DE19954460C2 - Sicherheitsschaltgerät zum Ein- und sicheren Ausschalten eines elektrischen Verbrauchers, insbesondere einer elektrisch angetriebenen Maschine - Google Patents
Sicherheitsschaltgerät zum Ein- und sicheren Ausschalten eines elektrischen Verbrauchers, insbesondere einer elektrisch angetriebenen MaschineInfo
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- H01H47/004—Monitoring or fail-safe circuits using plural redundant serial connected relay operated contacts in controlled circuit
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Sicherheitsschaltgerät
zum Ein- und sicheren Ausschalten eines elektrischen Verbrau
chers, insbesondere einer elektrisch angetriebenen Maschine,
mit einem ersten und einem zweiten elektromechanischen Schalt
element, deren Arbeitskontakte in Reihe zueinander zwischen ei
ner ersten Eingangsklemme und einer Ausgangsklemme des Schalt
gerätes angeordnet sind, und mit einer zweiten Eingangsklemme
für ein Schaltsignal, das auf die Schaltstellung der Arbeits
kontakte der beiden Schaltelemente einwirkt.
Ein derartiges Sicherheitsschaltgerät ist aus der DE 197 36 183 C1
bekannt.
Gattungsgemäße Sicherheitsschaltgeräte werden vor allem im in
dustriellen Bereich verwendet, um elektrisch angetriebene Ma
schinen, wie bspw. eine Presse oder ein Fräswerkzeug, ein- und
sicher auszuschalten. Sie dienen insbesondere in Verbindung
mit einem mechanisch betätigbaren Notaus-Taster dazu, um die
Maschine in einer Notfallsituation schnell und sicher abzu
schalten. Hierzu wird die Stromversorgung der abzuschaltenden
Maschine über die Arbeitskontakte der beiden genannten elektro
mechanischen Schaltelemente geführt. Sobald auch nur eines der
beiden Schaltelemente seine Arbeitskontakte öffnet, wird die
Stromzuführung der Maschine unterbrochen.
Ein bekanntes Problem bei den verwendeten Schaltelementen ist,
daß das Öffnen und Schließen eines unter Spannung stehenden Ar
beitskontaktes eine Funkenbildung zur Folge haben kann. Je nach
Größe des Stromes, der über den Kontakt geführt wird, ist die
Funkenbildung weniger oder stärker ausgeprägt. Bei sehr hohen
Strömen bildet sich zwischen den Arbeitskontakten ein Lichtbo
gen, der aufgrund seiner hohen Temperatur zur Folge haben kann,
daß die Arbeitskontakte miteinander verschweißen. Dies kann da
zu führen, daß die Arbeitskontakte fest aneinander haften blei
ben, so daß sich das Schaltelement nicht mehr öffnen läßt. Mit
zunehmender Stärke des zu schaltenden Stromes sind daher Maß
nahmen zur Lichtbogenlöschung erforderlich. Der Aufwand für
derartige Maßnahmen steigt mit zunehmender Stärke des zu schal
tenden Stromes, so daß Schaltelemente für hohe und sehr hohe
Ströme entsprechend teuer sind.
Bei Sicherheitsschaltgeräten der eingangs genannten Art werden
mindestens zwei Schaltelemente in Reihe verwendet, um ein si
cheres Abschalten der Stromversorgung auch dann zu gewährlei
sten, wenn die Arbeitskontakte eines Schaltelements aufgrund
einer Verschweißung aneinanderhaften bleiben. Bei dem Sicher
heitsschaltgerät gemäß der DE 197 36 183 C1 werden bspw. zwei
Sicherheitsrelais in Reihe als Schaltelemente verwendet.
Bisher werden dabei stets zwei Schaltelemente verwendet, die
bezogen auf dieselbe Lastklasse das gleiche Nenn-Schaltvermögen
besitzen. Das Nenn-Schaltvermögen gibt dabei an, welchen größ
ten Strom ein Schaltelement bei einer bestimmten Spannung und
einem bestimmten Leistungsfaktor cosϕ schalten kann, ohne
Schaden zu nehmen. Die Lastklasse definiert die Eigenschaften
der zu schaltenden Last, bspw. ob es sich um eine rein ohmsche
Last (Lastklasse AC 1) oder um eine eher induktive Last
(Lastklasse AC 3) handelt. Bei Letzterer ist eine Funkenbildung
besonders stark ausgeprägt.
Die Verwendung zweier Schaltelemente mit gleichem Nenn
schaltvermögen besitzt den Nachteil, daß beide Schaltelemente
denselben relativen Belastungen bezogen auf ihre jeweilige Lei
stungsfähigkeit ausgesetzt sind. Dies hat zur Folge, daß beide
Schaltelemente dem gleichen relativen Verschleiß unterliegen
und es birgt somit auch die Gefahr, daß beide Schaltelemente
zeitgleich ausfallen können, bspw. indem bei beiden Schaltele
menten im selben Schaltvorgang die Arbeitskontakte verschwei
ßen.
Des weiteren steigen bei der Verwendung zweier Schaltelemente
mit gleichem Nenn-Schaltvermögen die Kosten stets mit einem
Faktor zwei, wenn zum Schalten von höheren Strömen Schaltele
mente mit höheren Nenn-Schaltvermögen benötigt werden.
Aus der DE 34 32 476 A1 ist ein Schaltgerät bekannt, bei dem
zwei Schaltelemente mit unterschiedlichem Nenn-Schaltvermögen
mit ihren Arbeitskontakten in Reihe zueinander angeordnet sind.
Die beiden Schaltelemente besitzen eine unterschiedliche Funk
tion und arbeiten für sich und unabhängig voneinander.
Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein al
ternatives Sicherheitsschaltgerät anzugeben, das im Hinblick
auf das mögliche Verschweißen von Arbeitskontakten bei hohen
Strömen eine besonders hohe Sicherheit bietet und das dabei
kostengünstig ist.
Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß bei dem eingangs genann
ten Sicherheitsschaltgerät das erste Schaltelement ein geringe
res Nenn-Schaltvermögen aufweist als das zweite Schaltelement.
Das erfindungsgemäße Sicherheitsschaltgerät unterscheidet sich
von den bisher bekannten Sicherheitsschaltgeräten dadurch, daß
die beiden in Reihe zueinander angeordneten Schaltelemente un
terschiedliche Nenn-Schaltvermögen aufweisen. Dies gilt zumin
dest in Bezug auf dieselbe Lastklasse. Diese Maßnahme besitzt
den Vorteil, daß die verwendeten Schaltelemente unterschiedlich
starken relativen Belastungen bezogen auf ihr Nenn-Schaltver
mögen ausgesetzt sind. Hierdurch wird erreicht, daß der Ver
schleiß der beiden Schaltelemente unterschiedlich ist. Des wei
teren sinkt die Wahrscheinlichkeit, daß beide Schaltelemente
zeitgleich ausfallen können. Infolge dessen wird hier eine be
sonders hohe Sicherheitsreserve gegen ein unkontrolliertes und
gefährliches Verschweißen der Arbeitskontakte erreicht.
Darüber hinaus besitzt die Maßnahme den Vorteil, daß die Kosten
für ein Schaltgerät für höhere Ströme nicht mehr überproportio
nal steigen. Infolge dessen ist es möglich, ein Sicherheits
schaltgerät der eingangs genannten Art bereits von sich aus so
zu dimensionieren, daß es zum Schalten von hohen und sehr hohen
Strömen geeignet ist.
Die genannte Aufgabe ist daher vollständig gelöst.
In einer Ausgestaltung der Erfindung weist das Sicherheits
schaltgerät ein Zeitglied auf, welches das Schaltsignal derart
verzögert, daß die Arbeitskontakte des ersten Schaltelements
beim Einschalten des Verbrauchers zeitlich vor den Arbeits
kontakten des zweiten Schaltelements geschlossen werden und daß
die Arbeitskontakte des ersten Schaltelements beim Ausschalten
des Verbrauchers zeitlich nach den Arbeitskontakten des zweiten
Schaltelements geöffnet werden.
Diese Maßnahme besitzt den Vorteil, daß das erste Schaltelement
im normalen Arbeitsbetrieb nicht unter Last geschaltet wird.
Infolge dessen kann sich kein Funken oder Lichtbogen zwischen
seinen Arbeitskontakten bilden, so daß der Verschleiß des er
sten Schaltelements beträchtlich reduziert ist und auch ein
Verschweißen ausgeschlossen ist. Das erste Schaltelement be
sitzt somit trotz seines relativ geringeren Nenn-Schaltver
mögens eine hohe Lebensdauer, während gleichzeitig das Sicher
heitsschaltgerät insgesamt zum Schalten von hohen Strömen
dimensioniert sein kann. Sollte aufgrund eines Verschweißens
der Arbeitskontakte das zweite, stets unter Last geschaltete
Schaltelement versagen, genügt es, daß das bisher "geschonte"
erste Schaltelement einen erfolgreichen Schaltvorgang unter
Last ausführen kann, bei dem seine Arbeitskontakte geöffnet
werden.
Auch in dieser Ausgestaltung der Erfindung besitzen die beiden
Schaltelemente somit unterschiedliche "Lebenserwartungen", wo
bei die "Alltagslast" hier auf dem stärkeren, zweiten Schalte
lement liegt. Ein gleichzeitiger Ausfall der beiden Schaltelemente
ist hierdurch jedoch wiederum praktisch ausgeschlossen.
Darüber hinaus besitzt diese Ausgestaltung den Vorteil, daß das
erste Schaltelement hinsichtlich seines Nenn-Schaltvermögens
unter Umständen sogar niedriger ausgelegt sein kann, als bei
vergleichbaren Schaltgeräten. Grund hierfür ist, daß das er
ste Schaltelement im wesentlichen nur einen erfolgreichen
Schaltvorgang unter Last ausführen können muß. Wenn seine Ar
beitskontakte dabei beschädigt werden, ist dies unerheblich, da
das Sicherheitsschaltgerät wegen des Defektes des zweiten
Schaltelements sowieso ausgetauscht werden muß. Das erste, sehr
kostengünstige Schaltelement fungiert hier somit als eine Art
Sicherung, die beim Ansprechen beschädigt werden kann. Das Si
cherheitsschaltgerät dieser Ausgestaltung ist jedoch gerade zum
Schalten von hohen und sehr hohen Strömen sehr kostengünstig,
da nur ein Schaltelement mit dem erforderlichen sehr hohen
Nenn-Schaltvermögen benötigt wird.
In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung sind zumindest
das erste und das zweite Schaltelement von einem gemeinsamen,
fest geschlossenen Gehäuse umgeben, aus dem die erste Eingangs
klemme und die Ausgangsklemme herausgeführt sind.
Bei dem fest geschlossenen Gehäuse handelt es sich um ein kom
paktes Gehäuse, das die beiden Schaltelemente derart umgibt,
daß der Anwender hierauf keinen Zugriff erhält. Hierdurch wer
den Beschädigungen in dem sicherheitsrelevanten Arbeitskreis
des Sicherheitsschaltgerätes vermieden. Die Zuverlässigkeit und
Sicherheit des Schaltgerätes gegenüber Fehlern bei der Instal
lation und auch gegenüber Manipulationen ist so beträchtlich
erhöht. Der Vorteil der genannten Maßnahme wird besonders deut
lich im Vergleich zu den bisher praktizierten Lösungen, bei de
nen zum Schalten von sehr hohen Strömen zusätzlich zu den bekannten
Sicherheitsschaltgeräten einzeln zu installierende
Schütze verwendet wurden. Demgegenüber stellt die genannte Maß
nahme ein einziges, kompaktes und einfach zu installierendes
Bauteil bereit.
In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung sind das erste
und das zweite Schaltelement auf einem gemeinsamen Bauteilträ
ger angeordnet.
Auch diese Maßnahme besitzt den Vorteil, daß die Sicherheit und
Zuverlässigkeit des Schaltgerätes erhöht ist, da fehlerhafte
Verdrahtungen bereits bei der Herstellung vermieden werden.
Darüber hinaus wird aufgrund dieser Maßnahme auch die Kompakt
heit und modulartige Verwendbarkeit des Sicherheitsschaltgerä
tes verbessert.
In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung weisen das erste
und das zweite Schaltelement jeweils zumindest einen Hilfskon
takt auf, der mit dem jeweiligen Arbeitskontakt mechanisch
zwangsgeführt ist.
Zwangsführung bedeutet, daß die Schaltstellung der Hilfskontak
te unabdingbar mit der Schaltstellung der Arbeitskontakte ver
koppelt ist, so daß die Schaltstellung der Hilfskontakte stets
eine zuverlässige Bestimmung der Schaltstellung der Arbeitskon
takte ermöglicht, ohne in den Arbeitsstromkreis der Schaltele
mente einzugreifen. Erst mit Hilfe einer derartigen Zwangsfüh
rung ist es möglich, eine zuverlässige Aussage über die Schalt
stellung der Arbeitskontakte der beiden Schaltelemente zu ge
winnen. Aufgrund der genannten Maßnahme ist die Sicherheit des
Schaltgerätes nochmals erhöht, da ein sicheres Abschalten der
Stromversorgung anhand der Stellung der Hilfskontakte auf ein
fache Weise überprüft werden kann.
In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist das erste
Schaltelement ein Relais.
Der Begriff "Relais" bezieht sich hierbei der üblichen Fachter
minologie entsprechend auf ein elektromechanisches Schaltele
ment, das zum Schalten von niedrigen bis mittleren Strömen ge
eignet ist. Insbesondere weist ein solches Relais als Arbeits
kontakt nur ein einziges Kontaktpaar auf. Die Maßnahme besitzt
den Vorteil, daß solche Relais als Standard-Bauelemente kosten
günstig erhältlich sind, so daß bei ihrer Verwendung die Kosten
des Sicherheitsschaltgerätes insgesamt reduziert sind. Dies
gilt insbesondere in Kombination mit der bereits beschriebenen
Ausgestaltung, in der das erste Schaltelement in der Art einer
Sicherung verwendet wird.
In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist das zweite
Schaltelement ein Schütz.
Nach der Deutschen Industrienorm DIN 57 660, Teil 103 ist ein
Schütz genaugenommen ein Schaltelement mit nur einer Ruhestel
lung, das nicht von Hand betätigt wird und das unter normalen
Bedingungen des Stromkreises einschließlich betriebsmäßiger
Überlast Ströme einschalten, führen und ausschalten kann. Prak
tisch unterscheiden sich Schütze von einfachen Relais vor allem
dadurch, daß der Strompfad im Arbeitskreis zumindest über zwei
voneinander getrennte Arbeitskontaktpaare geführt ist, so daß
ein Schütz bereits von sich aus eine Redundanz bezüglich der
Arbeitskontakte aufweist. Ein einfaches Relais besitzt demge
genüber im Arbeitskreis nur ein Kontaktpaar. Hinzu kommen in
das Schütz integrierte Maßnahmen zur Funken- und Lichtbogenlö
schung.
Die Maßnahme besitzt den Vorteil, daß ein Schütz aufgrund sei
ner Bauart eine sehr große Robustheit auch bei hoher Schalthäu
figkeit besitzt. Dementsprechend erhöht sich, insbesondere in
Kombination mit der zuerst genannten Ausgestaltung der Erfin
dung, die Lebensdauer des Sicherheitsschaltgerätes beträcht
lich. Darüber hinaus besitzt die Maßnahme den Vorteil, daß der
Arbeitsstromkreis des Sicherheitsschaltgerätes nur im aktiven
Zustand geschlossen ist, da ein Schütz bei Wegfall des Schalt
signals von selbst in seine geöffnete Ruhestellung zurückfällt.
Infolge dessen ist bei der Verwendung eines Schützes die Si
cherheit des Schaltgerätes nochmals erhöht.
In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist das Sicher
heitsschaltgerät ohne eigene Spannungsversorgung als Kontakt
verstärker zum Anschluß an ein vorhergehendes Schaltgerät aus
gebildet.
Alternativ zu dieser Maßnahme ist es möglich, das Sicherheits
schaltgerät als in sich voll funktionsfähige Einheit auszule
gen. Die genannte Maßnahme besitzt demgegenüber den Vorteil,
daß das Sicherheitsschaltgerät als modulares Zuschaltgerät nur
dort benötigt wird, wo tatsächlich hohe und sehr hohe Ströme
geschaltet werden müssen. Darüber hinaus lassen sich zahlreiche
kundenspezifisch entwickelte Schaltgeräte für niedrige und
mittlere Ströme hierdurch einfach und kostengünstig zum Schal
ten von hohen und sehr hohen Strömen aufrüsten. Hierdurch kann
das erfindungsgemäße Sicherheitsschaltgerät dieser Ausgestal
tung in erheblich größerer Stückzahl gefertigt werden, wodurch
sich die Kosten insgesamt nochmals reduzieren.
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 eine schematische Darstellung eines erfindungs
gemäßen Sicherheitsschaltgerätes als sicherer Kon
taktverstärker und
Fig. 2 die zeitliche Schaltfolge für das erste und das
zweite Schaltelement gemäß einem bevorzugten Ausfüh
rungsbeispiel der Erfindung.
In Fig. 1 ist ein erfindungsgemäßes Sicherheitsschaltgerät als
sicherer Kontaktverstärker in seiner Gesamtheit mit der Bezugs
ziffer 10 bezeichnet.
Das Schaltgerät 10 ist in ein kompaktes, fest geschlossenes Ge
häuse 12 eingebaut, aus dem mehrere Eingangsklemmen und Aus
gangsklemmen herausgeführt sind. Von dem Schaltgerät 10 sind in
Fig. 1 nur die für die Erfindung wesentlichen Bestandteile
schematisch dargestellt. Weitere, an sich bekannte Bestandteile
von gattungsgemäßen Schaltgeräten, wie bspw. Bereitschaftsan
zeigen, sind aus Gründen der Übersichtlichkeit nicht gezeigt.
Das Schaltgerät 10 besitzt ein erstes Schaltelement 14 sowie
ein zweites Schaltelement 16, deren Arbeitskontakte 18 bzw. 20
in Reihe zueinander angeordnet sind. Im vorliegenden Fall be
sitzt jedes der beiden Schaltelemente 14, 16 drei Sätze von Ar
beitskontakten 18 bzw. 20, die jeweils miteinander zwangsge
führt sind. Jedes der beiden Schaltelemente 14, 16 ist daher in
der Lage, drei Phasen einer Stromversorgung 22 zu schalten.
Darüber hinaus besitzt jedes der beiden Schaltelemente 14, 16
einen Hilfskontakt 24, 26, der ebenfalls mit den jeweiligen Ar
beitskontakten 18 bzw. 20 zwangsgeführt ist. Die Hilfskontakte
24, 26 der beiden Schaltelemente 14, 16 sind ebenfalls in Reihe
zueinander verschaltet. Mit Hilfe eines Stromes, der über die
Hilfskontakte 24, 26 geführt wird (nicht dargestellt), ist es
daher möglich, die Schaltstellung der Arbeitskontakte 18, 20
der Schaltelemente 14, 16 zu überprüfen, ohne direkt in den Ar
beitskreis der Schaltelemente 14, 16 einzugreifen.
Die beiden Schaltelemente 14, 16 sind fest auf einem gemeinsa
men Bauteilträger 28 innerhalb des Gehäuses 12 angeordnet. Das
erste Schaltelement 14 ist ein Relais, dessen Arbeitskontakte
18 jeweils nur ein Kontaktpaar aufweisen. Es besitzt bezogen
auf die Lastklasse AC 3 ein Nenn-Schaltvermögen von 8 A. Das
zweite Schaltelement 16 ist ein Schütz, dessen Nenn-Schalt
vermögen bezogen auf die Lastklasse AC 3 16 A beträgt.
Die Arbeitskontakte 18, 20 der beiden Schaltelemente 14, 16
bilden jeweils einen Strompfad, der erste Eingangsklemmen 30
des Schaltgerätes 10 mit Ausgangsklemmen 32 verbindet. An die
Eingangs klemmen 30 werden bei der Installation des Schaltgerä
tes 10 die einzelnen Phasen der Stromversorgung 22 angeschlos
sen. Die Ausgangsklemmen 32 werden demgegenüber mit dem elek
trischen Verbraucher verbunden, der mit Hilfe des Schaltgerätes
10 ein- und ausgeschaltet werden soll. Beispielhaft ist als
elektrischer Verbraucher hier ein Motor 34 dargestellt.
Das Schaltgerät 10 besitzt des weiteren einen Eingangskreis,
der ein Zeitglied 36 aufweist. Das Zeitglied 36 wird über eine
zweite Eingangs klemme 38 sowie eine Ausgangsklemme 40 mit einem
Schaltsignal angesteuert, das in der nachfolgend erläuterten
Weise auf die Schaltstellung der Arbeitskontakte 18, 20 ein
wirkt. Das Zeitglied 36 verzögert dabei die Schaltfolge der Ar
beitskontakte 18, 20 in der in Fig. 2 dargestellten Art.
Ausgehend von der zweiten Eingangsklemme 38 besitzt das Zeit
glied 36 zunächst eine in Durchlaßrichtung angeordnete Diode
42, deren Kathode mit einer Serienschaltung aus einem Wider
stand 44 und einer in Sperrichtung angeordneten Zenerdiode 46
verbunden ist. Die Anode der Zenerdiode 46 ist mit einem Ein
gangsanschluß des Steuerkreises des zweiten Schaltelements 16
verbunden. Parallel zu dem zweiten Schaltelement 16 befindet
sich eine in Sperrichtung angeordnete Diode 48. Der Ausgangsan
schluß des Steuerkreises des zweiten Schaltelements 16 ist mit
dem Kollektor eines Transistors 50 verbunden, dessen Emitter zu
der Ausgangsklemme 40 geführt ist. Die Basis des Transistors 50
ist über einen Widerstand 52 mit der Anode der Zenerdiode 46
bzw. mit dem Eingangsanschluß des Steuerkreises des zweiten
Schaltelements 16 verbunden.
Parallel zu dem Widerstand 44 befindet sich eine Diode 54, de
ren Kathode mit der Kathode der Diode 42 verbunden ist. Die An
ode der Diode 54 führt auf die Kathode der Zenerdiode 46. Des
weiteren ist die Anode der Diode 54 über einen Kondensator 56
mit der Ausgangsklemme 40 verbunden.
Kathodenseitig sind die Dioden 42 und 54 mit dem Eingangsan
schluß des Steuerkreises des ersten Schaltelements 14 verbun
den. Ausgangsseitig ist der Steuerkreis des ersten Schaltele
ments 14 auf die Ausgangsklemme 40 geführt. Parallel zu dem er
sten Schaltelement 14 befindet sich eine in Sperrichtung ge
schaltete Diode 58. Schließlich ist die Eingangsklemme 38 noch
direkt mit der Eingangsseite des Steuerkreises des zweiten
Schaltelements 16 verbunden.
Das Schaltgerät 10 dieses Ausführungsbeispiels dient als Kon
taktverstärker, der über die zweite Eingangsklemme 38 sowie die
Ausgangsklemme 40 an ein hier nicht dargestelltes, vorhergehen
des Schaltgerät angeschlossen werden kann. Dieses Ausführungs
beispiel ist der Einfachheit halber gewählt, da ein Kontaktver
stärker schaltungstechnisch vergleichsweise einfach und über
sichtlich aufgebaut ist. Die Erfindung kann jedoch gleicherma
ßen auch bei einem kompletten Sicherheitsschaltgerät verwendet
werden, an das zum Betrieb nur noch ein Notaus-Taster ange
schlossen werden muß.
Nachfolgend wird die Funktionsweise des Zeitgliedes 36 und da
mit des Schaltgerätes 10 erläutert.
Bei Vorliegen eines positiven Spannungssignals zwischen der
zweiten Eingangsklemme 38 und der Ausgangsklemme 40 wird die
Diode 42 leitend. Infolge dessen fließt ein Strom von der zwei
ten Eingangsklemme 38 über die Diode 42 durch den Steuerkreis
des ersten Schaltelements 14 zur Ausgangsklemme 40. Hierdurch
wird das erste Schaltelement 14 aktiviert, d. h. es werden die
Arbeitskontakte 18 geschlossen. Gleichzeitig wird aufgrund der
Zwangskopplung der Hilfskontakt 24 geöffnet. Des weiteren
fließt der Strom von der zweiten Eingangsklemme 38 auch über
den Widerstand 44 zu dem Kondensator 56, der hierdurch aufgela
den wird. Sobald die Spannung am Kondensator 56 die Durchbruch
spannung der Zenerdiode 46 übersteigt, wird diese leitend, und
infolge dessen fließt ein Basisstrom über den Widerstand 52
durch den Transistor 50. Dies wiederum hat zur Folge, daß der
Transistor 50 leitend wird, so daß nun ein Strom durch den
Steuerkreis des zweiten Schaltelements 16 fließen kann. Infolge
dessen wird auch das zweite Schaltelement 16 aktiviert, d. h.
die Arbeitskontakte 20 werden geschlossen und der Hilfskontakt
26 öffnet sich. In diesem Zustand sind die Strompfade zwischen
den ersten Eingangsklemmen 30 und den Ausgangsklemmen 32 ge
schlossen, so daß der Motor 34 mit Strom versorgt wird.
Für die nachfolgende Beschreibung sei angenommen, daß das Zeit
glied 36 genügend lang an Spannung lag, daß sich der Kondensa
tor 56 aufladen konnte. Wird nun die Spannung zwischen der
zweiten Eingangsklemme 38 und der Ausgangsklemme 40 entfernt,
fällt das zweite Schaltelement 16 in seinen passiven Zustand
zurück. Hierdurch werden gleichzeitig die Arbeitskontakte 20
geöffnet und der Hilfskontakt 26 geschlossen. Infolge dessen
ist die Stromversorgung des Motors 34 abrupt unterbrochen.
Des weiteren wird aufgrund des geladenen Kondensators 56 die
Diode 54 leitend und der Kondensator 56 entlädt sich über den
Steuerkreis des ersten Schaltelements 14. Dieses wird daher
noch für eine gewisse Zeit in seinem aktiven Zustand gehalten,
d. h. die Arbeitskontakte 18 bleiben noch für eine Zeitspanne
geschlossen. Sobald die Spannung an dem Kondensator 56 unter
die Rückfallspannung des ersten Schaltelements 14 sinkt, fallen
auch die Arbeitskontakte 18 ab, so daß spätestens zu diesem
Zeitpunkt die Stromversorgung des Motors 34 unterbrochen wird,
selbst wenn einer oder mehrere Arbeitskontakte 20 des zweiten
Schaltelements 16 aneinander haften bleiben sollten. Des weite
ren ist nun der Strompfad über die beiden Hilfskontakte 24, 26
geschlossen, was aufgrund der Zwangskopplung eine sichere Aus
sage über die Abschaltung des Motors 34 ermöglicht.
Die Dioden 48 und 58, die parallel zu den beiden Schaltelemen
ten 14, 16 angeordnet sind, dienen in an sich bekannter Weise
zur ergänzenden Funkenlöschung.
Das Zeitglied 36 sorgt dafür, daß die Arbeitskontakte 18 des
ersten Schaltelements 14 beim Einschalten der Stromversorgung
des Motors 34 zeitlich stets früher geschlossen werden, als die
Arbeitskontakte 20 des zweiten Schaltelements 16. Umgekehrt
werden die Arbeitskontakte 20 des zweiten Schaltelements 16
beim Ausschalten des Motors 34 stets früher geöffnet als die
Arbeitskontakte 18 des ersten Schaltelements.
Diese Zeitverhältnisse sind in Fig. 2 anhand dreier Zeitdia
gramme dargestellt, in denen US das Schaltsignal zwischen der
zweiten Eingangsklemme 38 und der Ausgangsklemme 40 bezeichnet.
Wie anhand der Darstellung zu erkennen ist, liegt die Anzugs
spannung U1 für die Arbeitskontakte 18 des ersten Schaltele
ments 14 zeitlich um eine Zeitspanne T1 vor der Anzugsspannung
U2 für die Arbeitskontakte 20 des zweiten Schaltelements 16 an.
Umgekehrt fällt die Anzugsspannung U2 für das zweite Schaltele
ment 16 um eine Zeitspanne T2 früher als die Anzugsspannung U1
für das erste Schaltelement 14 ab. Zusätzlich zu den beiden
Zeitspannen T1 und T2 sind in Fig. 2 auch schaltzeitbedingte
Verzögerungen Tv zwischen dem Schaltsignal US und den Anzugs
spannungen U1 und U2 gezeigt.
Es versteht sich, daß der Begriff "Einschalten" im Sinne der
vorliegenden Erfindung einen Spannungsanstieg von einem Betrag
unterhalb der Rückfallspannung der beiden Schaltelemente 14, 16
auf einen Betrag oberhalb der Anzugsspannung der beiden Schal
telemente 14, 16 innerhalb einer Zeit bezeichnet, die klein ge
genüber T1 ist. Umgekehrt bezeichnet der Begriff "Ausschalten"
einen Spannungsrückgang von oberhalb der Haltespannung der
Schaltelemente 14, 16 auf einen Wert unterhalb der Rück
fallspannung der Schaltelemente 14, 16 innerhalb einer Zeit
spanne, die klein gegenüber der Zeit T2 ist. Tatsächlich werden
die Schaltsignale gemäß Fig. 2 keine unendlich steilen An
stiegs- bzw. Abfallflanken besitzen.
In einem weiteren, hier nicht dargestellten Ausführungsbeispiel
der Erfindung ist das Sicherheitsschaltgerät 10 ein voll funk
tionsfähiges Stand-alone-Gerät, das zusätzlich zu den bislang
beschriebenen Komponenten eine eigene Spannungsversorgung be
sitzt. Mit Hilfe der Spannungsversorgung erzeugt das Schaltge
rät dieses Ausführungsbeispiels ein Spannungssignal, mit dessen
Hilfe die Schaltstellung eines passiven Notaus-Tasters über
prüft werden kann. In Abhängigkeit eines daraus gewonnenen
Schaltsignals werden dann über eine dem Zeitglied 36 entspre
chende Schaltung die Arbeitskontakte der beiden Schaltelemente
14, 16 angesteuert.
Claims (8)
1. Sicherheitsschaltgerät zum Ein- und sicheren Ausschalten
eines elektrischen Verbrauchers (34), insbesondere einer
elektrisch angetriebenen Maschine, mit einem ersten (14)
und einem zweiten (16) elektromechanischen Schaltelement,
deren Arbeitskontakte (18, 20) in Reihe zueinander zwi
schen einer ersten Eingangsklemme (30) und einer Ausgangs
klemme (32) des Schaltgerätes (10) angeordnet sind, und
mit einer zweiten Eingangs klemme (38) für ein Schaltsignal
(US), das auf die Schaltstellung der Arbeitskontakte (18,
20) der beiden Schaltelemente (14, 16) einwirkt, dadurch
gekennzeichnet, daß das erste Schaltelement (14) ein ge
ringeres Nenn-Schaltvermögen aufweist als das zweite
Schaltelement (16).
2. Sicherheitsschaltgerät nach Anspruch 1, dadurch gekenn
zeichnet, daß es ein Zeitglied (36) aufweist, welches das
Schaltsignal (US) derart verzögert, daß die Arbeitskontak
te (18) des ersten Schaltelements (14) beim Einschalten
des Verbrauchers (34) zeitlich vor den Arbeitskontakten
(20) des zweiten Schaltelements (16) geschlossen werden
und daß die Arbeitskontakte (18) des ersten Schaltelements
(14) beim Ausschalten des Verbrauchers (34) zeitlich nach
den Arbeitskontakten (20) des zweiten Schaltelements (16)
geöffnet werden.
3. Sicherheitsschaltgerät nach Anspruch 1 oder 2, dadurch ge
kennzeichnet, daß zumindest das erste (14) und das zweite
(16) Schaltelement von einem gemeinsamen, fest geschlosse
nen Gehäuse (12) umgeben sind, aus dem die erste Eingangs
klemme (30) und die Ausgangsklemme (32) herausgeführt
sind.
4. Sicherheitsschaltgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 3,
dadurch gekennzeichnet, daß das erste (14) und das zweite
(16) Schaltelement auf einem gemeinsamen Bauteilträger
(28) angeordnet sind.
5. Sicherheitsschaltgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 4,
dadurch gekennzeichnet, daß das erste (14) und das zweite
(16) Schaltelement jeweils zumindest einen Hilfskontakt
(24, 26) aufweisen, der mit dem jeweiligen Arbeitskontakt
(18, 20) mechanisch zwangsgeführt ist.
6. Sicherheitsschaltgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 5,
dadurch gekennzeichnet, daß das erste Schaltelement (14)
ein Relais ist.
7. Sicherheitsschaltgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 6,
dadurch gekennzeichnet, daß das zweite Schaltelement (16)
ein Schütz ist.
8. Sicherheitsschaltgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 7,
dadurch gekennzeichnet, daß es ohne eigene Spannungs
versorgung als Kontaktverstärker zum Anschluß an ein vor
hergehendes Schaltgerät ausgebildet ist.
Priority Applications (7)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE19954460A DE19954460C2 (de) | 1999-11-12 | 1999-11-12 | Sicherheitsschaltgerät zum Ein- und sicheren Ausschalten eines elektrischen Verbrauchers, insbesondere einer elektrisch angetriebenen Maschine |
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