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Die Erfindung betrifft ein Sicherheitsrelais zum Schalten einer elektrischen Einrichtung, mit einem Starteingang zum Einschalten des Sicherheitsrelais.
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Sicherheitsrelais haben in verschiedenen Anwendungsgebieten, wie in der Überwachung der Sicherheit an elektrischen Einrichtungen, eine große Bedeutung und dienen insbesondere zur Überwachung der an den Maschinen und Anlagen vorgesehenen Sicherheitseinrichtungen zur schnellen und zuverlässigen Abschaltung der elektrischen Einrichtung im Notfall.
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Aus dem Stand der Technik sind eine Vielzahl verschiedener Sicherheitsrelais bekannt, wie beispielsweise ein- und zweikanalige Ausführungen zum Aufbau sicherheitsgerichteter Applikationen. Dabei überwacht eine interne Logik der Sicherheitsrelais die durch die Sicherheitseinrichtungen gebildeten Sicherheitskreise, wie beispielsweise Nothalt, Schutztür, Lichtschranken, Zweihandschaltung etc., und aktiviert im fehlerfreien Zustand die sogenannten Freigabepfade, so dass also das Sicherheitsrelais die mit dem Sicherheitsrelais verbundene elektrische Einrichtung, beispielsweise eine Maschine oder eine Anlage, einschalten kann.
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Nach einem Betätigen der Sicherheitseinrichtung oder im Fehlerfall werden die Freigabepfade entsprechend einer Stop-Kategorie abgeschaltet, also beispielsweise durch sofortige Abschaltung der Energiezufuhr oder Unterbrechung der Energiezufuhr erst dann, wenn die Maschine oder Anlage im Stillstand ist. Dabei weisen die aus dem Stand der Technik bekannten Sicherheitsrelais vielfach Mittel auf, um auftretende Fehler wie Erdschluss, Querschluss und/oder Drahtbruch zu erkennen und im Fehlerfall die Aktivierung der Freigabepfade zu verhindern. Die Sicherheitsrelais sind oftmals entsprechend der gängigen Normen, wie beispielsweise DIN ISO 13849-1, ausgeführt.
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Die Verbindung zwischen den Sicherheitsrelais und den Sicherheitseinrichtungen zum einen und der elektrischen Einrichtung zum anderen erfolgt über Kontakte, und zwar vielfach über aus dem Stand der Technik bekannte Schraub- oder Klemmanschlüsse. Durch die immer kleiner werdenden Bauformen der Sicherheitsrelais und der auf der anderen Seite immer größer werdenden Anforderungen hinsichtlich weiterer Ein- und Ausgänge zum Anschließen weiterer Sicherheitseinrichtungen und/oder elektrischer Einrichtungen, wird eine immer größer werdende Anzahl vorgenannter Kontakte zur externen Verdrahtung gefordert.
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Daher ist es die Aufgabe der Erfindung, ein Sicherheitsrelais zum Schalten einer elektrischen Einrichtung anzugeben, das zum einen den Anforderungen gängiger Sicherheitsnormen entspricht und zum anderen eine verringerte Anzahl von Kontakten zur Ausbildung der nach den Sicherheitsnormen benötigten Sicherheitsfunktionen aufweist.
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Die Lösung der Aufgabe erfolgt erfindungsgemäß durch die Merkmale der unabhängigen Ansprüche. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.
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Eine Lösung der zuvor genannten Aufgabe besteht somit durch ein Sicherheitsrelais zum Schalten einer elektrischen Einrichtung, mit einem Starteingang zum Einschalten des Sicherheitsrelais, wobei das Sicherheitsrelais derart ausgestaltet ist, dass im Falle eines Anlegens einer Masse an den Starteingang das Sicherheitsrelais einschaltet und im Falle eines Entfernens einer an dem Starteingang anliegenden Startspannung das Sicherheitsrelais einschaltet.
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Erfindungsgemäß ist also vorgesehen, dass das Sicherheitsrelais nur einen einzigen Starteingang zum Einschalten des Sicherheitsrelais aufweist, wobei mittels des einzigen gemeinsamen Starteingangs zum einen ein sogenannter nicht überwachter Start – durch Anlegen einer Masse an den Starteingang – und zum anderen ein sogenannter überwachter Start – durch Entfernen einer an dem gleichen Starteingang anliegenden Startspannung – des Sicherheitsrelais erfolgen kann. Die Erfindung ermöglicht somit das Einsparen eines Kontaktes, da im Gegensatz zu den aus dem Stand der Technik bekannten Sicherheitsrelais beide Betriebsmodi des nicht überwachten Starts und des überwachten Starts über einen einzigen erfindungsgemäßen gemeinsamen Starteingang des Sicherheitsrelais verwirklicht werden.
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Die aus dem Stand der Technik bekannten Sicherheitsrelais verfügen oftmals über vorgenannte Nothaltkreise und einen oder mehreren Startkreisen zum Einschalten bzw. „Starten” des Sicherheitsrelais, wobei mit Einschalten bzw. Starten des Sicherheitsrelais vorzugsweise das Einschalten bzw. Starten der durch das Sicherheitsrelais schaltbaren elektrischen Einrichtung zur verstehen ist. Derartige Startkreise benötigen bei den aus dem Stand der Technik bekannten Sicherheitsrelais wenigstens drei externe Kontakte, nämlich wenigstens einen Versorgungsausgang, einen Eingang zum nicht überwachten Start und einen Eingang zum überwachten Start. Das erfindungsgemäße Sicherheitsrelais ermöglicht nunmehr die Einsparung wenigstens einen Eingangs bzw. Kontaktes dadurch, dass mittels eines einzigen gemeinsamen Eingangs zum einen der überwachte Start durch Anlegen einer Masse an den Starteingang auslösbar ist und zum anderen der überwachte Start durch Entfernen einer an dem Starteingang anliegenden Startspannung auslösbar ist, ohne dass weitere Mittel an dem Sicherheitsrelais, wie beispielsweise Schalter, benötigt werden.
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Grundsätzlich kann der Teil des Sicherheitsrelais zum Schalten der elektrischen Einrichtung beliebig ausgestaltet sein, beispielsweise, wie aus dem Stand der Technik bekannt, Spulen, Transistoren und/oder Kontakte zum Schalten der elektrischen Einrichtung aufweisen. Die elektrische Einrichtung kann beispielsweise als eine Maschine und/oder als eine Anlage ausgeführt sein. Im Allgemeinen weisen Sicherheitsrelais zwei Versorgungseingänge auf, beispielsweise für Masse sowie für eine Versorgungsspannung in einem Bereich zwischen 20 V und 250 V. Während die Startspannung grundsätzlich eine beliebige Spannung darstellen kann, ist die Startspannung bevorzugt gleich der Versorgungsspannung des Sicherheitsrelais, so dass sich durch eine derartige Ausgestaltung das erfindungsgemäße Sicherheitsrelais besonders einfach realisieren lässt.
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Weiterhin ist bevorzugt, dass zum einen der Starteingang zum Ausbilden eines sogenannten „automatischen Starts” mit Masse verbunden ist oder zum anderen über einen Tastschalter, beispielsweise ein Reset-Schalter, zum Ausbilden eines sogenannten „manuellen Starts”, wobei vorgenannter automatischer Start und/oder vorgenannter manueller Start aus dem Stand der Technik bzw. aus den relevanten Sicherheitsnormen auch als jeweils nicht überwachter Start bekannt sind.
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Zum weiteren ist bevorzugt, da erfindungsgemäß das Sicherheitsrelais beim Entfernen einer an dem Starteingang anliegenden Startspannung einschaltet, dass die Startspannung über einen Tastschalter, wie einem Reset-Taster, dem Starteingang zuführbar ist und erst beim Loslassen des betätigten Reset-Tasters, also bei einer abfallenden Flanke, das Sicherheitsrelais startet bzw. einschaltet. Dabei können zwischen dem Starteingang und der Startspannung in serieller Schaltung mit vorgenanntem Reset-Taster weitere Schalter vorgesehen sein, welche aus dem Stand der Technik beispielsweise als überwachte Kontakterweiterungen bekannt sind. Ein derartig überwachter Starteingang gemäß der Erfindung erfüllt die in der Norm ISO 13849-1 in Abschnitt 5.2.2 definierten manuellen Rückstellfunktionen.
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Die Erfindung ermöglicht also somit in besonders einfacher Weise die Einsparung eines Kontaktes dadurch, dass die Betriebsmodi überwachter Start und nicht überwachter Start über einen einzigen gemeinsamen Starteingang realisiert werden, wobei die Unterscheidung zwischen dem nicht überwachten Start und überwachten Start gemäß der Erfindung durch eine Überprüfung des Potentialunterschieds am Starteingang erfolgt. Dabei ist gemäß der Erfindung bevorzugt, dass die Auswahl der Startfunktionen, also ob das Einschalten des Sicherheitsrelais durch Anlegen einer Masse oder durch Entfernen einer vorher an dem Starteingang anliegenden Startspannung durch eine externe Verdrahtung und/oder durch einen Schalter, wie einen Reset-Schalter, erfolgt.
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Nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass das Sicherheitsrelais einen Nothaltkreis zum Ausschalten des Sicherheitsrelais aufweist, wobei ein offener Nothaltkreis das Einschalten des Sicherheitsrelais unterbindet. Vorzugsweise ist ein derartiger Nothaltkreis konform zu den einschlägigen Sicherheitsnormen ausgeführt und weist beispielsweise einen Not-Aus- oder einen Not-Halt-Taster auf. Mit anderen Worten ist also gemäß der in Rede stehenden Ausführungsform der Erfindung vorgesehen, dass beispielsweise ein betätigter Not-Halt-Taster, der somit zu einem offenen Nothaltkreis führt, das Einschalten des Sicherheitsrelais unterbindet. Dadurch wird eine verbesserte Sicherheit der zu schützenden Maschine bzw. Anlage erreicht, da das Sicherheitsrelais erst dann die elektrische Einrichtung wieder einschalten kann, wenn ein vorher betätigter Not-Halt-Taster wieder in seiner Ausgangsstellung verbracht ist, somit also der durch den Not-Halt-Taster gebildete Nothaltkreis nicht mehr offen, sondern geschlossen ist. In analoger Weise kann ebenfalls vorgesehen sein, dass ein geschlossener Nothaltkreis das Einschalten des Sicherheitsrelais unterbindet.
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Nach einer anderen bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass das Anliegen der Startspannung an dem Starteingang das Einschalten des Sicherheitsrelais unterbindet. Durch eine derartige Ausgestaltung kann erreicht werden, dass beispielsweise ein geschlossener oder verklemmter Reset-Schalter zwischen dem Starteingang und der Startspannung nicht zu einem Einschalten des Sicherheitsrelais führt, so dass dadurch die Sicherheit der zu schützenden Maschine bzw. Anlage verbessert wird.
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Grundsätzlich kann das Sicherheitsrelais beliebig ausgestaltet sein, um durch Anlegen einer Masse an den Starteingang das Sicherheitsrelais einzuschalten und/oder durch Entfernen der an dem Starteingang anliegenden Startspannung das Sicherheitsrelais einzuschalten. Nach einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist jedoch besonders bevorzugt, dass das Sicherheitsrelais eine erste Zehnerdiode und eine zweite Zehnerdiode aufweist, die Zehnerdioden derart in Reihe geschaltet sind, dass der Starteingang mit der Anode der ersten Zehnerdiode und mit der Kathode der zweiten Zehnerdiode verbunden ist. Durch diese erfindungsgemäße Ausgestaltung wird dem Fachmann eine besonders vorteilhafte Möglichkeit angegeben, das erfindungsgemäße Sicherheitsrelais zum Ausbilden der vorgenannten Betriebsmodi nicht überwachter Start und überwachter Start auszugestalten. Dabei können die Zehnerdioden als beliebige aus dem Stand der Technik bekannte Zehnerdioden ausgeführt sein, sowie alternativ als dem Fachmann bekannte Dioden. Ganz besonders bevorzugt sind jeweils zwei Zehnerdioden in Reihe geschaltet, also derart, dass eine jeweilige Anode einer Zehnerdiode mit der Kathode einer anderen Zehnerdiode verbunden ist, wobei der Starteingang „mittig” zwischen jeweils zwei Zehnerdioden angeordnet ist.
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Nach einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass das Sicherheitsrelais eine Einrichtung zum Ein- bzw. Ausschalten des Sicherheitsrelais aufweist, die Kathode der ersten Zehnerdiode mit der Einrichtung verbunden ist und die Einrichtung derart ausgestaltet ist, dass die Einrichtung bei dem Anlegen der Masse an den Starteingang das Sicherheitsrelais einschaltet. Dabei ist bevorzugt die Einrichtung zum Ein- bzw. Ausschalten des Sicherheitsrelais als eine dem Fachmann aus dem Stand der Technik bekannte Einrichtung zum Ein- bzw. Ausschalten des Sicherheitsrelais ausgeführt, weist also beispielsweise passive und aktive Bauelemente auf. Durch eine derartige Ausgestaltung kann in besonders einfacher Weise erreicht werden, dass ein nicht überwachter Start, insbesondere ein sogenannter automatischer Reset, zum Einschalten des Sicherheitsrelais ausführbar ist.
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Nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung weist das Sicherheitsrelais einen ersten Optokoppler und einen Kondensator auf, wobei die Anode der zweiten Zehnerdiode mit der Anode der Diode des ersten Optokopplers verbunden ist, die Kathode der Diode des ersten Optokopplers über den Kondensator mit Masse verbunden ist und der erste Optokoppler derart mit der Einrichtung verbunden ist, dass die Einrichtung beim Entfernen der an dem Starteingang anliegenden Startspannung das Sicherheitsrelais einschaltet. Durch eine derartige Ausgestaltung kann in besonders einfacher Weise erreicht werden, dass das Entfernen der an dem Starteingang anliegenden Startspannung detektierbar ist, somit also eine fallende Flanke an dem Starteingang detektierbar ist, welche zu einem Einschalten des Sicherheitsrelais führt.
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Weiterhin ist gemäß einer bevorzugten Fortbildung der Erfindung vorgesehen, dass das Sicherheitsrelais einen zweiten Optokoppler aufweist, wobei der zweite Optokoppler beim Anliegen der Startspannung an dem Starteingang das Einschalten des Sicherheitsrelais unterbindet. Mit dieser Ausgestaltung kann vorteilhaft erreicht werden, dass ein Verklemmen eines vorgenannten Reset-Schalters, welcher zum Einschalten des Sicherheitsrelais beispielsweise vorsehbar ist, erkannt wird und somit, um die Sicherheit der Maschine bzw. Anlage nicht zu gefährden, das Einschalten des Sicherheitsrelais unterbunden wird. Dabei kann der erste Optokoppler und/oder der zweite Optokoppler als beliebige aus dem Stand der Technik bekannte Optokoppler ausgebildet sein. Ferner wird der Fachmann zur Ansteuerung des ersten Optokopplers und/oder des zweiten Optokopplers weitere notwendige Bauelemente, wie Widerstände, Dioden und/oder Kondensatoren entsprechend seiner Erfahrung dimensionieren und vorsehen.
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Die Aufgabe der Erfindung wird weiterhin gelöst durch ein Verfahren zum Schalten eines Sicherheitsrelais, wobei das Sicherheitsrelais einen Starteingang zum Einschalten des Sicherheitsrelais aufweist, mit den Schritten: Einschalten des Sicherheitsrelais im Falle eines Anlegens einer Masse an den Starteingang und Einschalten des Sicherheitsrelais im Falle eines Entfernens einer an dem Starteingang anliegenden Startspannung. Durch ein derartiges Verfahren lässt sich in besonders einfacher Weise ein Sicherheitsrelais einschalten, also beispielsweise eine durch das Sicherheitsrelais geschaltete elektrische Einrichtung, wie eine Anlage oder eine Maschine, einschalten, wobei durch einen einzigen gemeinsamen Starteingang zum einen ein nicht überwachter Start und zum anderen ein überwachter Start realisierbar ist.
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Nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform weist das Sicherheitsrelais einen Nothaltkreis zum Ausschalten des Sicherheitsrelais und den Schritt: Unterbinden des Einschaltens des Sicherheitsrelais bei einem offenen Nothaltkreis auf. Weiterhin ist bevorzugt, dass das Verfahren den Schritt: Unterbinden des Einschaltens des Sicherheitsrelais bei Anliegen der Startspannung an dem Starteingang umfasst.
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Weitere Ausgestaltungen und Vorteile des erfindungsgemäßen Verfahrens ergeben sich dem Fachmann in Analogie zu dem vorab ausgeführten erfindungsgemäßen Sicherheitsrelais.
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Nachfolgend wird die Erfindung unter Bezugnahme auf die anliegende Zeichnung anhand bevorzugter Ausführungsformen näher erläutert.
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Es zeigen
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1 ein erfindungsgemäßes Sicherheitsrelais in einer schematischen Ansicht gemäß einer ersten Schaltkonfiguration der Erfindung,
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2 das erfindungsgemäße Sicherheitsrelais in weiteren schematischen Ansicht gemäß einer zweiten Schaltkonfiguration der Erfindung, und
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3 ein Schaltplan des erfindungsgemäßen Sicherheitsrelais.
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Aus 1 und 2 sind jeweils ein Sicherheitsrelais 1 gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung in einer ersten Schaltkonfiguration zum Ausführen eines manuell oder automatisch nicht überwachten Starts in 1 und zum Ausführen eines überwachten manuellen Starts in 2 ersichtlich.
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Das Sicherheitsrelais 1 weist Eingänge A1 und A2 zum Anlegen einer Versorgungsspannung von vorliegend 24 V bzw. Masse auf. Grundsätzlich kann die Versorgungsspannung in einem Bereich von etwa 20 V bis 250 V liegen. Ferner weist das Sicherheitsrelais 1 Schaltkontakte, nicht gezeigt, zum Ein- bzw. Ausschalten einer elektrischen Einrichtung, wie beispielsweise einer Maschine oder einer Anlage, auf.
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Wie weiterhin aus 1 und 2 ersichtlich, ist ein Nothaltkreis 2 vorgesehen, welcher vorliegend zweikanalig ausgeführt ist, also jeweils zwei Schaltkontakte S11, S12 und S21, S22 umfasst, die in einem Not-Halt-Taster 3 zusammengeführt sind. Dabei ist das Sicherheitsrelais 1 derart ausgestaltet, dass ein offener Nothaltkreis 2, also ein betätigter Not-Halt-Taster 3 das Einschalten des Sicherheitsrelais 1 unterbindet.
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Erfindungsgemäß ist nun vorgesehen, dass zum einen, wie aus 1 ersichtlich, beim Anlegen einer Masse S22 an einen Starteingang 4 des Sicherheitsrelais 1, wobei der Starteingang 4 vorliegend als S34 bezeichnet ist, das Sicherheitsrelais 1 einschaltet. Zu diesem Zweck ist ein Start-Taster 5 vorgesehen, der die Eingänge S34 und S22 als Tastschalter miteinander verbindet, wobei S22 auf Masse liegt.
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Zum anderen ist gemäß der Erfindung vorgesehen, dass, wie aus 2 ersichtlich, durch ein Entfernen einer an dem Starteingang 4 anliegenden Startspannung S12 das Sicherheitsrelais 1 einschaltet, wobei S12 mit der Startspannung 24 V versorgt ist. Demnach ist also vorgesehen, dass in konformer Ausführung der in ISO-Norm 13849-1 Abschnitt 5.2.2 die als „manuelle Rückstellfunktion” beschriebene „fallende Flanke” vorliegend durch ein Loslassen des Start-Tasters 5 hervorrufbar ist, was zu einem Einschalten des Sicherheitsrelais 1 führt.
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Die Erfindung erlaubt somit eine Unterscheidung zwischen überwachtem Start und nicht überwachtem Start, also zwischen Detektion der fallenden Flanke bei vorherig angelegter Startspannung S12 an den Starteingang 4 bzw. durch Anlegen von Masse S22 an den Starteingang 4 durch Erkennung des Potentialunterschieds am Starteingang 4 bzw. S34.
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Ein entsprechender den 1 und 2 zugrunde liegender Ersatzschaltplan des erfindungsgemäßen Sicherheitsrelais 1 ist aus 3 ersichtlich. Dabei erfolgt die Auswahl zwischen dem überwachten Start, also durch Feststellung einer fallenden Flanke des Start-Tasters 5, sowie zwischen dem nicht überwachten Start, also durch Anlegen einer Masse S22 an den Starteingang 4, durch zwei erste Zehnerdioden 6 und zwei zweite Zehnerdioden 7, welche in Reihe geschaltet sind. Symmetrisch zwischen den Zehnerdioden 6, 7 ist der Starteingang 4 angeordnet.
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Ferner weist das Sicherheitsrelais 1 eine Einrichtung 8 zum Ein- bzw. Ausschalten des Sicherheitsrelais 1 auf, wobei die Kathode der ersten Zehnerdiode 6 mit der Einrichtung 8 verbunden ist. Bei Anlegen der Masse S22 an den Starteingang 4, also durch Betätigen des Start-Tasters 5 zum Herstellen einer Verbindung zwischen S22 und S34, schaltet die Einrichtung 8 das Sicherheitsrelais 1 ein.
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Zum Erkennen einer fallenden Flanke an dem Start-Taster 5 ist der Schaltungsteil 9 vorgesehen. Der Schaltungsteil 9 umfasst im Wesentlichen einen ersten Optokoppler 10 und einen Kondensator 11. Wird nun an den Starteingang 4 die Startspannung S12 angelegt, lädt sich der Kondensator 11 auf und hält damit den ersten Optokoppler 10. Wird dann der Start-Taster 5 losgelassen, so dass die bislang an dem Starteingang 4 anliegende Startspannung S12 wegfällt, sperrt der erste Optokoppler 10 und der Kondensator 11 entlädt sich über der Diode 12. In der Folge davon schaltet die Einrichtung 8 das Sicherheitsrelais 1 ein.
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Um zu erkennen, ob der Start-Taster 5 verklemmt ist, somit kein ordnungsgemäßes Einschalten des Sicherheitsrelais 1 ausführbar ist, ist Schaltungsteil 13 vorgesehen, welcher im Wesentlichen einen zweiten Optokoppler 14 aufweist. Durch Schaltungsteil 13 kann sichergestellt werden, dass der zweite Optokoppler 14 beim Anlegen der Startspannung an dem Starteingang 4 das Einschalten des Sicherheitsrelais 2 verhindert.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Sicherheitsrelais
- 2
- Nothaltkreis
- 3
- Not-Halt-Taster
- 4
- Starteingang
- 5
- Start-Taster
- 6
- Erste Zehnerdiode
- 7
- Zweite Zehnerdiode
- 8
- Einrichtung
- 9
- Schaltungsteil
- 10
- Erster Optokoppler
- 11
- Kondensator
- 12
- Diode
- 13
- Schaltungsteil
- 14
- Zweiter Optokoppler
- A1
- Eingang
- A2
- Eingang
- S11
- Schaltkontakt
- S12
- Startspannung
- S22
- Schaltkontakt
- S22
- Masse
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Nicht-Patentliteratur
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- DIN ISO 13849-1 [0004]
- Norm ISO 13849-1 in Abschnitt 5.2.2 [0013]
- ISO-Norm 13849-1 Abschnitt 5.2.2 [0033]
