erläutert.
Es zeigen:
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1 eine
schematische Darstellung eines ersten Ausführungsbeispiels der Erfindung;
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2 eine
schematische Darstellung eines zweiten Ausführungsbeispiels der Erfindung;
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3 zwei
Spannungs-Zeit-Diagramme, aus denen die Funktion des Sicherheitsschaltgeräts gemäß 1 ersichtlich ist; und
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4 zwei
Spannungs-Zeit-Diagramme eines weiteren Ausführungsbeispiels.
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In 1 ist
ein erfindungsgemäßes Sicherheitsschaltgerät in seiner
Gesamtheit mit der Bezugsziffer 10 bezeichnet.
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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.
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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.
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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).
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Das Netzteil 26 ist ein
variables Netzteil mit einer veränderbaren
Ausgangsspannung.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.