DE10241796A1

DE10241796A1 - Arrangement for increasing safety of material processing machine, especially cutting machine, has contactless semiconducting switching elements in series for triggering switching

Info

Publication number: DE10241796A1
Application number: DE10241796A
Authority: DE
Inventors: Christian Willert
Original assignee: PERFECTA SCHNEIDEMASCHINENWERK GmbH
Current assignee: PERFECTA SCHNEIDEMASCHINENWERK GmbH
Priority date: 2001-09-10
Filing date: 2002-09-06
Publication date: 2003-04-03

Abstract

The arrangement has switchable arrangements, especially couplings, valves or magnets, for the drives for a pressure beam, a mechanical overrun lock for the cutting blade and/or a blade carrier. At least two contactless semiconducting switching elements (V1,V2) connected in series are arranged for triggering the switching process.

Description

Die Erfindung betrifft eine Anordnung zur Erhöhung der Sicherheit einer Materialverarbeitungsmaschine, insbesondere einer Schneidemaschine zum Beschneiden von Schneidgut aus papierwerkstoffähnlichen, stapelbaren Materialien, bei der der Antrieb des Pressbalkens, der mechanischen Überlaufsperre für das Schneidmesser und/oder des Messerträgers mit schaltbaren Mitteln, insbesondere mit Kupplungen, Ventilen oder Magneten erfolgt. The invention relates to an arrangement for increasing the Safety of a material processing machine, especially one Cutting machine for cutting material to be cut paper-like, stackable materials where the drive of the press beam, the mechanical overflow stop for the Cutting knife and / or the knife holder with switchable Agents, especially with couplings, valves or magnets he follows.

Bei bekannten Ausführungsformen von Schneidemaschinen wird vor dem Schnitt das Schneidgut mittels eines hydraulisch oder über Federkraft betätigbaren Pressbalkens in seiner Lage auf dem Tisch der Schneidemaschine fixiert. Hierzu wird mit schaltbaren Mitteln die Pressbalkenbewegung ausgelöst. Danach wird mit schaltbaren Mitteln die mechanische Überlaufsperre für den Messerträger deaktiviert. Daran anschließend wird mit weiteren schaltbaren Mitteln der Messerträger und das mit diesem verbundene Schneidmesser in Bewegung versetzt. Nach Schnittende oder Schnittunterbrechung muss der Messerträger mit dem daran befestigten Schneidmesser stillgesetzt werden. Zu diesem Zweck werden die letztgenannten schaltbaren Mittel wieder aus- oder umgeschaltet und somit ein Abbremsen und schließlich Stillsetzen des Schneidmessers erreicht. Hat der Messerträger mit dem Schneidmesser den Tiefstpunkt überwunden, werden auch die schaltbaren Mittel der mechanischen Überlaufsperre aus- oder umgeschaltet, woraufhin diese Sperre wieder ihre Ausgangsposition einnimmt, in welcher der Weg des Messerträgers blockiert ist. Ist der Schnitt zu Ende geführt worden und der Messerträger mit dem Schneidmesser hat wieder seine höchste Stellung erreicht, werden auch die schaltbaren Mittel der Pressungssteuerung wieder aus- oder umgeschaltet und der Pressbalken in seine obere Endlage zurück gefahren. In known embodiments of cutting machines before cut the material to be cut by means of a hydraulic or over Spring-actuated press beam in its position on the Table of the cutting machine fixed. This is done with switchable Averaged the press beam movement. Then with switchable means the mechanical overflow lock for the Knife holder deactivated. This is followed by more switchable means of the knife carrier and with this connected cutting knife set in motion. After the cut or The knife holder has to interrupt the cut with it fixed cutting knife are stopped. To this end the latter switchable means are switched off or on again switched and thus a braking and finally stopping of the cutting knife reached. Has the knife holder with the Cutting knives overcome the low point, the will too switchable means of the mechanical overflow lock off or switched, whereupon this lock again their Starting position, in which the path of the knife holder is blocked is. Has the cut been completed and the Knife holder with the cutting knife has its highest position again achieved, the switchable means of Pressing control switched off or on again and the press bar in its upper end position moved back.

Bei bekannten Ausführungsformen von Schneidemaschinen wird zum Zwecke des Startens und Abbremsens der Messerbewegung eine über Schütze geschaltete Kupplung eingesetzt. Auch für das Schalten der mechanischen Überlaufsperre und der Pressbalkenbewegung werden Schaltschütze eingesetzt. Aus Gründen der elektromagnetischen Verträglichkeit und der Kontaktlebensdauer ist es notwendig, geeignete Schutzbeschaltungen zur Funkenlöschung einzusetzen und zwar sowohl an den Schützen als auch an einer möglicherweise eingesetzten Elektromagnetkupplung, den Ventilen einer hydraulischen Steuerung und an eingesetzten Elektromagneten. In known embodiments of cutting machines Purpose of starting and braking the knife movement one over Contactor switched clutch inserted. Also for switching the mechanical overflow stop and the press beam movement contactors are used. Because of It is electromagnetic compatibility and contact life necessary, suitable protective circuits for spark suppression to be used both on the shooters and on one possibly used electromagnetic clutch, the valves a hydraulic control and used Electromagnet.

Nachteilig an diesen bekannten Ausführungsformen ist zunächst die verhältnismäßig lange Schaltzeit der Schütze. Nachteilig ist weiterhin, dass die erwähnten, notwendigen Schutzbeschaltungen den Stromabbau/Energieabbau in den Spulen sowohl der Schütze als auch der Elektromagnetkupplung und der Ventile stark verzögern und damit der gewünschten, schnellstmöglichen Beendigung der gefahrbergenden Bewegung des Schneidmessers oder des Pressbalkens entgegenstehen. Darüber hinaus wird durch die damit verbundene, vergleichsweise langsame Beendigung der im Schneidzyklus eingeleiteten Bewegungen der eigentliche Schneidvorgang ausgedehnt und wertvolle Zykluszeit verschenkt. The disadvantage of these known embodiments is initially the relatively long switching time of the contactors. adversely is still necessary, that mentioned Protection circuits the current reduction / energy reduction in the coils of both Contactors as well as the electromagnetic clutch and the valves greatly delay and thus the desired, fastest possible End of the dangerous movement of the cutting knife or oppose the press beam. In addition, the related, comparatively slow completion of the im Cutting cycle initiated movements the actual Cutting process extended and valuable cycle time wasted.

Es ist daher Aufgabe der Erfindung, eine Anordnung zur Erhöhung der Sicherheit einer Materialverarbeitungsmaschine, insbesondere einer Schneidemaschine, zu schaffen, mit welcher Gefahren, die durch plötzliches Unterbrechen oder Beenden der im Verarbeitungszyklus beziehungsweise Schneidzyklus eingeleiteten Bewegungen entstehen können, minimiert werden, und damit die Sicherheit beim Betrieb einer derartigen Maschine verbessert wird. Gleichzeitig soll die Effektivität des Verarbeitungsablaufes erhöht werden. It is therefore an object of the invention to provide an arrangement for Increasing the safety of a material processing machine, in particular to create a cutting machine with what dangers caused by sudden interruption or End the processing cycle or cutting cycle initiated movements can be minimized, and thus the security in the operation of such Machine is improved. At the same time, effectiveness should of the processing sequence can be increased.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch eine Anordnung entsprechend dem Oberbegriff des ersten Patentanspruches dadurch gelöst, dass zur Auslösung des Schaltvorganges wenigstens zwei kontaktlose, in Reihe geschaltete, Halbleiterschaltelemente angeordnet sind. According to the invention, the object is achieved by an arrangement thereby according to the preamble of the first claim solved that to trigger the switching process at least two contactless, series connected, semiconductor switching elements are arranged.

Dadurch, dass an Stelle der bisherigen kontaktbehafteten Schaltelemente kontaktlose elektronische Halbleiterschaltelemente eingesetzt werden, wird durch Ausnutzung ihrer physikalischen Eigenschaften eine erhebliche Beschleunigung des Schaltvorgangs und des Energieabbaus in den Spulen und damit der Beendigung der im Schneidzyklus eingeleiteten Bewegungen erreicht. The fact that instead of the previous contact Contactless electronic switching elements Semiconductor switching elements are used by exploiting their physical properties a significant acceleration of the Switching process and energy dissipation in the coils and thus the End of the movements initiated in the cutting cycle reached.

Durch Einsatz dieser Halbleiterschaltelemente kann auf die Verwendung kontaktbehafteter Schaltelemente für das Abschalten der Kupplung, der Ventile und/oder der Elektromagnete verzichtet werden. Weiterhin ist mit der erfindungsgemäßen Beschaltung einer Elektromagnetkupplung, der Elektromagneten und/oder der Ventile eine Spannungsbegrenzung der im Abschaltmoment induzierten Spannung erst bei sehr viel höheren Spannungen als beim Schalten mit kontaktbehafteten Schaltelementen üblich, erforderlich, wodurch der Abbau der in den Spulen gespeicherten Energie aufgrund der Stetigkeit des Stromflusses in Induktivitäten sehr viel schneller erfolgt. By using these semiconductor switching elements, the Use of switching elements with contacts for switching off the Coupling, the valves and / or the electromagnet are dispensed with become. Furthermore, the circuitry according to the invention an electromagnetic clutch, the electromagnet and / or the Valves limit the voltage at the moment of shutdown induced voltage only at much higher voltages than with Switching with contact-type switching elements is common, required, causing the degradation of those stored in the coils Energy due to the steady flow of electricity in Inductors are done much faster.

Nach einer vorteilhaften Ausführungsform sind die kontaktlosen Halbleiterschaltelemente innerhalb einer redundanten, einfehlersicheren Schaltung angeordnet. According to an advantageous embodiment, the contactless Semiconductor switching elements within a redundant, a fail-safe circuit arranged.

Des weiteren sind parallel zu den Halbleiterschaltelementen elektrische, passive Bauelemente, insbesondere zueinander in Reihe geschaltete Widerstände, die in Wirkverbindung mit einem Prozessor stehen, angeordnet. Furthermore, they are parallel to the semiconductor switching elements electrical, passive components, in particular to each other Series connected resistors that are operatively connected to a Processor stand, arranged.

Durch die Verschaltung weiterer elektronischer Bauelemente, insbesondere durch parallel zu den Halbleiterschaltelementen angeordneten Widerständen, die in Reihe geschaltet sind, wird ein sicherer Betrieb der Halbleiterschaltelemente gewährleistet. Die Schaltzustände der Halbleiterschaltelemente können in Betrieb ermittelt, überwacht und ausgewertet werden. By connecting further electronic components, in particular by parallel to the semiconductor switching elements arranged resistors, which are connected in series safe operation of the semiconductor switching elements guaranteed. The switching states of the semiconductor switching elements can be in Operation determined, monitored and evaluated.

Nach einer anderen vorzugsweisen Ausbildung der erfindungsgemäßen Anordnung sind weitere elektronische Bauelemente vorgesehen, die im Falle des Versagens bzw. der Zerstörung der Halbleiterschaltelemente oder bei entsprechender Ansteuerung den Stromfluss durch die Elektromagnetkupplung, die Ventile und/oder die Elektromagnete unterbrechen und die Schneidemaschine damit in sicheren Zustand versetzen. After another preferred training of Arrangement according to the invention are further electronic components provided that in the event of failure or destruction of the Semiconductor switching elements or with appropriate control Current flow through the electromagnetic clutch, the valves and / or interrupt the electromagnets and the Use it to put the cutting machine in a safe condition.

Erfindungsgemäß vorgesehen ist des weiteren, dass zur Sicherung gegen die möglichen Auswirkungen hochenergetischer elektrischer Entladungen, z. B. bei Blitzschlag in naher Umgebung, in Reihe mit den schnellschaltenden Halbleiterschaltelementen ein Schütz geschaltet wird, das im normalen Betriebsfall stets stromlos abschaltet, da es trotz zeitgleichen Abschaltens wie die Halbleiterschaltelemente auf Grund des erforderlichen Energieabbaus in dessen Spule erst nach diesen abfällt. Ein eventuelles ungewolltes Einschalten der schaltbaren Mittel wird durch dieses Schütz verhindert, da es durch einen kurzen elektrischen Impuls nicht zum dauerhaften Anziehen gebracht werden kann und somit das ungewollte Ingangkommen einer Bewegung verhindert wird. It is further provided according to the invention that for securing against the possible effects of high-energy electrical Discharges, e.g. B. with lightning in close proximity, in series a contactor with the fast switching semiconductor switching elements is switched, which is normally de-energized in normal operation switches off because despite being switched off at the same time as the Semiconductor switching elements due to the required energy dissipation in its coil only drops after this. A possible one this prevents the switchable means from being switched on unintentionally Contactor prevented because of a short electrical impulse cannot be permanently tightened and thus the unwanted entry of a movement is prevented.

Von Vorteil ist des weiteren, wenn der Prozessor als Ein-Chip- Mikrorechner ausgebildet ist. Er übernimmt die Überwachung und Steuerung der Signale. It is also advantageous if the processor as a one-chip Microcomputer is trained. He takes over the surveillance and Control of the signals.

Eine Zykluszeitverkürzung wird dabei zum einen durch den Entfall der Schaltzeiten der in bekannten Ausführungen von Schneidemaschinen den geschalteten Elementen vorgelagerten Schaltschütze für die Stillsetzung des Schneidmessers, die Steuerung der Pressbalkenbewegung und der mechanischen fiberlaufsperre und zum anderen durch den schnelleren Energieabbau in den Spulen der geschalteten Elemente erreicht, womit ein Beitrag zur Effektivitätserhöhung geleistet wird. A shortening of the cycle time is on the one hand by the Elimination of the switching times of the known versions of Cutting machines upstream of the switched elements Contactors for stopping the cutting knife, the control the beam movement and the mechanical fiber lock and secondly, due to the faster energy dissipation in the coils of the switched elements, which contributes to Increased effectiveness is achieved.

Die Erfindung soll nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispieles einer erfindungsgemäßen Anordnung näher erläutert werden. Die zugehörige Zeichnung zeigt die Schaltungsanordnung zur Erhöhung der Sicherheit von Schneidemaschinen in prinzipieller Ausführung. The invention is based on a Embodiment of an arrangement according to the invention will be explained in more detail. The associated drawing shows the circuit arrangement for Increasing the safety of cutting machines in principle Execution.

Das Schalten der schaltbaren Mittel für den Antrieb des Pressbalkens, der mechanischen Überlaufsperre für das Schneidmesser und/oder des mit dem Schneidmesser verbundenen Messerträgers kann jeweils nach dem gleichen Schaltprinzip der dargestellten Schaltung erfolgen. Als schaltbares Mittel ist im Ausführungsbeispiel eine Elektromagnetkupplung L1 eingesetzt. Anstelle dieser Elektromagnetkupplung L1 kann jedes beliebige schaltbare Element, wie beispielsweise ein Ventil oder ein Elektromagnet geschaltet werden. Switching the switchable means for driving the Press bar, the mechanical overflow lock for the cutting knife and / or the knife carrier connected to the cutting knife can each according to the same switching principle shown Circuit. As a switchable means in Embodiment used an electromagnetic clutch L1. Instead of This electromagnetic clutch L1 can be any switchable Element such as a valve or an electromagnet be switched.

Von einer in der Zeichnung nicht dargestellten Sicherheitssteuerung werden zwei sichere, voneinander unabhängige Schaltsignale S1, S2 für das Schalten der Elektromagnetkupplung L1 bereitgestellt. Diese Signale S1, S2 steuern jeweils ein Halbleiterschaltelement V1, V2 direkt an und werden außerdem einem ebenfalls nicht näher dargestellten Ein-Chip-Mikrorechner M zur Verfügung gestellt. From one not shown in the drawing Safety controls become two safe, independent from each other Switching signals S1, S2 for switching the electromagnetic clutch L1 provided. These signals S1, S2 each control one Semiconductor switching element V1, V2 directly and are also one also not shown one-chip microcomputer M for Provided.

Dieser Ein-Chip-Mikrorechner M überwacht die beiden Schaltsignale S1, S2 und steuert für den Fall, dass die beiden, unabhängigen Schaltsignale S1, S2 übereinstimmend "EIN"-Pegel führen das Schütz K1 an und ermöglicht so den Stromfluss durch die Elektromagnetkupplung L1. This one-chip microcomputer M monitors the two Switching signals S1, S2 and controls in the event that the two, lead independent switching signals S1, S2 "ON" level the contactor K1 and thus enables the current to flow through the Electromagnetic clutch L1.

Mit dem Umschalten der beiden Steuersignale S1, S2 auf "AUS"- Pegel werden die beiden Halbleiterschaltelemente V1 und V2 direkt und verzögerungsfrei ausgeschaltet. Der beim Abschalten in der Elektromagnetkupplung L1 aufgrund der induzierten Spannung weiterfließende Strom kann nun über die wegen der Umkehrung der Spannungspolarität über der Elektromagnetkupplung L1 nicht mehr sperrende Diode V6 und den Varistor R1 fließen, wobei der Varistor R1 erst bei einer Spannung weit über der normalen Betriebsspannung UB durchlässig wird. Damit wird ein wesentlich schnellerer Energieabbau in der Elektromagnetkupplung L1 als nur mit einer Freilaufdiode erreicht, die Ankerscheibe der Elektromagnetkupplung L1 kann durch die Kraft der Rückstellfedern wesentlich schneller an die Bremsscheibe angelegt werden. Parallel dazu wird auch das Schütz K1 durch den Ein-Chip- Mikrorechner M abgeschaltet. Da dieses Schütz K1 aber wesentlich langsamer schaltet als die Halbleiterschaltelemente V1, V2, schaltet es nur noch stromlos. Der Schaltzeitpunkt des Schützes K1 ist für das Stillsetzen des Schneidmessers bedeutungslos, da das Abschalten der Kupplung bereits durch die Halbleiterschaltelemente V1, V2 vorgenommen wurde. By switching the two control signals S1, S2 to "OFF" - The two semiconductor switching elements V1 and V2 become levels switched off directly and without delay. The one when switching off in the electromagnetic clutch L1 due to the induced voltage Continuing current can now flow over due to the reversal of the Voltage polarity no longer across the electromagnetic clutch L1 blocking diode V6 and the varistor R1 flow, the Varistor R1 only at a voltage far above normal Operating voltage UB becomes permeable. It becomes essential faster energy dissipation in the electromagnetic clutch L1 than only achieved with a freewheeling diode, the armature plate of the Electromagnetic clutch L1 can by the force of the Return springs are applied to the brake disc much faster. At the same time, contactor K1 is also Microcomputer M switched off. Since this contactor K1 switches much slower than the semiconductor switching elements V1, V2, it only switches off. The switching time of the Contactor K1 is for stopping the cutting knife meaningless since the clutch is already switched off by the Semiconductor switching elements V1, V2 was made.

Das Halbleiterschaltelement V3 ermöglicht dem Ein-Chip- Mikrorechner M, nach Feststellung eines Fehlers gezielt einen Kurzschluss zwischen den Betriebsspannung und Masse zu erzeugen, der die Sicherung F1 zerstört, eine weitere Spannungsversorgung der Elektromagnetkupplung L1 ausschließt und somit die Schneidemaschine in einen sicheren Zustand versetzt. Diese Möglichkeit ist lediglich während der eingeschalteten Elektromagnetkupplung L1 erforderlich. Die Halbleiterschaltelemente V1 und V2 sowie das Schütz K1 sind dabei im "EIN"-Zustand. Nach Fehlerfeststellung ist das Einschalten infolge der angeordneten, eigensicheren Sicherheitssteuerung nicht mehr möglich. The semiconductor switching element V3 enables the one-chip Microcomputer M, after finding an error, a targeted one Short circuit between the operating voltage and ground too generate, which destroys fuse F1, another Excludes power supply of the electromagnetic clutch L1 and thus the Cutting machine in a safe state. This Possibility is only during the on Electromagnetic clutch L1 required. The semiconductor switching elements V1 and V2 and contactor K1 are in the "ON" state. To Error detection is the switching on as a result of arranged, intrinsically safe safety control is no longer possible.

Die Feststellung eines solchen Fehlers, der die gezielte Zerstörung der Sicherung F1 erforderlich machen könnte, ist über die Widerstandskette R2 bis R6 möglich, da die Spannungen über den Widerständen R2 bis R6 die Schaltzustände der überwachten Halbleiterschaltelemente V1, V2 widerspiegeln. Finding such a mistake that is targeted Destruction of fuse F1 could require over the resistor chain R2 to R6 possible because the voltages above the switching states of the monitored resistors R2 to R6 Reflect semiconductor switching elements V1, V2.

Die Dioden V4 und V5 dienen der Entkoppelung der Halbleiterschaltelemente V1 und V2 vom Ein-Chip-Mikrorechner M und verhindern damit ungewollte Rückwirkungen dieser Halbleiterschaltelemente V1 und V2 auf den Ein-Chip-Mikrorechner M. Bezugszeichenliste F1 Sicherung
K1 Schütz
L1 Elektromagnetkupplung
M Ein-Chip-Mikrorechner
R1 Varistor
R2 bis R6 Widerstände
S1 Signal der Sicherheitssteuerung Kanal 1
S2 Signal der Sicherheitssteuerung Kanal 2
UB Betriebsspannung
V1 Halbleiterschaltelement
V2 Halbleiterschaltelement
V3 Halbleiterschaltelement
V4 Diode
V5 Diode
V6 Diode
The diodes V4 and V5 are used to decouple the semiconductor switching elements V1 and V2 from the one-chip microcomputer M and thus prevent unwanted effects of these semiconductor switching elements V1 and V2 on the one-chip microcomputer M. List of reference symbols F1 fuse
K1 contactor
L1 electromagnetic clutch
M one-chip microcomputer
R1 varistor
R2 to R6 resistors
S1 Signal of the safety control channel 1
S2 Signal of the safety control channel 2
UB operating voltage
V1 semiconductor switching element
V2 semiconductor switching element
V3 semiconductor switching element
V4 diode
V5 diode
V6 diode

Claims

1. Arrangement for increasing the safety of a material processing machine, in particular a cutting machine for cutting material to be cut from paper material-like, stackable materials, in which the drive of the press beam, the mechanical overflow lock for the cutting knife and / or the knife carrier with switchable means, in particular with couplings, valves or magnets, characterized in that at least two contactless, series-connected semiconductor switching elements (V1, V2) are arranged to trigger the switching process.

2. Arrangement according to claim 1, characterized in that the contactless semiconductor switching elements (V1, V2) within a redundant, fail-safe circuit are.

3. Arrangement according to claim 1 and 2, characterized in that parallel to the semiconductor switching elements (V1, V2) electrical, passive components, in particular to each other resistors connected in series (R2 to R6), which in Operational connection with a processor (M) are arranged.

4. Arrangement according to claim 1 to 3, characterized in that further electrical and / or electronic components (F1, V3) are arranged such that in the case of Failure of the semiconductor switching elements (V1, V2) or after appropriate control of the current flow through the Electromagnetic clutch (L1), the valves and / or the Interrupt electromagnets.

5. Arrangement according to claim 1 to 4, characterized in that in series with the semiconductor switching elements (V1, V2) Contactor (K1) is switched.

6. Arrangement according to claim 1 to 5, characterized in that the processor as a one-chip microcomputer (M) is trained.