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Sicherheitsschaltung zum Einschalten einer kraftbetriebenen Arbeitsmaschine
Die Erfindung betrifft eine Sicherheitsschaltung zum inschalten eines Hubes einer
kraftbetriebenen Arbeitsmaschine, insbesondere einer Presse, bei der zwei von der
Bedienungsperson mit je einer 1Iand auszulösende Handtast-Relais gleichzeitig betätigt
werden müssen, um die Hubbewegung in Gang zu setzen.
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Die Hichtlinien der Berufsgenossenschaften fordern zur Sicherheit
für den Arbeiter bei in der Metallbearbeitung verwendeten kraftbetriebenen Pressen
die sogenannte Sicherheits-Zweihand-Schaltung, bei der die Bedienungsperson gezwungen
ist, während der gefährlichen Schließbewegung der Presse die Hände außerhalb der
Gefahrenstelle zu halten, indem zur Auslösung der Schließbewegung zwei Taster gleichzeitig
betätigt werden müssen. Die beiden Taster sind dabei räumlich so angeordnet, daß
die beiden Hände der Bedienungsperson unter Berücksichtigung des Höchstwertes für
die Greifgeschwindigkeit von etwa 1,£ m/s nach dem Loslassen eines oder beider ll'aster
erst dann bis zur Gefahrenstelle der Presse gelangen können,
zum
Stialstantd gekommen ist oder wenn dieseXihre Bewegungsrichtung wieder umgekehrt
hat. Auf diese Weise wird ein Einklemmen der Hände wirksam vermieden. Ein für derartige
Zweihand-Schaltungen besonders geeigneter Taster, der auch bei der Sicherheitsschaltung
gemäß vorliegender Erfindung bevorzugt angewendet wird, ist in der deutschen Patentanmeldung
P 21 12 521.3 beschrieben.
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Wie den neuen Richtlinien für Zweihand-Schaltungen zu entnehmen ist,
müssen diese Schaltungen in Zukunft so beschaffen sein, daß der Steuerbefehl für
die Presse nur dann ausgelöst wird, wenn beide Taster innerhalb eines Zeitintervalls
von maximal 0,5 sec betätigt werden. Es ist ferner zu fordern, daß das Versagen
eines Bauteiles der Steuerschaltung nicht zu einem Durch- oder Weiterlauf der Presse
führt und daß nach dem Ausfall irgendeines Bauelementes keine weitere Schließbewegung
ausgelöst werden kann. Diese Forderung muß für jedes Bauteil der Steuerschaltung
erfüllt sein. Auf diese Weise wird jeder Fehler sofort bemerkt, bevor es zu einem
gefährlichen Unfall kommen kann.
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Es ist also bei Sicherheitsschaltungen der hier in Frage stehenden
Gattung nicht ausreichend, daß nur bei gleichzeitigem Betätigen beider Handtaster
ein Steuerbefehl für die Presse ausgelöst wird. Es ist vielmehr weiter erforderlich,
daß die Schaltung sich auch dann meldet, wenn sich der vorgegebene Zeitraum für
das Auslösen vergrößert. Beim Uberschreiten des maximal zulässigen Zeitabstandes
zwischen den beiden Betätigungen darf sich also eine Schließbewegung der Presse
nicht auslösen lassen. Andererseits muß bei dem gleichzeitigen Betätigen der Handtaster
der Steuerbefehl unverzögert an die Maschine weitergegeben werden.
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Das Ziel der Erfindung besteht somit darin, eine Sicherheitsschaltung
der eingangs genannten Gattung zu schaffen, bei der
die Auslösung
der Maschine nur bei Betätigung der beiden Handtaster innerhalb eines vorgegebenen
Zeitintervalls möglich ist und eine Auslösung im Falle des Ausfalls irgendeines
Bauteiles der Schaltung ebenfalls vermieden ist.
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Zur Lösung dieser Aufgabe sieht die Erfindung vor, daß zwei Schließkontakte
der beiden Handtast-Relais parallel zueinander zwischen einen auf eine vorbestimmte
Spannung aufladbaren Kondensator und eine Konstantstrom~Entladungsstufe geschaltet
sind, deren Strom durch einen Verstärker mit Schwelle gemessen wird, in dessen Ausgangskreis
ein weiteres Relais mit Schließkontakten für die Auslösung der Maschinenschaltrelais
liegt, und daß die Schließkontakte des weiteren Relais mit zwei weiteren, hintereinandergeschalteten
Schließkontakten der beiden Handtast-Relais in Reihe geschaltet sind.
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Der Kern der Erfindung ist also darin zu sehen, daß ein Kondensator
als Energiequelle verwendet und mit konstantem Strom entladen wird. Die Entladung
mit konstantem Strom kann auf einfache Weise durch den inversen Betrieb einer Konstantstromquelle
erzielt werden. Eine solche Anordnullg hat den Vorteil, daß bei einem Fehler in
der Schattung der Entladungsstrom entweder größer oder kleiner wird. \Mird der Strom
geringer, so reicht er nicht mehr aus, um die Ansprechschwelle des Verstärkers zu
übersteigen. Eine Auslösung der Maschine unterbleibt also, Wird dagegen der Entladungsstrom
durch einen Fehler größer, so löst zwar das weitere Relais aus, jedoch ist die Gleichzeitigkeitsbedingung
während des kurzzeitigeren Fließens des Entladungsstromes wesentlich verschärft.
Die Bedienungsperson muß also, um eine Maschinenauslösung bewirken zu können, die
beiden Handtaster innerhalb einer Zeit von wesentlich weniger als 0fi5 sec betätigen.
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Der konstant gehaltene Entladestrom des Kondensators wird bevorzugt
den Eingangsklemmen eines Stromverstärkers mit definiertem Verstärkungsfaktor zugeführt,
dessen Eingangswiderstand sehr klein ist und welcher die besagte Schwelle aufweist.
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Nach einer bevorzugten Ausführungsform liegt die Ansprechschwelle
des Verstärkers geringfügig unter dem bei normaler Betriebsweise fließenden Entladestrom.
Auf diese Weise wird schon bei einigem geringfügigen Unterschreiten des Normalstromes
keine Auslösung der Arbeitsmaschine mehr stattfinden können.
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Der Entladestrom bei normaler Betriebsweise fließt etwa 0,5 sec lang,
so daß diese Zeit zur Verfügung steht, um die beiden Handtaster zu betätigen und
dadurch den Maschinenbetrieb in Gang zu setzen.
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Eine bevorzugte Ausführungsform sieht vor, daß das weitere Relais
einen Offnungskontakt aufweist, der in den Ladekreis des Kondensators eingeschaltet
ist. Auf diese Weise wird auch noch sichergestellt, daß z.B. beim Hängenbleiben
des weiteren Relais der Kondensator nicht mehr wieder aufgeladen werden kann, so
daß weitere Arbeitszyklen der Presse unmöglich gemacht sind.
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Eine praktische Ausführungsform sieht vor, daß die die Kupplung der
Arbeitsmaschine betätigenden Maschinenschaltrelais antivalent geschaltet sind. Vorzugsweise
ist vor jedes Maschinenschaltrelais ein Verstärker eingeschaltet. Jedem Maschinenschaltrelais
ist außerdem vorzugsweise ein Schließkontakt des weiteren Relais zugeordnet.
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Die beiden Reihenschaltungen je eines Kontaktes, eines Verstärkers
und eines Maschinenschaltrelais sind zweckmäßigerweise parallel zueinander zwischen
die Spannungsquelle und den einen Pol der Reihenschaltung der Schließkontakte der
Handtast-Relais geschaltet. Der andere Pol der Reihenschaltung liegt vorzugsweise
am Kondensator. Die Maschinenschaltrelais werden also ebenfalls von der Spannung
am Kondensator beaufschlagt und gespeist.
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Zweckmäßigerweise weist jedes der Maschinenschaltrelais einen Selbsthaltekreis
auf in dem hintereinander je ein Schließ~ kontakt der Handtast-Helais angeordnet
ist. Bevorzugt ist in jedem Haltekreis außerdem ein Selbsthaltekontakt des az deren
Maschinenschaltrelals angeordnet.
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Eine besonders zweckmäßige Ausführungsform ist so ausgebildet, daß
bei unbetätigten Handtast-Relais das eine Maschinena schaltrelais abgefallen, das
andere erregt ist, und daß im Selbsthaltekreis des einen Maschinenschaltrelais ein
Offnungskontakt des anderen Relais und im Selbsthaltekreis des anderen Maschinenschaltrelais
ein Schließkontakt des einen Relais liegt.
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Um im Falle irgendeiner Störung die Aufladung des Kondensators zu
vermeiden, ist nach einer weiteren Ausführungsform vorgesehen, daß in den Aufladungskreis
des Kondensators außer dem Öffnungskontakt hintereinander zwei Öffnungskontakte
der Handtast-Relais und ein Öffnungskontakt des einen sowie ein Schließkontakt des
anderen Maschinenschaltrelais eingeschaltet sind.
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Die Konstantstromentladungsstufe und der Verstärker sind zweckmäßigerweise
durch zwei mit ihren Basen gegeneinandergeschaltete Transistoren gebildet, wobei
der Kondensator an
den Kollektor des einen und den Emitter des anderen
Transistors angeschlossen ist, das weitere Relais in den Kollektorkreis des anderen
Transistors eingeschaltet ist und der Basis-Emitterkreis des einen Transistors an
einer Konstantspannungsquelle liegt.
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Die Erfindung wird im folgenden beispielsweise anhand der Zeichnung
beschrieben; in dieser zeigt: Fig. 1 ein schematisches Blockschaltbild einer bevorzugten
Ausführungsform einer Sicherheitsschaltung gemäß der Erfindung, in Abhängigkeit
von der Zeit Fig. 2 ein verschiedene KWndensatorentladungaströmk wiedergebendes
Diagramm und Fig. 3 eine bevorzugte Schaltung der Konstantstrom-Entladungsstufe
und des Verstärkers mit Schwelle.
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Nach Fig. 1 weist die erfindungsgemäße Schaltung zwei Handtaster 22,
23 auf, die derart am Maschinenrahmen befestigt sind, daß die Bedienungsperson den
Taster 22 nur mit der linken, den Taster 23 nur mit der rechten Hand erreichen kann.
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Eine Auslösung der im folgenden zu beschreibenden Schaltung soll nur
dann möglich sein, wenn die beiden Taster 22, 23-nicht mehr als 0,5 sec nacheinander
betätigt werden.
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Die Speisung der Schaltung erfolgt mit einer Gleichspannung von +
24 V. Die Spannung ist an die Handtaster 22, 23 angelegt, welche vorzugsweise gemäß
der deutschen Patentanmeldung P 21 12 521.3 ausgebildet sind. Am Ausgang der beiden
Handtaster 22, 23 befinden sich also Handtast-Relais A bzw.
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B mit verschiedenen, im folgenden im einzelnen zu beschreibenden Kontakten
a bzw. b.
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Erfindungsgemäß wird die Spannung über einen Widerstand 24 und verschiedene
Relaiskontakte an einen Kondensator 12 angelegt, welcher über die Parallel schaltung
sweier Schließkontakte e1, bl der Handtast-Relais A, B an eine Konstantstrom-Entladungsstufe
11 angelegt ist. Der in der Konstantstrom-Entladungsstufe fließende Strom wird durch
einen Verstärker 13 mit kleiner Eingangswiderstand verstärkt. Im Ausgangßkreis des
Verstärkers 13 liegt ein weiteres Relais E.
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Der spannungsführende Pol des Kondensators 12 liegt außerdem über
zwei hintereinander geschaltete Schließkontakte a2, b2 der Relais A, B und zwei
Schließkontakte e1, e2 an zwei Verstärkern 15, 16, an deren Ausgang die Maschinenschaltrelais
C bzw. D angeschlossen sind.
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Erfindungagemäß sind die beiden Relais C, D antivalent geschaltet,
d. h. bei nicht betätigten Handtastern 22, 23 ist das Relais C abgefallen und das
Relais D erregt.
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Die Relais C, D weisen außerdem Selbsthaltekreise 17, 18 auf, in denen
Schließkontakte a3, b3 bzw. a4, b4 hintereinander angeordnet sind. Außerdem weist
der S Selbsthaltekreis 17 des Relais C einen Öffnungskontakt dl de Relais D sowie
einen Schließkontakt c3 deb Relais C auf, während im Selbsthaltekreis 18 des Relais
D außerdem noch ein Schließkontakt cl des Relais C und ein Öffnungskontakt d3 des
Relais D vorgesehen ist.
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Hierdurch wird erreicht, uaß das Relais C nur dann nach einer gleichzeitigen
Betätigung der Taster und nach Entladen des Kondensators 12 erregt bleiben kann,
wenn es beim Betätigen der Tasten tatsächlich erregt worden ist und zudem das Maschinenrelais
D stromlos ist. Umgekehrt gilt für das Relais D;
das es nur dann
nach einer gleichzeitigen Betatiguag der Taster und nach Entladen des Kondensators
12 stromlos bleiben kann, wenn es durch die Betätigung der Taster tatsächlich abgefallen
war und cydem das Relais C erregt ist.
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In dei Aufladungskreis des Kondensators 12 befinden sich hintereinander
ein Öffnungskontakt e3 des Relais E, ein Schließkontakt d2 des Relais D, ein Offnungskontakt
c2 des Relais C, ein Öffnungskontakt a5 des Relais A und ein Öffnungskontakt b5
des Relais B. Eine Aufladung des Kondensators 12 kann also nur erfolgen, wein alle
vorgenannten Kontakte geschlossen sind.
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Die Arbeitsweise der erfindungsgemäßen Schaltung ist wie folgt: Bei
normalem Betrieb und ordnungsgemäß arbeitenden Bauteilen erscheint am Ausgang der
Konstantstrom-Entladungsstufe 11 beim Schließen eines oder beider Kontakte al, bl
ein Rechteckstromimpuls 25 gemäß Fig. 2. Dieser liegt geringfügig über der Ansprechschwelle
14 des nachgeschalteten Verstärkers 13. Das Relais E wird also vom Schließen eines
der Kontakte al, bt ab für eine vorbestimmte Zeit von z.B. 0,5 sec erregt. Dementsprechend
werden die Schließkontakte el, e2 geschlossen und der Offnungskontakt e3 geöffnet.
Eine Wiederaufladung des Kondensators 12 ist in diesem Stadium also unmöglich.
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Die Maschinenschaltrelais C, D werden in dem Moment erregt bzw.
wenn außer den Kontakten el und e2 auch noch die Kontakte a2, b2 geschlossen sind.
Erfolgt die Schließung der Kontakte a2. b2 innerhalb der Zeit der Erregung des Relais
E, können die Relais C, D erregt bzw.
den, anderenfalls nicht. Auf diese Weise ist die geforderte Gleichzeitigkeitsbedingung
erfüllt.
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Nimmt nun aufgrund irgendeiner Störung der Entladungsstrom des Kondensators
12 ab, so daß nur ein Stromimpuls 26 gemäß Fig. 2 entstehen kann, wird die Ansprechschwelle
14 nicht überschritten, und eine Auslösung der Maschine kann wegen der Öffnung der
Kontakte el, e2 nicht erfolgen.
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Wird umgekehrt die Entladung des Kondensators 12 aufgrund einer Störung
beschleunigt, erscheint gemäß Fig. 2 z.B. ein kürzerer, aber dafür höherer Stromimpuls
27, welcher das Relais E für eine wesentlich kürzere Zeit als 0,5 sec erregt. In
diesem Falle wird also die Gleichzeitigkeitsbedin
gung verschärft,
indem die beiden Handtaster 22, 23 innerhalb einer weaentlichc kürzeren Zeit betätigt
werden müsson, um zu einer Au@lösung der Maschine zu führen. Auch in diesen Palle
erfolgt also durch die betreffende Störung eine Verschiebung des Betriebes zur sicheren
Seite hin.
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Aufgrund der Anordnung der Kontakte d2, a2, a5 und b5 im Aufladungskreis
des Kondensators 12 wird eine Wiederaufladung des Kondensators 12 während des Betätigens
der Handtaster 22, 23 vermieden ebenso wie während der Entregung bzw. Erregung der
Maschinenschaltrelais D, C.
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Durch die Anordnung der Kontakte a3, b3 bzw. a41 b4 in den Selbsthaltekreisen
17, 18 wird ein sofortiges Stillsetzen der Presse beim Loslassen der Handtaster
22, 23 gewährleistet. Die Kontakte cl, dl in Verbindung mit d3 und c3 gewährleisten,
daß das Relais C beispielsweise nur dann angezogen bleibt, wenn es bereits erregt
war und D abgefallen ist, und daß umgekehrt D. nur dann abgefallen bleibt, wenn
dieser Zustand bereits bestand und C erregt ist.
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Die beschriebene Schaltung ist insbesondere dann anwendbar, wenn die
zu steuernde Arbeitsmaschine eine formschlüssige Kupplung
mit mechanischer Nachschlagssicherung aufweist. Die formschlüssige Kupplung kann
z. B. das Hochlaufen des Pressenstößels übernehmen, während zur Ansteuerung dann
ein erneutes Spiel der Relais C und D erforderlich ist.
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Die Schaltung läßt sich jedoch auch bei Pressen mit kraftschlüssiger
Kupplung wie auch bei hydraulischen Pressen anwenden.
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Besonders vorteilhaft ist es, daß auch die für die Ansteue-.ung der
Verstärker 15, 16 der Relais C, D benötigte Energie dem Kondensator 12 entnommen
wird. Bei einem etwaigen Hangenbleiben des Relais E kann nämlich iui diese Weise
keine Ladung
mehr in den Kondensator 12 nachfließen. Eine weitere
Schließbewegung der Presse läßt sich sonach nicht mehr auslösen.
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Bei der in Fig. 3 gezeigten bevorzugten Schaltung der Konstantstrom-Entladungsstufe
und des Verstärkers mit Schwelle sind zwei Transistoren 19, 20 mit ihren Basen gegeneinandergeschaltet.
Im Aufladungskreis des Kondensators 12 ist der Einfachheit halber nur der Schließkontakt
e3 dargestellt.
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Der spannungführende Pol des Kondensators 12 ist über die Kontakte
al, bl, welche parallelgeschaltet sind, mit dem Kollektor des Transistors 19 verbunden.
Der Massepol des Kondensators 12 liegt am Emitter des weiteren Transistors 20.
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Der Basis-Emitterkreis des Transistors 19 ist an eine Konstantspannungsquelle
21 angelegt, welche z.B. aus einer Batterie 28 und einer Zenerdiode 29 mit einer
Spannung von 6,8 V sowie Widerständen 30, 31 besteht.
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Der Kollektor des Transistors 20 ist an das Relais E angelegt, dessen
anderer Pol an der Spannung von + 24 V liegt.