DE10146753C1 - Sicherheitsschaltvorrichtung zum sicheren Abschalten eines elektrischen Verbrauchers - Google Patents
Sicherheitsschaltvorrichtung zum sicheren Abschalten eines elektrischen VerbrauchersInfo
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Abstract
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Sicherheitsschaltvorrichtung (50) zum sicheren Abschalten eines elektrischen Verbrauchers, insbesondere einer elektrischen Maschine (26), mit zumindest einem Ausgangsschalter (14) zum Unterbrechen eines externen Stromversorgungspfades (30). Dabei weist der Ausgangsschalter (14) zumindest zwei Schaltstellungen auf. Die Sicherheitsschaltvorrichtung (50) besitzt ferner eine Steuereinheit (12), die die Schaltstellung des Ausgangsschalters (14) steuert. Außerdem sind Mittel (16, 24, 68, 72, 76) vorhanden, anhand derer die Steuereinheit (12) eine tatsächliche Schaltstellung des Ausgangsschalters (14) überwacht. Die Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß die genannten Mittel einen HF-Generator (16) zum Erzeugen eines HF-Prüfsignals (70) sowie einen Koppelkreis (68) beinhalten, mit dem das Prüfsignal (70) auf den Ausgangsschalter (14) übertragen wird (Fig. 3).
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Sicherheitsschaltvor
richtung zum sicheren Abschalten eines elektrischen Verbrau
chers, insbesondere einer elektrischen Maschine, mit zumindest
einem Schalter, im folgenden auch Ausgangsschalter genannt, zum
Unterbrechen eines externen Stromversorgungspfades, wobei der
Schalter zumindest zwei Schaltstellungen aufweist, und mit ei
ner Steuereinheit, die die Schaltstellung des Schalters steu
ert, ferner mit Mitteln, anhand derer die Steuereinheit eine
tatsächliche Schaltstellung des Schalters überwacht.
Eine derartige Sicherheitsschaltvorrichtung ist beispielsweise
aus der WO 01/37302 A1 bekannt.
Gattungsgemäße Sicherheitsschaltvorrichtungen werden vor allem
im industriellen Bereich verwendet, um elektrisch angetriebene
Maschinen, wie beispielsweise große Abkantpressen, CNC-gesteu
erte Fertigungszentren oder Roboter, auf zuverlässige Weise zu
mindest bereichsweise abzuschalten. Ein häufiger Anwendungsfall
ist die Abschaltung der Maschine, wenn eine Schutztür geöffnet
wird, eine Lichtschranke unterbrochen wird oder ein Notaus-
Taster betätigt wird. Die Signale derartiger Signalgeber sind
den gattungsgemäßen Sicherheitsschaltvorrichtungen zugeführt,
die in Abhängigkeit davon die entsprechende Maschine oder Ma
schinenbereiche abschalten. Der eigentliche Abschaltvorgang,
d. h. das Unterbrechen einer Stromversorgung der Maschine, muß
dabei auf eine äußerst zuverlässige Weise erfolgen, da anderen
falls die Gesundheit oder sogar das Leben von Bedienpersonen
gefährdet sind. Gattungsgemäße Sicherheitsschaltgeräte werden
daher von den zuständigen Aufsichtsbehörden, wie beispielsweise
in Deutschland den Berufsgenossenschaften, nur zum Betrieb zu
gelassen, wenn sie bestimmte Mindestanforderungen an die Eigen
fehlersicherheit erfüllen. Generell muß eine Sicherheitsschalt
vorrichtung dabei selbst dann ein zuverlässiges und fehler
sicheres Abschalten der Maschine ermöglichen, wenn innerhalb
der Sicherheitsschaltvorrichtung oder den mit ihr verbundenen
Signalgebern Fehler oder Störungen auftreten.
Als Sicherheitsschaltvorrichtung im Sinne der vorliegenden Er
findung werden daher im folgenden nur solche Geräte und Anlagen
betrachtet, die zumindest die Kategorie 3 der europäischen Norm
EN 954-1 oder einen vergleichbaren Sicherheitsstandard erfül
len.
Bei gattungsgemäßen Sicherheitsschaltvorrichtungen muß die
Schaltstellung des Ausgangsschalters, über den die Strom
versorgung der überwachten Maschine unterbrochen werden kann,
stets zuverlässig, d. h. fehlersicher, kontrolliert werden.
Grund hierfür ist, daß andernfalls ein Fehler oder eine Funkti
onsstörung des Ausgangsschalters dazu führen kann, daß sich die
überwachte Maschine in einem gefährlichen, nicht-sicheren Zu
stand befindet. Bis in die heutige Zeit hinein werden bei gat
tungsgemäßen Sicherheitsschaltvorrichtungen für die Ausgangs
schalter häufig elektromechanische Schaltelemente, d. h. Relais
oder Schütze, verwendet. Bei derartigen Schaltelementen besteht
bekanntermaßen die Gefahr, daß die Schaltkontakte aufgrund von
Funkenbildung beim Öffnen des Schalters verschweißen. In diesem
Fall läßt sich der Ausgangsschalter nicht mehr öffnen, was ver
heerende Folgen haben kann.
Erst seit neuester Zeit werden bei gattungsgemäßen Sicherheits
schaltvorrichtungen auch Halbleiterbauelemente als Ausgangs
schalter verwendet. Bei diesen können zwar keine mechanischen
Kontakte verschweißen, es besteht jedoch grundsätzlich die Mög
lichkeit, daß die Schaltstrecke des Bauelements durchlegiert
und damit ebenfalls einen nicht mehr zu öffnenden Kurzschluß
bildet.
In der eingangs genannten WO 01/37302 A1 ist eine gattungs
gemäße Sicherheitsschaltvorrichtung beschrieben, die ausgangs
seitig zwei Relais als Ausgangsschalter aufweist. Die Arbeits
kontakte der beiden Relais sind in an sich bekannter Weise in
Reihe geschaltet, um eine Redundanz und damit eine erhöhte Si
cherheit beim Abschalten zu erreichen. Jedes der beiden Relais
besitzt mehrere Arbeitskontakte, so daß beispielsweise alle
drei Phasen eines Drehstrom-Anschlusses abgeschaltet werden
können. Zusätzlich besitzt jedes der beiden Relais einen Hilfs
kontakt, der mit den Arbeitskontakten mechanisch zwangsgeführt
ist. Durch die mechanische Zwangsführung ist gewährleistet, daß
die Schaltstellung der Arbeitskontakte mit der Schaltstellung
des Hilfskontaktes korrespondiert. Über den Hilfskontakt kann
somit die Schaltstellung der Arbeitskontakte überwacht werden.
Die beschriebene Anordnung wird in der Praxis vielfach verwen
det und hat sich weitreichend bewährt. Nachteil ist jedoch, daß
Relais mit zwangsgeführten Kontakten deutlich teurer sind als
einfache Relais. Außerdem sind zwangsgeführte Relais größer und
besitzen geringere Haltekräfte als einfache Relais.
Aus der DE 199 60 399 A1 ist eine Sicherheitsschaltvorrichtung
bekannt, bei der die Schaltstellung des Ausgangsschalters mit
einem Sensor überwacht wird. Als Sensor wird dabei ein opti
scher Sensor vorgeschlagen, der einen Sender zur Ausstrahlung
eines Lichtstrahls sowie einen lichtempfindlichen Empfänger be
inhaltet. Der Lichtstahl verläuft in einer Ebene, in der die
Kontaktflächen des Schalters im geschlossenen Zustand aneinan
der anliegen. Der Lichtstrahl erreicht daher bei geschlossenem
Zustand des Schalters den lichtempfindlichen Empfänger nicht.
Im geöffneten Zustand hingegen kann der lichtempfindliche Emp
fänger den Lichtstrahl detektieren. Die Schaltstellung des
Schalters kann daher überprüft werden.
Diese bekannte Sicherheitsschaltvorrichtung erfordert aller
dings eine sehr genaue Justierung des Lichtstrahls in bezug auf
die Schaltkontakte des Schalters, was entsprechend aufwendig
ist. Außerdem kann die bekannte Anordnung nur bei
(elektro-)mechanischen Schaltern verwendet werden. Die Überprü
fung der Schaltstellung bei einem Halbleiterschalter ist nicht
möglich.
Vor diesem Hintergrund ist es eine Aufgabe der vorliegenden Er
findung, eine Alternative anzugeben, mit der bei einer gat
tungsgemäßen Sicherheitsschaltvorrichtung auf die Verwendung
zwangsgeführter Relais verzichtet werden kann, ohne jedoch Ein
bußen hinsichtlich der Fehlersicherheit und Zuverlässigkeit
hinzunehmen.
Diese Aufgabe wird durch eine Sicherheitsschaltvorrichtung der
eingangs genannten Art gelöst, bei der die genannten Mittel
einen Hochfrequenz-(HF-)Generator zum Erzeugen eines HF-
Prüfsignals sowie einen Koppelkreis beinhalten, mit dem das HF-
Prüfsignal auf den Ausgangsschalter übertragen wird.
Bei der erfindungsgemäßen Sicherheitsschaltvorrichtung wird die
Schaltstellung des Ausgangsschalters mit Hilfe eines HF-Prüf
signals überwacht, das in Ergänzung zu dem eigentlich zu schal
tenden Laststrom über den Ausgangsschalter geführt wird. Da die
Frequenzen der zu schaltenden Lastströme üblicherweise sehr
niedrig sind (im Bereich von 16 2/3 bis 400 Hz), eignet sich
ein Hochfrequenzsignal sehr gut, da es technisch auf einfache
Weise durch an sich bekannte Filtermaßnahmen von dem Laststrom
wieder getrennt werden kann. Bevorzugt liegt die Frequenz des
Prüfsignals im Bereich von 2 MHz bis 100 MHz. Andererseits han
delt es sich bei dem hier verwendeten Prüfsignal um ein elek
trisches Signal, wodurch die elektrisch wirksame Schaltstellung
des Ausgangsschalters besonders gut überwacht werden kann.
Die erfindungsgemäße Sicherheitsschaltvorrichtung besitzt den
Vorteil, daß auf die Verwendung zwangsgeführter Relais oder
Schütze verzichtet werden kann, wodurch die Produktionskosten
gesenkt werden können. Außerdem kann die erfindungsgemäße Si
cherheitsschaltvorrichtung kompakter und mit einem geringeren
Platzbedarf realisiert werden.
Ein weiterer Vorteil ist, daß mit der erfindungsgemäßen Maß
nahme auch die Schaltstellung von Halbleiterbauelementen auf
zuverlässige Weise überwacht werden kann. Damit läßt sich das
zugrunde liegende Gerätekonzept auch bei zukünftigen Generatio
nen von Sicherheitsschaltvorrichtungen einsetzen.
In einer Ausgestaltung der Erfindung beinhaltet der Koppelkreis
zumindest ein Trennelement, das den HF-Generator galvanisch von
dem zumindest einen Ausgangsschalter trennt.
Durch diese Maßnahme läßt sich der Ausgangskreis der Sicher
heitsschaltvorrichtung potentialfrei realisieren, wodurch so
wohl die Sicherheit als auch die Anwendungsvielfalt der erfin
dungsgemäßen Vorrichtung erhöht ist. Außerdem ist der Über
wachungskreis, der üblicherweise nur mit geringen Spannungen
und Strömen arbeitet, auf diese Weise vor den in der Regel er
heblich größeren Lastströmen geschützt, mit denen die überwach
te Maschine versorgt wird.
In einer weiteren Ausgestaltung beinhaltet das Trennelement zu
mindest einen Koppelkondensator.
Durch diese Maßnahme wird ein gleichstrommäßiger Kurzschluß des
Ausgangsschalters vermieden, wodurch die Sicherheit der Vor
richtung insgesamt weiter erhöht ist.
In einer weiteren Ausgestaltung beinhaltet der Koppelkonden
sator eine Leiterplattenkapazität.
Durch diese Maßnahme läßt sich die Anzahl der benötigten dis
kreten Bauelemente reduzieren, wodurch eine kostengünstige Pro
duktion möglich ist. Außerdem kann die erfindungsgemäße Vor
richtung in dieser Ausgestaltung noch kleiner, d. h. mit einem
noch geringeren Platzbedarf, realisiert werden.
In einer weiteren Ausgestaltung der zuvor genannten Maßnahme
beinhaltet die Leiterplattenkapazität Leiterflächen, die auf
verschiedenen Lagen einer zumindest zweilagigen Leiterplatte
angeordnet sind.
Diese Maßnahme besitzt vor allem im Hinblick auf den vorgesehe
nen Einsatzbereich der Sicherheitsschaltvorrichtung erhebliche
Vorteile, da bei der beschriebenen Anordnung eine Funktions
störung infolge eines fehlerhaften Koppelkondensators zuverläs
sig ausgeschlossen werden kann. Die einschlägigen Normen erlau
ben nämlich bei der Fehlerbetrachtung den Ausschluß von Feh
lern, die auf einem Kurzschluß zwischen verschiedenen Lagen
einer üblichen Leiterplatte basieren. Die Sicherheitsschalt
vorrichtung kann aufgrund dieser Maßnahme insgesamt einfacher
und damit kostengünstiger realisiert werden.
In einer weiteren Ausgestaltung beinhaltet der Koppelkreis zu
mindest zwei Koppelkondensatoren.
Durch diese Maßnahme wird die Eigenfehlersicherheit der erfin
dungsgemäßen Vorrichtung weiter erhöht. Insbesondere ist eine
gleichstrommäßige Überbrückung des Ausgangsschalters auf diese
Weise noch zuverlässiger ausgeschlossen. Außerdem ergibt sich
eine Symmetrie, die eine besonders einfache und gleichzeitig
genaue Überwachung der Schaltstellung des Ausgangsschalters er
möglicht.
In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung beinhaltet der
Koppelkreis einen elektrischen Schwingkreis.
Aufgrund der an sich bekannten Sensibilität eines Schwing
kreises gegenüber Veränderungen der Einflußparameter kann mit
dieser Maßnahme auf einfache Weise eine besonders exakte Über
wachung des Ausgangsschalters realisiert werden.
In einer weiteren Ausgestaltung der zuvor genannten Maßnahme
ist der Ausgangsschalter in den Schwingkreis eingebettet.
Diese Maßnahme ist eine besonders einfache Möglichkeit, um die
Schaltstellung des Ausgangsschalters exakt zu überwachen. Au
ßerdem spart diese Anordnung Bauteile, so daß die Produktions
kosten der erfindungsgemäßen Vorrichtung nochmals reduziert
werden können.
In einer weiteren Ausgestaltung wirkt der Schwingkreis mit zu
mindest einem ohmschen Widerstand zusammen, dessen Spannungs
abfall ein Maß für die tatsächliche Schaltstellung des Aus
gangsschalters ist.
Bevorzugt wird der in den Schwingkreis hinein fließende Strom
über den genannten ohmschen Widerstand geführt. Durch diese
Maßnahme ist es möglich, einen einfachen Schwellwertschalter zu
verwenden, um die Schaltstellung des Ausgangsschalters zu be
stimmen. Der Abgriff eines Spannungsabfalls über dem ohmschen
Widerstand ist dabei mit an sich bekannten Mitteln sehr einfach
und kostengünstig möglich. Insgesamt lassen sich damit die Pro
duktionskosten der erfindungsgemäßen Vorrichtung noch weiter
reduzieren.
In einer weiteren Ausgestaltung ist der Ausgangsschalter mit
zumindest einer Anschlußklemme verbunden, wobei zwischen dem
Ausgangsschalter und der Anschlußklemme ein Hochfrequenz-(HF-)
Filter angeordnet ist.
Durch diese Maßnahme wird einerseits verhindert, daß das HF-
Prüfsignal aus dem Inneren der Sicherheitsschaltvorrichtung
nach außen dringen kann, so daß eine Beeinflussung der abzu
schaltenden Maschine vermieden ist. Umgekehrt ist das HF-Prüf
signal auf diese Weise von äußeren Einflüssen entkoppelt, wo
durch die Zuverlässigkeit und Meßgenauigkeit beim Überwachen
der Schaltstellung des Ausgangsschalters erhöht ist.
Es versteht sich, daß die vorstehend genannten und die nach
stehend 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:
Fig. 1 ein Prinzipschaltbild einer Anordnung zur Verwendung
in einer erfindungsgemäßen Sicherheitsschaltvorrich
tung,
Fig. 2 eine bevorzugte Ausführung von Koppelkondensatoren,
die auch in dem Prinzipschaltbild gemäß Fig. 1 Ver
wendung finden, und
Fig. 3 eine detailliertere Darstellung einer erfindungs
gemäßen Sicherheitsschaltvorrichtung.
In Fig. 1 ist eine Anordnung zur fehlersicheren Überwachung der
Schaltstellung eines Ausgangsschalters in ihrer Gesamtheit mit
der Bezugsziffer 10 bezeichnet.
Die Anordnung 10 beinhaltet eine Steuereinheit 12, die in an
sich bekannter Weise die Schaltstellung eines Ausgangsschalters
14 steuert. Der Ausgangsschalter 14 ist im vorliegenden Fall
als Relaiskontakt dargestellt. Das Prinzip der Anordnung 10
kann jedoch in gleicher Weise auch auf Halbleiterschalter, wie
beispielsweise MOS-Transistoren, angewendet werden.
Mit der Bezugsziffer 16 ist ein HF-Generator bezeichnet, der
über ein galvanisches Trennelement 18 derart mit dem Ausgangs
schalter 14 verbunden ist, daß ein hier nicht dargestelltes HF-
Prüfsignal (HF-Spannung und/oder HF-Strom) über den Ausgangs
schalter 14 geführt ist.
Das Trennelement 18 beinhaltet gemäß einer bevorzugten Ausfüh
rung der Erfindung zwei Koppelkondensatoren 20, 22, durch die
eine gleichstrommäßige Überbrückung des Ausgangsschalters 14 in
jedem Fall verhindert ist.
Der HF-Generator 16 beinhaltet ein hier nicht gesondert darge
stelltes Sensorelement, das eine Veränderung des HF-Prüfsignals
in Abhängigkeit der Schaltstellung des Ausgangsschalters 14 de
tektiert. Beispielsweise verändert sich in Abhängigkeit der
Schaltstellung des Ausgangsschalters 14 die Resonanzfrequenz
des HF-Generators 16, der über die Koppelkondensatoren 20, 22
fließende HF-Strom oder die im HF-Generator umgesetzte Lei
stung. Die detektierte Veränderung wird über eine Rücklese
leitung 24 der Steuereinheit 12 mitgeteilt. Infolge dessen kann
die Steuereinheit 12 die tatsächliche Schaltstellung des Aus
gangsschalters 14 stets mit der eingestellten Soll-Schalt
stellung vergleichen und den Ausgangsschalter 14 somit überwa
chen. Die Steuereinheit 12 kann den ordnungsgemäßen Betrieb al
ler Baugruppen dabei in einem Art Selbsttest prüfen, indem der
Ausgangsschalter 14 umgeschaltet wird und überprüft wird, ob
die Reaktion auf der Leitung 24 mit dem Erwartungswert überein
stimmt.
Mit der Bezugsziffer 26 ist zur Verdeutlichung des Prinzips der
Anordnung 10 ein Verbraucher schematisch dargestellt, der im
konkreten Anwendungsfall beispielsweise eine abzuschaltende Ma
schine ist. Die Maschine 26 wird über die Stromversorgung 28
mit Strom versorgt, wobei der Ausgangsschalter 14 im Strom
versorgungspfad 30 angeordnet ist. Dabei kann die Stromversor
gung 28 anstelle der gezeigten Gleichspannungsquelle auch eine
Wechselspannungsquelle sein.
In Fig. 2 ist eine bevorzugte Realisierung der beiden Koppel
kondensatoren 20, 22 dargestellt, wobei gleiche Bezugszeichen
dieselben Elemente bezeichnen wie in Fig. 1.
Die Schaltungsbestandteile der Anordnung 10 sind in an sich be
kannter Weise auf einer Leiterplatte 40 angeordnet. Dabei sind
die Schaltungsbestandteile, wie beispielsweise der HF-Generator
16 und die Steuereinheit 12 (hier als IC dargestellt), über
Leiterbahnen 42 miteinander verbunden. Die beiden Koppel
kondensatoren 20, 22 werden durch Leiterflächen 44, 46 gebil
det, die auf verschiedenen Lagen der in diesem Fall zweilagigen
Leiterplatte 40 angeordnet sind. Zwischen den metallischen Lei
terflächen 44, 46 befindet sich somit das Kunststoffmaterial
der Leiterplatte 40, wodurch in an sich bekannter Weise eine
Kapazität gebildet wird. Aufgrund der beschriebenen Anordnung
kann bei der Analyse von Fehlerquellen innerhalb der Anordnung
10 ausgeschlossen werden, daß einer oder beide Koppel
kondensatoren 20, 22 einen elektrischen Kurzschluß erleiden.
Dieser Fehlerausschluß ergibt sich aufgrund bestehender, ein
schlägiger Normen.
In Fig. 3 ist ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen
Sicherheitsschaltvorrichtung in seiner Gesamtheit mit der Be
zugsziffer 50 bezeichnet. Es handelt sich dabei um ein soge
nanntes Sicherheitsschaltgerät, das üblicherweise als kompakte
und voll funktionsfertige Einheit ausgeliefert wird. Die Erfin
dung ist jedoch nicht allein auf Sicherheitsschaltgeräte be
schränkt und kann ebenso bei komplexen, programmierbaren Si
cherheitssteuerungen verwendet werden.
Das Sicherheitsschaltgerät 50 ist als kompakte Baueinheit in an
sich bekannter Weise in ein Gerätegehäuse 52 eingebaut. An
einer Außenseite des Gehäuses 52 befinden sich in an sich be
kannter Weise Anschlußklemmen, von denen hier beispielhaft drei
mit den Bezugsziffern 54, 56, 58 bezeichnet sind. Die Anschluß
klemme 54 ist mit einer Phase der Stromversorgung 28 verbunden.
Die Anschlußklemme 56 ist mit der abzuschaltenden Maschine 26
verbunden. Zwischen den Anschlußklemmen 54 und 56 befindet sich
somit der Stromversorgungspfad 30, in dem seriell der Ausgangs
schalter 14 angeordnet ist.
Die Darstellung des Sicherheitsschaltgerätes 50 ist hier aus
Gründen der Übersichtlichkeit vereinfacht. In der Praxis befin
den sich üblicherweise zwei Ausgangsschalter 14 seriell zuein
ander im Stromversorgungspfad 30, um eine Redundanz beim Ab
schalten der Maschine 26 zu erhalten. Darüber hinaus besitzt
das erfindungsgemäße Sicherheitsschaltgerät 50 in der Regel
weitere, parallel zu dem Ausgangsschalter 14 angeordnete Aus
gangsschalter sowie entsprechende Anschlußklemmen 54, 56, über
die weitere Phasen der Stromversorgung 28 geführt werden kön
nen. Derartige Ausführungen sind an sich bekannt und daher hier
nicht ausführlicher dargestellt.
An die Anschlußklemme 58 ist in an sich bekannter Weise ein
Notaus-Schalter 60 angeschlossen. Auch dies ist hier in Fig. 3
vereinfacht dargestellt, da Notaus-Schalter von den hier be
schriebenen Sicherheitsschaltgeräten in der Regel mehrkanalig
ausgewertet werden.
Im Inneren ist das Sicherheitsschaltgerät 50 wie folgt aufge
baut:
Die Steuereinheit 12 beinhaltet einen Schalter 62, der in an sich bekannter Weise den Stromfluß über ein Relais 64 ein- oder ausschaltet. Der Ausgangsschalter 14 ist einer der Arbeits kontakte des Relais 64, so daß die Steuereinheit 12 über den Schalter 62 die Schaltstellung des Ausgangsschalters 14 steuern kann. Anstelle eines Relais 64 können bei alternativen Ausfüh rungsbeispielen jedoch auch Halbleiterbauelemente als Ausgangs schalter verwendet sein.
Die Steuereinheit 12 beinhaltet einen Schalter 62, der in an sich bekannter Weise den Stromfluß über ein Relais 64 ein- oder ausschaltet. Der Ausgangsschalter 14 ist einer der Arbeits kontakte des Relais 64, so daß die Steuereinheit 12 über den Schalter 62 die Schaltstellung des Ausgangsschalters 14 steuern kann. Anstelle eines Relais 64 können bei alternativen Ausfüh rungsbeispielen jedoch auch Halbleiterbauelemente als Ausgangs schalter verwendet sein.
Der Ausgangsschalter 14 ist in einer bereits anhand Fig. 1 be
schriebenen Weise mit einem HF-Generator 16 verbunden. Zusätz
lich zu den beiden Koppelkondensatoren 20, 22 beinhaltet das
Trennelement hier einen Transformator 66, dessen Induktivität
zusammen mit den Koppelkondensatoren 20, 22 einen Schwingkreis
68 bildet. Der HF-Generator, der im vorliegenden Ausführungs
beispiel ein kommerziell erhältlicher HF-Oszillator von bei
spielsweise 8 MHz ist, erzeugt das HF-Prüfsignal, das hier
schematisch mit der Bezugsziffer 70 bezeichnet ist. Dabei wird
der HF-Generator 16 über einen Widerstand 72 mit einer Be
triebsspannung versorgt. Zur Stabilisierung und Glättung der
Betriebsspannung ist ein Kondensator 74 parallel zum HF-
Generator 16 angeordnet.
Parallel zu dem Widerstand 72 ist ein Schwellwertschalter 76
angeordnet, der die am Widerstand 72 abfallende Spannung mit
einem Referenzwert vergleicht. Das Ausgangssignal des Schwell
wertschalters 76 ist über die Rückleseleitung 24 der Steuer
einheit 12 zugeführt.
Mit der Bezugsziffer 78 ist ein weiterer Kondensator bezeich
net, der zusammen mit einer Spule 80 ein LC-Filter 82 bildet.
Das LC-Filter 82 ist zwischen dem Ausgangsschalter 14 und der
Anschlußklemme 54 angeordnet. Ein identisch aufgebautes zweites
LC-Filter 84 ist ferner zwischen dem Ausgangsschalter 14 und
der Anschlußklemme 56 angeordnet. Die beiden LC-Filter 82, 84
bilden eine Klammer, die gegebenenfalls auch weitere, seriell
zum Ausgangsschalter 14 angeordnete redundante Schaltkontakte
umschließt.
Die Funktion des Sicherheitsschaltgerätes 50 ist nun wie folgt:
Im Betrieb des Sicherheitsschaltgerätes 50 ist der Ausgangs schalter 14 geschlossen, so daß die Maschine 26 mit der Strom versorgung 28 verbunden ist. Die Maschine 26 befindet sich da her in Betrieb.
Im Betrieb des Sicherheitsschaltgerätes 50 ist der Ausgangs schalter 14 geschlossen, so daß die Maschine 26 mit der Strom versorgung 28 verbunden ist. Die Maschine 26 befindet sich da her in Betrieb.
Der geöffnete Ausgangsschalter 14 stellt eine Kapazität in der
Größenordnung von etwa 1 pF dar. Diese Kapazität bestimmt bei
geöffnetem Ausgangsschalter 14 im wesentlichen die Resonanzfre
quenz des Schwingkreises 68, da die Kapazitäten der Koppel
kondensatoren 20, 22 bei ca. 100 pF liegt. Die Resonanzfrequenz
des Schwingkreises 68 entspricht in dieser Schaltstellung der
Sollfrequenz des HF-Generators 16.
Wird der Ausgangsschalter 14 geschlossen, ändert sich seine
wirksame Kapazität, wodurch der Schwingkreis 68 verstimmt wird.
Über den Transformator 66 wirkt dies auf den HF-Generator 16
zurück, was weiterhin zur Folge hat, daß sich der Spannungs
abfall am Widerstand 72 ändert. Der geänderte Spannungsabfall
wird mit Hilfe des Schwellwertschalters 76 detektiert und der
Steuereinheit 12 mitgeteilt. Dadurch kann die Steuereinheit 12
die tatsächliche Schaltstellung des Ausgangsschalters 14 mit
der beabsichtigten Sollstellung vergleichen. Infolge dessen ist
eine Überwachung der Schaltstellung des Ausgangsschalters 14
möglich.
Die in Fig. 3 dargestellte Schaltung des Sicherheitsschalt
gerätes 50 hat sich bei praktischen Versuchen als besonders ef
fektiv erwiesen. Es versteht sich jedoch, daß das Grundprinzip
der Erfindung auch in anderen Schaltungsvarianten realisiert
werden kann.
Claims (10)
1. Sicherheitsschaltvorrichtung zum sicheren Abschalten eines
elektrischen Verbrauchers (26), insbesondere einer elek
trischen Maschine, mit zumindest einem Schalter (14) zum
Unterbrechen eines externen Stromversorgungspfades (30),
wobei der Schalter (14) zwei Schaltstellungen aufweist,
und mit einer Steuereinheit (12), die die Schaltstellung
des Schalters (14) steuert, ferner mit Mitteln (10; 16,
24, 68, 72, 76), anhand derer die Steuereinheit (12) eine
tatsächliche Schaltstellung des Schalters (14) überwacht,
dadurch gekennzeichnet, daß die genannten Mittel einen HF-
Generator (16) zum Erzeugen eines HF-Prüfsignals (70) so
wie einen Koppelkreis (18; 68) beinhalten, mit dem das
Prüfsignal (70) auf den Schalter (14) übertragen wird.
2. Sicherheitsschaltvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch ge
kennzeichnet, daß der Koppelkreis zumindest ein Trenn
element (18; 68) beinhaltet, das den HF-Generator (16)
galvanisch von dem zumindest einen Schalter (14) trennt.
3. Sicherheitsschaltvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, da
durch gekennzeichnet, daß der Koppelkreis (18; 68) zumin
dest einen Koppelkondensator (20, 22) beinhaltet.
4. Sicherheitsschaltvorrichtung nach Anspruch 3, dadurch ge
kennzeichnet, daß der Koppelkondensator (20, 22) eine Lei
terplattenkapazität beinhaltet.
5. Sicherheitsschaltvorrichtung nach Anspruch 4, dadurch ge
kennzeichnet, daß die Leiterplattenkapazität Leiterflächen
(44, 46) beinhaltet, die auf verschiedenen Lagen einer zu
mindest zweilagigen Leiterplatte (40) angeordnet sind.
6. Sicherheitsschaltvorrichtung nach einem der Ansprüche 3
bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Koppelkreis (18;
68) zumindest zwei Koppelkondensatoren (20, 22) beinhal
tet.
7. Sicherheitsschaltvorrichtung nach einem der Ansprüche 1
bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Koppelkreis einen
elektrischen Schwingkreis (68) beinhaltet.
8. Sicherheitsschaltvorrichtung nach Anspruch 8, dadurch ge
kennzeichnet, daß der Schalter (14) Bestandteil des
Schwingkreises (68) ist.
9. Sicherheitsschaltvorrichtung nach Anspruch 7 oder 8, da
durch gekennzeichnet, daß der Schwingkreis (68) mit zumin
dest einem ohmschen Widerstand (72) zusammenwirkt, dessen
Spannungsabfall ein Maß für die tatsächliche Schaltstel
lung des Schalters (14) ist.
10. Sicherheitsschaltvorrichtung nach einem der Ansprüche 1
bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Schalter (14) mit
zumindest einer Anschlußklemme (54, 56) verbunden ist, wo
bei zwischen dem Schalter (14) und der Anschlußklemme (54,
56) ein HF-Filter (82, 84) angeordnet ist.
Priority Applications (6)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE10146753A DE10146753C1 (de) | 2001-09-22 | 2001-09-22 | Sicherheitsschaltvorrichtung zum sicheren Abschalten eines elektrischen Verbrauchers |
PCT/EP2002/009433 WO2003030198A1 (de) | 2001-09-22 | 2002-08-23 | Siecherheitsschaltvorrichtung zum sicheren abschalten eines elektrischen verbrauchers |
JP2003533300A JP4067492B2 (ja) | 2001-09-22 | 2002-08-23 | 電気負荷を安全に接続解除するための安全スイッチング装置 |
AT02772194T ATE292321T1 (de) | 2001-09-22 | 2002-08-23 | Sicherheitsschaltvorrichtung zum sicheren abschalten eines elektrischen verbrauchers |
EP02772194A EP1428237B1 (de) | 2001-09-22 | 2002-08-23 | Sicherheitsschaltvorrichtung zum sicheren abschalten eines elektrischen verbrauchers |
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Applications Claiming Priority (1)
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