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Gebiet der Erfindung
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Die Erfindung betrifft eine Sicherheitsschaltvorrichtung zum sicheren Abschalten eines mit wenigstens zwei Versorgungsleitungen betriebenen elektrischen Verbrauchers nach dem Oberbegriff des Anspruches 1.
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Stand der Technik
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Aus der dem Oberbegriff des Anspruches 1 zugrunde liegenden
DE 10 2005 014 125 A1 ist eine Sicherheitsschaltvorrichtung bekannt, bei der ein Schaltzustand eines Schaltelements über eine Überwachungseinheit überwacht wird. Das Schaltelement kann ein Wechselrelais sein. Die Vorrichtung benötigt dabei keine zwangsgeführten Relais.
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Bei herkömmlichen Sicherheitsschaltgeräten ist das Schaltelement meist ein zwangsgeführtes Relais, das heißt ein elektromechanisches Schaltelement, das typischerweise mehrere Schließerkontakte und zumindest einen Öffnerkontakt besitzt. Der Öffnerkontakt und die Schließerkontakte sind über eine mechanische Zwangsführung so miteinander gekoppelt, dass der Öffnerkontakt und die Schließerkontakte nicht gleichzeitig geschlossen sein können. Üblicherweise werden die Schließerkontakte im Betrieb des Sicherheitsschaltgeräts von der Auswerte- und Steuereinheit geschlossen und dienen dazu, die Versorgungsleitung zu dem elektrischen Verbraucher zu unterbrechen, wenn dies aufgrund einer Sicherheitsfunktion erforderlich ist. Die Zwangsführung sorgt dafür, dass die Schaltposition der Schließerkontakte überwacht werden kann. Damit kann die Auswerte- und Steuereinheit erkennen, wenn ein Schließerkontakt in seiner geschlossenen Schaltstellung hängen bleibt. Derartige zwangsgeführte Schaltrelais haben jedoch den Nachteil, dass sie deutlich teurer als standardmäßige Umschaltrelais sind und meist hinsichtlich der schaltbaren Ströme beschränkt sind. Eine derartige Lösung ist zum Beispiel aus der
DE 199 54 460 A1 bekannt.
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Die in der
DE 10 2005 014 125 A1 gezeigte Lösung kann zwar auf zwangsgeführte Schaltrelais verzichten, benötigt jedoch je Strompfad wenigstens zwei Schaltelemente, um eine Prüfung der Schaltzustände vorzunehmen. Zudem sind zusätzliche Überwachungselemente wie Watchdogs, UND-Glieder und ein Mikroprozessor zum Betrieb erforderlich.
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Aufgabe der Erfindung
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Ausgehend von diesem Stand der Technik liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, auf günstige Weise eine Sicherheitsschaltung für mit wenigstens zwei Versorgungsleitungen betriebene Verbraucher zu schaffen.
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Diese Aufgabe wird durch eine Sicherheitsschaltvorrichtung mit den Merkmalen des Anspruches 1 gelöst.
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Einem elektrischen Verbraucher sind dabei wenigstens zwei Schaltelemente zugeordnet, deren Schaltzustand von einer Auswerte- und Steuereinheit überwachbar ist. Sind die Schaltelemente in einer ersten Schaltstellung, kann der Verbraucher betrieben werden, wobei auch die Schaltrelais mit Strom versorgt werden und aufgrund der Selbsthaltung im stromführenden Zustand bleiben. Kommt hingegen von einem der Schaltelemente ein Öffnersignal, d. h., stellt die Sicherheitsschaltung als Bedingung fest, dass eine Versorgungsleitung unterbrochen ist, lässt sie einen Betrieb des Verbrauchers erst wieder zu, wenn diese Bedingung aufgelöst wird. Als Schaltrelais werden Schaltrelais ohne Zwangsführung verwendet wie z. B. Standardumschaltrelais, die handelsüblich circa 60 Ampere schalten. Damit kann auch eine entsprechende Sicherheitsschaltung problemlos mit 60 Ampere Schaltstrom aufgebaut werden, während handelsübliche Sicherheitsschaltvorrichtungen meist nur Ströme bis ca. 8 Ampere schalten. Da die Standardrelais deutlich günstiger als zwangsgeführte Relais sind, kann auch die Sicherheitsschaltvorrichtung kostengünstiger aufgebaut werden.
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Die beiden Schaltelemente sind allerdings nur dann in die Schaltstellung zum Einschalten des Verbrauchers überführbar, wenn an der Auswerte- und Steuereinheit in der anderen Schaltstellung der beiden Schaltelemente eine Spannung anliegt. Damit wird die Stromführung der Auswerte- und Steuereinheit zur Abfragebedingung, die ein Einschalten des Verbrauchers erlaubt.
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Dabei wird der Nachteil bewusst in Kauf genommen, dass die erfindungsgemäße Sicherheitsschaltvorrichtung nicht alle Leitungen sicher trennt. Bei einem defekten Schaltelement kann immer noch eine Leitung verbunden sein, das heißt, Leiter 1 oder Leiter 2 sind unterbrochen, während der zweite Leiter immer noch mit dem Verbraucher verbunden sein kann. Der Strom durch den Verbraucher ist jedoch sicher unterbrochen.
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Die Auswerte- und Steuereinheit ist vorzugsweise über Transformatoren oder Netzteile einmal zwischen den Offen-Stellungen der beiden Schaltelemente und einmal über einen zum Verbraucher parallelen Strompfad in Schließstellung der beiden Verbraucher an das Stromnetz angeschlossen. Dadurch kann sie mit geringerer Spannung betrieben und günstig aufgebaut werden. Zudem sind dadurch die Ein- und Not-Ausschalter für geringe Ströme ausgebildet.
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Weitere Vorteile ergeben sich aus den Unteransprüchen und der nachfolgenden Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels.
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Kurzbeschreibung der Figur
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Im Folgenden wird die Erfindung an Hand von zwei Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigen:
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1 eine schematische Darstellung einer Schaltung der Sicherheitsschaltvorrichtung mit einer durch Transformatoren ans Netz angekoppelten Auswerte- und Steuereinheit,
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2 eine zu 1 vergleichbare Schaltung ohne Transformatoren..
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Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele
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Bevor die Erfindung im Detail beschrieben wird, ist darauf hinzuweisen, dass sie nicht auf die jeweiligen Bauteile der Vorrichtung sowie die jeweiligen Verfahrensschritte beschränkt ist, da diese Bauteile und Verfahren variieren können. Die hier verwendeten Begriffe sind lediglich dafür bestimmt, besondere Ausführungsformen zu beschreiben und werden nicht einschränkend verwendet. Wenn zudem in der Beschreibung oder in den Ansprüchen die Einzahl oder unbestimmte Artikel verwendet werden, bezieht sich dies auch auf die Mehrzahl dieser Elemente, solange nicht der Gesamtzusammenhang eindeutig etwas Anderes deutlich macht.
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1 zeigt eine Sicherheitsschaltvorrichtung zum sicheren Abschalten eines Verbrauchers V, wobei der Verbraucher über zwei Versorgungsleitungen 13, 14 betrieben wird. Grundsätzlich können auch mehr Versorgungsleitungen vorgesehen sein, wobei jeder Versorgungsleitung ein Schaltelement zugeordnet ist.
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Dem Verbraucher V zugeordnet sind zunächst wenigstens zwei Schaltelemente 11, 12, die von einer Auswerte- und Steuereinheit 10 ansteuerbar sind. Die Auswerte- und Steuereinheit 10 überprüft über die Öffnersignale der Schaltelemente 11, 12, ob die Schalter offen oder geschlossen sind. Sind die Schaltelemente geschlossen, fließt Strom über die Leitungen 13, 14 zum Verbraucher und über die Relaissteuerung der Auswerte- und Steuereinheit werden die Schaltrelais 15, 16 in Selbsthaltung gebracht. Bei den Relais handelt es sich um Schaltrelais ohne Zwangsführung, das heißt, eine zuverlässige Bestimmung der Schaltstellung der Arbeitskontakte wird nicht zwangsweise sichergestellt. Eine Eigenversorgung als auch die Selbsthaltung der Relais erfolgt über die Auswerte- und Steuereinheit.
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In jeder der beiden Versorgungsleitungen 13, 14 ist genau ein Schaltelement 11, 12 vorgesehen, wobei die beiden Schaltelemente 11, 12 nur dann in die erste Schaltstellung zum Einschalten des Verbrauchers überführbar sind, wenn in der zweiten Schaltstellung der beiden Schaltelemente zum Ausschalten des Verbrauchers eine Spannung an der Auswerte- und Steuereinheit 10 anliegt. Die Auswerte- und Steuereinheit 10 kann also den Schaltzustand der Schaltelemente 11, 12 anhand der bestehenden Versorgungsspannung einer Stromversorgung der Schaltelemente feststellen und bei Vorliegen dieser Bedingung die Schaltrelais 15, 16 zur Betätigung des Verbrauchers schalten. Grundsätzlich können jedoch Teile der Schaltung, wie z. B. die Schaltrelais 15, 16 auch anderweitig versorgt werden, d. h. es wird nur geprüft, ob an den Schaltelementen 11, 12 eine Spannung anliegt, die Stromversorgung der Auswerte- und Steuereinheit 10 oder der Schaltrelais kann jedoch auch anders als in den Figuren gezeigt erfolgen.
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1 zeigt die beiden Schaltelemente 11, 12 in Offenstellung. In dieser Stellung steht die Auswerte- und Steuereinheit 10 grundsätzlich unter Strom, da die Stromversorgung der Auswerte- und Steuereinheit 10 bei nicht mit Strom versorgtem Verbraucher V über einen zwischen den beiden Schaltelementen angeordneten Transformator TR1 oder ein dort angeordnetes Netzteil erfolgt. Bei einer alternativen Ausgestaltung können z. B. Relais, Optokoppler oder dergleichen an dieser Stelle eingesetzt werden, um die weiteren Teile der Schaltung vom Strom durch die Schaltelemente zu entkoppeln und eine eigene Stromversorgung für diese Teile aufzubauen.
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Wird im Ausführungsbeispiel gemäß 1 in diesem Zustand der Einschalter 17 betätigt, werden die Schaltrelais 15, 16 mit Strom versorgt und schalten die Schaltelemente 11, 12 und damit den Verbraucher V. Wechseln die Schaltelemente 11, 12 in diesem Moment in Schließstellung, so steht die Auswerte- und Steuereinheit 10 kurzfristig nicht mehr unter Strom, bis ein Strom über die Zweigleitung 19 fließt. Über diese parallel zum Verbraucher V geschaltete Zweigleitung wird die Auswerte- und Steuereinheit 10 beim Betrieb des Verbrauchers V wieder mit Strom versorgt. Damit jedoch in der Übergangszeit die Schaltrelais 15, 16 nicht abfallen, ist in der Auswerte- und Steuereinheit 10 der Kondensator C1 vorgesehen.
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Die Auswerte- und Steuereinheit 10 kann mit Niederspannung betrieben werden. Dazu ist der bereits erwähnte Transformator TR1 vorgesehen, der die Auswerte- und Steuereinheit 10 in der Offenstellung der Schaltelemente an die Stromversorgung koppelt. In gleicher Weise ist beim Betrieb des Verbrauchers, d. h. bei Schließstellung der Schaltelemente 11, 12 die Ankopplung der Auswerte- und Steuereinheit 10 an die Zweigleitung über einen Transformator TR2 oder über ein Netzteil oder auch über Relais, Optokoppler oder dergleichen möglich. Damit können die Bauteile der Auswerte- und Steuereinheit 10 auf geringere Spannungen ausgelegt werden, wie z. B. auch der Not-Ausschalter 18.
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Die Auswerte- und Steuereinheit 10 ist dazu bestimmt, den Schaltzustand der Schaltelemente 11, 12 festzustellen und bei geschaltetem Strom an beiden Schaltelementen die Schaltrelais 15, 16 ohne Zwangsführung zur Betätigung des Verbrauchers zu schalten. In der Auswerte- und Steuereinheit können, müssen jedoch nicht, ein externer Einschalter 17 und/oder ein externer Ausschalter 18 vorgesehen sein. üblicherweise wird das Ausschaltsignal über ein Bedienelement in Form eines „Notaus-Tasters” als externes Ausschaltsignal ausgelöst, jedoch ist dieses Bedienelement nicht bei allen Anwendungsfällen erforderlich. Ein Trennen der Stromversorgung bewirkt dieselbe Abschaltung wie ein Ausschaltsignal zur Auswerte- und Steuereinheit 10. Ein Trennen der Stromversorgung erfolgt bei den beiden Versorgungsleitungen dadurch, dass wenigstens eines der Schaltelemente 11, 12 in seine Offenstellung gelangt. Im Falle eines Defekts bei einem der beiden Schaltelemente, wird das Wiedereinschalten des Verbrauchers V verhindert. Insofern wird auch üblicherweise das Wiedereinschalten über ein Bedienelement in Form eines „Ein-Tasters” bestätigt, der insofern dann das externe Einschaltsignal gibt. Jedoch ist auch dieses Bedienelement nicht bei allen Anwendungsfällen erforderlich.
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Die Auswerte- und Steuereinheit 10 kann je nach Spannung, Spannungstyp (Wechselstrom/Gleichstrom) und Sicherheitsvorschrift unterschiedlich aufgebaut sein. Die Auswerte- und Steuereinheit hat zunächst die Aufgabe, die Öffnungssignale der beiden Schaltelemente 11, 12 und eventuell andere Einschaltbedingungen wie zum Beispiel eine Betätigung des externen Einschalters 17 zu prüfen, um den Einschaltvorgang freizugeben. Ferner hat die Auswerte- und Steuereinheit 10 die Aufgabe, die beiden Relais 15, 16 gleichzeitig oder zeitversetzt einzuschalten, je nachdem wie dies die Sicherheitsvorschrift verlangt. Eine weitere Aufgabe der Auswerte- und Steuereinheit 10 besteht darin, die beiden Relais 15, 16 bei Bedarf abzuschalten, zum Beispiel wenn ein Abschaltsignal durch den Notaus-Taster als Ausschalter 18 gegeben wird. Je nach Sicherheitsvorschrift und Anwendungsfall wird möglicherweise noch weitere Peripherie benötigt. Sichergestellt wird ohne Zwangsführung der Schaltrelais 15, 16, dass der Stromfluss durch den Verbraucher getrennt wird, jedoch ist nicht sichergestellt, dass alle Leitungen sicher getrennt werden.
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Bei einer Ausgestaltung nach 2 kann auf die Transformatoren verzichtet werden, jedoch ist dann ein zweifacher Umschalter 17' erforderlich. Ansonsten erfolgt die Betätigung und Schaltung analog zum ersten Ausführungsbeispiel, wobei allerdings mit nur einer Sperrdiode gearbeitet werden kann.
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Bezugszeichenliste
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- 10
- Auswerte- und Steuereinheit
- 11, 12
- Schaltelement
- 13, 14
- Leitung
- 15, 16
- Schaltrelais
- 17
- Einschalter
- 17'
- Umschalter
- 18
- Ausschalter
- 19
- Zweigleitung
- V
- Verbraucher
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102005014125 A1 [0002, 0004]
- DE 19954460 A1 [0003]
