DE19513191C1 - Schaltungsanordnung mit Sicherheitsfunktion - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung mit Sicherheitsfunktion nach dem Oberbegriff des Haupt­ anspruchs.

Zum Schutz von Personen vor Gefahr bringenden Bewe­ gungen an Anlagen und Maschinen müssen Schutzmaßnah­ men vorgesehen sein. Es gibt verschiedene gesetzliche Bestimmungen, die die Bedingungen für Schaltungsan­ ordnungen mit Sicherheitsfunktion festlegen. Es sind beispielsweise Schaltungsanordnungen für Not-Aus-Ta­ ster bekannt, die einen 2-kanaligen Aufbau aufweisen. Dabei sind üblicherweise ein oder mehrere in Reihe geschaltete Not-Aus-Taster vorgesehen, die jeweils zwei mechanische miteinander verbundene Schalter auf­ weisen, und die Schalter sind jeweils mit einem Si­ cherheitsrelais verbunden, die Bestandteil der Schal­ tungsanordnung mit Sicherheitsfunktion sind. Die Si­ cherheitsrelais liegen über Not-Aus-Taster an einer Gleichspannungsversorgung und schalten ihnen zugeord­ nete Kontakte, die beispielsweise im Notfall, das heißt bei Betätigen eines Not-Aus-Tasters, die Span­ nungsversorgung zu einer Maschine unterbrechen. Dabei liegen die Kontakte der zwei Sicherheitsrelais in Reihe, so daß auch bei Abfallen nur eines Relais auf­ grund eines Fehlers in einem der Kanäle der Strom­ kreis trotzdem unterbrochen wird. Zur Einschaltung, das heißt zum Anziehen der Sicherheitsrelais, ist bei einer derartigen Schaltung ein Einschaltkreis vorge­ sehen, der ein weiteres zwangsgeführtes Relais auf­ weist, das bei Betätigen eines Ein-Tasters anzieht und durch seine Schließerkontakte die beiden Sicher­ heitsrelais erregt, worauf diese durch ihre Selbst­ haltekontakte in Selbsthaltung gehen. Damit eine aus­ reichende Einschaltsicherheit gewährleistet ist, muß das zwangsgeführte Einschaltrelais mit einem Konden­ sator gepuffert werden. Bei dieser Schaltung muß da­ her insgesamt für das Einschalten ein getrenntes Re­ lais vorgesehen werden, das mit dem Kondensator ge­ puffert werden muß, wobei aufgrund der Niederohmig­ keit des Einschaltrelais ein Kondensator mit großer Kapazität gewählt werden muß, wodurch die Schaltung relativ kostenintensiv wird und auch der Raumbedarf groß ist.

Weiterhin ist eine Schaltungsanordnung mit Sicher­ heitsfunktion bekannt, die zwei parallelgeschaltete zwangsgeführte Relais aufweist, die über ihre Selbst­ haltekontakte gehalten werden, wobei die Relais ge­ meinsam von einer elektronischen Ansteuerschaltung eingeschaltet bzw. bei Auftreten eines Fehlers gegen erneutes Wiedereinschalten verriegelt werden. Zur Aufrechterhaltung der Sicherheitsfunktion (Einfehler- Sicherheit) werden an die Ansteuerschaltung besondere Anforderungen gestellt, wie zum Beispiel Fail-Safe Eigenschaften, was mit erhöhtem Bauteilaufwand ver­ bunden ist. Darüber hinaus ist auch hier ein Puffer­ kondensator vorgesehen, der parallel zu den zwangs­ geführten Relais geschaltet ist und der gleichfalls aufgrund der Niederohmigkeit der Sicherheitsrelais eine große Kapazität und damit auch große Abmessungen aufweist.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, mit gerin­ gem schaltungstechnischem Aufwand sowie niedrigem Kostenaufwand eine Sicherheitsschaltung mit möglichst hohem Sicherheitsniveau zu entwickeln.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die kenn­ zeichnenden Merkmale des Hauptanspruchs in Verbindung mit den Merkmalen des Oberbegriffs gelöst.

Dadurch, daß parallel zu den Selbsthaltekontakten der Sicherheitsrelais jeweils ein als Transistor ausge­ bildeter elektronischer Schalter vorgesehen ist, des­ sen Basis abhängig von der in einem Pufferkondensator gespeicherten Energie gesteuert wird, wird durch den redundanten Aufbau der Relaisansteuerung ein hohes Sicherheitsniveau, auch bei Ausfall eines Bauteils, erreicht. Da bei der Bemessung des Kondensators le­ diglich die Basisströme der Schalttransistoren sowie ein Strom über die Ansteuerwiderstände berücksichtigt werden müssen, ist eine erheblich kleinere Bauweise des Kondensators möglich.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Die einzige Figur zeigt eine schaltungsgemäße Ausgestaltung der Schaltungs­ anordnung nach der vorliegenden Erfindung.

Die in der Figur dargestellte Schaltungsanordnung mit Sicherheitsfunktion weist als 2-kanalige Sicherheits­ schaltung einen ersten Relaistromkreis 1, einen zwei­ ten Relaisstromkreis 2 und einen Einschaltstromkreis 3 auf. Dabei sind die Sicherheitsrelais K1, K2 einer­ seits jeweils über einen Not-Aus-Schalter S1 mit zwei mechanisch miteinander verbundenen Schaltelementen an die Spannungsversorgung V angeschlossen und anderer­ seits über einen ihnen jeweils zugeordneten Schlie­ ßerkontakt k1 und k2, die im nichterregten Zustand der Relais K1, K2 offen sind, und Leuchtdioden H1, H2, die die Einschaltung der Sicherheitsrelais K1, K2, das heißt die Betriebsbereitschaft der Schal­ tungsanordnung, anzeigen, mit Masse verbunden. Par­ allel zu den Sicherheitsrelais K1, K2 sind jeweils Freilaufdioden V1, V2 geschaltet.

Der Einschaltstromkreis 3 weist einen normalerweise offenen Schalter S2 auf, der einerseits über den Not- Aus-Schalter S1 an die Spannungsversorgung geschaltet ist, und andererseits über einen Widerstand R1 und zwei Öffnerkontakte k1′, k2′ des Kontaktsatzes je­ weils des Relais K1 und K2, die im Ruhezustand ge­ schlossen sind, mit dem einen Anschluß eines Konden­ sators C1 verbunden, dessen anderer Anschluß an Masse liegt. Parallel zu dem Kondensator C1 ist einerseits ein erster Spannungsteiler R2, R3 und andererseits ein zweiter Spannungsteiler R4 und R5 geschaltet, wobei der Verbindungspunkt zwischen den Widerständen R2, R3 mit der Basis eines ersten Transistors T1 ver­ bunden ist, dessen Kollektor-Emitter Strecke parallel zu dem Selbsthaltekontakt k1 des Kontaktsatzes des Relais K1 und der Leuchtdiode H1 liegt. Der Verbin­ dungspunkt zwischen den Widerständen R4, R5 ist mit der Basis eines zweiten Transistors T2 verbunden, dessen Kollektor-Emitter Strecke parallel zu dem Selbsthaltekontakt k2 des Kontaktsatzes des Sicher­ heitsrelais K2 und der Leuchtdiode H2 liegt.

Die Kontaktsätze der Sicherheitsrelais K1 und K2 wei­ sen weitere Arbeitskontakte k1′′, k2′′ auf, die Be­ standteil von Freigabestromkreisen 4, 5 sind, über die die zu sichernden Maschinen oder dergleichen ge­ steuert werden.

Die Funktionsweise der Schaltung ist wie folgt. Der Ausgangszustand der Schaltungsanordnung ist in der Figur gezeigt und zum Einschalten der Sicher­ heitsschaltung wird bei geschlossenem Not-Aus-Schal­ ter S1 der Schalter S2 des Einschaltstromkreises 3 betätigt, wodurch letzterer geschlossen wird. Über den geschlossenen Not-Aus-Schalter S1, den geschlos­ senen Ein-Schalter S2, den Widerstand R1, den ge­ schlossenen Öffnerkontakten k1′, k2′ des Kontaktsat­ zes der Relais K1, K2 fließt ein Strom zu dem Konden­ sator C1, der schnell aufgeladen wird. Gleichzeitig fließt ein Strom über die Widerstände R2, R4 in die Basis der Transistoren T1, T2 und die Kollektor-Emit­ ter Strecke der Transistoren T1, T2 werden durchge­ schaltet. Dadurch fließen Ströme über den Not-Aus- Schalter S1, die Sicherheitsrelais K1, K2 und die Transistoren T1, T2, wodurch die Relais K1, K2 erregt werden und die Kontakte der Kontaktsätze, die durch die gestrichelten Linien angedeutet sind, werden ge­ schaltet. Dadurch gehen die Relais K1, K2 über ihre Selbsthaltekontakte k1, k2 in Selbsthaltung, die Kon­ takte k1′, k2′ des Einschaltstromkreises 3 werden geöffnet und die Kontakte k1′′, k2′′ der Freigabekreise 4, 5 geschlossen. Der Kondensator C1 entlädt sich über die Widerstände R2, R4 und die Transistoren T1, T2, wodurch letztere sperren. Die Sicherheitsschal­ tung ist nun in ihrem Bereitschaftszustand. Bei Öff­ nen des Not-Aus-Schalters S1 im Notfall werden die Sicherheitsrelais K1, K2 von der Spannungsversorgung getrennt und fallen ab, wodurch wiederum die Kontakte der Kontaktsätze in die in der Figur dargestellten Stellung schalten.

Da die Basisströme der Transistoren T1, T2 nicht sehr groß sind und beispielsweise im Bereich von wenigen Milliampere liegen, kann der Kondensator C1 in seiner Kapazität für den Zweck des sicheren Einschaltens der Sicherheitsrelais K1, K2 relativ klein gewählt wer­ den, wobei selbstverständlich bei der Bemessung des Kondensators C1 die Ströme über die Widerstände R3 und R5 berücksichtigt werden. Die Transistoren T1, T2 des Einschaltstromkreises 3 sind als bipolare Transi­ storen ausgebildet, es können aber auch andere elek­ tronische Schaltelemente gewählt werden.

Claims (2)

1. Schaltungsanordnung mit Sicherheitsfunktion für eine 2-kanalige Sicherheitsschaltung mit mindestens zwei Sicherheitsrelais, die über Schal­ ter an eine Versorgungsspannung geschaltet sind und deren Arbeitskontakte in Reihe in mindestens einem Freigabestromkreis liegen, wobei die Sicher­ heitsrelais nach Erregen durch einen Einschalt­ kreis, der einen Kondensator aufweist, sich über Selbsthaltekontakte selbst halten, dadurch gekenn­ zeichnet, daß parallel zu den Selbsthaltekontakten (k1, k2) der Sicherheitsrelais (K1, K2) die Schaltstrecken von elektronischen Schaltvorrich­ tungen (T1, T2) geschaltet sind, deren Steueran­ schlüsse über Widerstände (R2, R4) von einem Ver­ bindungspunkt zwischen einem Ein-Schalter (S2) und dem Kondensator (C1) des Einschaltkreises (3) ge­ liefert wird.

2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die elektronischen Schaltvor­ richtungen Schalttransistoren (T1, T2) sind, wobei deren Steueranschlüsse und der Kondensator (C1) über jeweils einen Öffnerkontakt (k1′, k2′) der Sicherheitsrelais (K1, K2) und einen Ein-Schalter (S2) mit der Versorgungsspannung verbunden sind.