DE2208816C3 - Sicherheitsschaltung zum Einschalten eines Hubes einer kraftbetriebenen Arbeitsmaschine - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Sicherheitsschaltung zum Einschalten eines Hubes einer kraftbetriebenen Arbeitsmaschine nach dem Oberbegriff des Anspruches 1. Eine solche Schaltung ist bekannt durch die FR-PS 14 51 472.

Die Richtlinien 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 Greif geschwindigkeit von etwa 1,6 m/s nach dem Loslassen eines oder beider Taster erst dann bis zur Gefahrenstelle der Presse gelangen können, wenn diese zum Stillstand gekommen ist oder wenn diese ihre 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 5213 beschrieben.

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 see betitigt werden. Es ist ferner zu fordern, daß das Versagen eines Bauteiles der Steuerschaltung nicht zu einem Durchoder Weiterlauf der Presse führt und daß nach dem Ausfahll irgendeines Bauelementes keine weitere Schließbewegung ausgelöst werden kann. Diese Forderung muß .Mr jedes Bauteil der Steuerschaltung erfüllt sein. Auf diese Weise wird jeder Fehler sofort bemerkt, bevor es zu einem gefährlichen Unfall kommen kann.

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 Oberschreiten des maximal zulässigen Zeitabstendes 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.

Es sind daher bereits Sicherheitsschaltungen bekanntgeworden, bei denen der zulässige Zeitabstand zwischen den beiden Betätigungen berücksichtigt wird. Bei der bekannten Schaltung nach der FR-PS 14 51 472 besteht jedoch der Nachteil, daß im Falle der Unterbrechfing des parallel zum Kondensator geschalteten Kreises mit dem Widerstand das Relais praktisch weit über die Sollzeit hinaus eingeschaltet bleibt, wodurch ein beträchtliches Sicherheitsrisiko vorliegt Auch bei einer anderen bekannten Sicherheitsschaltung nach der US-PS 29 62 633 besteht ein Sicherheitsrisiko darin, daß die Schaltung versagt, wenn bestimmte Schaltkontakte des Relais beispielsweise durch Verschmoren versagen. In einem derartigen Fall würde die Antriebsvorrichtung auch nach Ablauf der voreingestellten Zeit erregt bleiben, da der Fehler im Relais weder berücksichtigt noch angezeigt wird.

Die Aufgabe 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 Ausfalles irgendeines Bauteiles der Schaltung ebenfalls vermieden ist

Die Lösung dieser Aufgabe wird durch die Merkmale des Kennzeichens des Anspruchs 1 erzielt Die Entladung mit konstantem Strom kann auf einfache Weise durch den inversen Betrieb einer Konsiantstromquelle erzielt werden. Eine solche Anordnung hat den Vorteil, daß bei einem Fehler in der Schaltung der Entladungsstrom entweder größer oder kleiner wird. Wird 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 0,5 see betätigen.

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

Nach einer bevorzugten Ausführungsform liegt die Ansprechschwelle des Verstärkers geringfügig unter dem bei normaler Betriebsweise fließenden Entladestrom. Auf diese Weise wird schon bei einem ίο geringfügigen Unterschreiten des Normalstromes keine Auslösung der Arbeitsmaschine mehr stattfinden können.

Der Entladestrom bei normaler Betriebsweise fließt etwa 0,5 see lang, so daß diese Zeit zur Verfügung steht, um die beiden Handtaster zu betätigen und dadurch den Maschinenbetrieb in Gang zu setzen.

Eine bevorzugte Ausführungsform sieht vor, daß das weitere Relais einen Öffnungskontakt 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.

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

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

Zweckmäßigerweise weist jedes der Maschinenschaltrelais einen Selbsthaltekreis auf, in dem hintereinander je ein Schließkontakt der Handtast-Relais angeordnet ist Bevorzugt ist in jedem Haltekreis außerdem ein Selbsthaltekontakt des anderen Maschinenschaltrelais angeordnet

Eine besonders zweckmäßige Ausführungsform ist so ausgebildet, daß bei unbetätigten Handtast-Relais das eine Maschinenschaltrelais abgefallen, das andere erregt ist, und daß im Selbsthaltekreis des einen Maschinenschaltrelais ein Öffnungskontakt des anderen Relais und im Selbsthaltekreis des anderen Maschinenschaltrelais ein Schließkontakt des einen Relais liegt.

Um im Falle irgendeiner Störung die Aufladung des Kondensators zu vermeiden, ist nach einer weiteren Ausführungsform vorgesehen, daß in den Auiladungskreis des Kondensators außer dem Öffnungskontakt hintereinander zwei Öffnungskontakte der Handtast-Relais und ein Öffnungskontakt des einen sowie ein Schließkontakt des anderen Maschinenschaltrelais eingeschaltet sind.

Die Konstantstromentladungsstufe und der Verstärker sind zweckmäßigerweise durch zwei mit ihren Basen gegeneinandergeschaltete Transistoren gebildet, bi wouei 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

Die Erfindung wird im folgenden beispielsweise anhand der Zeichnung beschrieben; in dieser zeigt

F i g. 1 ein schematisches Blockschaltbild einer bevorzugten Ausführungsform einer Sicherheitsschaltung gemäß <Jer Erfindung,

F i g. 2 ein verschiedene Kondensatorentladungsströme in Abhängigkeit von der Zeit wiedergebendes Diagramm und

Fig.3 eine bevorzugte Schaltung der Konstantstrom-Entladungsstufe und des Verstärkers mit Schwelle.

Nach F i g. 1 weist die 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. Eine Auslösung der im folgenden zu beschreibenden Schaltung soll nur dann möglich sein, wenn die beiden Taster 22, 23 nicht mehr als 0,5 see nacheinander betätigt werden.

Die Speisung der Schaltung erfolgt mit einer Gleichspannung von +24V. Die Spannung ist an die Handtaster 22,23 angelegt, welche vorzugsweise gemäß der deutschen Patentanmeldung P 21 12 5213 ausgebildet sind. Am Ausgang der beiden Handtaster 22, 23 befinden sich also Handtast-Relais A bzw. B mit verschiedenen, im folgenden im einzelnen zu beschreibenden Kontakten a bzw. 6.

Die Spannung wird über einen Widerstand 24 und verschiedene Relaiskontakte an einen Kondensator 12 angelegt, welcher über die Parallelschaltung zweier Schließkontakte a 1, 6 1 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 kleinem Eingangswiderstand verstärkt Im Ausgangskreis des Verstärkers 13 liegt ein weiteres Relais £

Der spannungsführende Pol des Kondensators 12 liegt außerdem über zwei hintereinandergeschaltete Schließkontakte aZ 62 der Relais A, B und zwei Schließkontakte e 1, e2 an zwei Verstärkern 15,16, an deren Ausgang die Maschinenschaltrelais C bzw. D angeschlossen sind.

Die beiden Relais Q D sind antivalent geschaltet, d. h. bei nicht betätigten Handtastern 22, 23 ist das Relais C abgefallen und das Relais D erregt

Die Relais CD weisen außerdem Selbsthaltekreise 17, 18 auf, in denen Schließkontakte a3, 63 bzw. a4, 64 hintereinander angeordnet sind. Außerdem weist der Selbsthaltekreis 17 des Relais C einen Öffnungskontakt d 1 des Relais D sowie einen Schließkontakt c3 des Relais Cauf, während im Selbsthaltekreis 18 des Relais D außerdem noch ein Schließkontakt el des Relais C und ein Öffnungskontakt t/3 des Relais D vorgesehen ist

Hierdurch wird erreicht, daß 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 Umgekehrt gilt für das Relais D, das es nur dann nach einer gleichzeitigen Betätigung der Taster und nach Entladen des Kondensators 12 stromlos bleiben kann, wenn es durch die Betätigung der Taster tatsächlich abgefallen war und zudem das Relais C erregt ist

In dem Aufladungskreis des Kondensators 12 befinden sich hintereinander ein Öffnungskontakt e3 des Relais E, ein Schließkontakt dl des Relais D, ein Öffnungskontakt c 2 des Relais Q ein Öffnungskontakt s 5 des Relais A und ein Öffnungskontakt 65 des Relais B. Eine Aufladung des Kondensators 12 kann also nur erfolgen, wenn alle vorgenannten Kontakte geschlossen sind.

Die Arbeitsweise der erfindungsgetnäßen Schaltung ist wie folgt:
Bei normalem Betrieb und ordnungsgemäß arbeitenden Bauteilen erscheint am Ausgang der Konstantstrom-Entladungsstufe '11 beim Schließen eines oder beider Kontakte a 1, b 1 ein Rechteckstromimpuls 25 gemäß Fig.2. Dieser liegt geringfügig Ober der Ansprechschwelle 14 des nachgeschalteten Verstärkers

is 13. Das Relais E wird also vom Schließen eines der Kontakte a i, b I ab für eine vorbesümmie Zeit von z. B. 0,5 see erregt Dementsprechend werden die Schließkontakte e 1, e2 geschlossen und der Öffnungskontakt e3 geöffnet Eine Wiederaufladang des Kondensators 12 ist in diesem Stadium also unmöglich.

Die Maschinenschaltrelais Q D werden in dem Moment erregt bzw. stromlos, wenn außer den Kontakten e 1 und e2 auch noch die Kontakte a 2, Z) 2 geschlossen sind. Erfolgt die Schließung der Kontakte a 2, b 2 innerhalb der Zeit der Erregung des Relais E, können die Relais C, D erregt bzw. stromlos werden, anderenfalls nicht Auf diese Weise ist die geforderte

Gleichzeitigkeitsbedingung erfüllt Nimmt nun aufgrund irgendeiner Störung der

Entladungsstrom des Kondensators 12 ab, so daß nur ein Stromimpuls 26 gemäß F i g. 2 entstehen kann, wird die Ansprechschwelle 14 nicht überschritten, und eine Auslösung der Maschine kann wegen der öffnung der Kontakte e 1, e 2 nicht erfolgen.

Wird umgekehrt die Entladung des Kondensators 12 aufgrund einer Störung beschleunigt, erscheint gemäß Fi g. 2 z. B. ein kürzerer, aber dafür höherer Stromimpuls 27, welcher das Relais ffür eine wesentlich kürzere Zeit als 0,5 see erregt In diesem FaDe wird also die Gleichzeitigkeitsbedingung verschärft, indem die beiden Handtaster 22, 23 innerhalb einer wesentlich kürzeren Zeit betätigt werden müssen, um zu einer Auflösung der Maschine zu führen. Auch in diesem Falle erfolgt also durch die betreffende Störung eine Verschiebung des

Betriebes zur sicheren Seite hin.

Aufgrund der Anordnung der Kontakte d2, c2, a 5 und 65 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

Durch die Anordnung der Kontakte a 3,63 bzw. a 4, 64 in den Selbsthaltekreisen 17,18 wird ein sofortiges Stillsetzen der Presse beim Loslassen der Handtaster 22, 23 gewährleistet Die Kontakte el, dl in Verbindung mit </3 und c3 gewährleisten, daß das Relais C beispielsweise nur dann angezogen bleibt wenn es bereits erregt war und D abgefallen ist, und dafi umgekehrt D nur dann abgefallen bleibt, wenn diesei

Zustand bereits bestand und Cerregt ist

Die beschriebene Schaltung ist insbesondere danr anwendbar, wenn die zu steuernde Arbeitsmaschine eine formschlüssige Kupplung nut mechanischer Nachschlagssicherung aufweist Die formschlüssige Kupplung kann z.B. das Hochlaufen des Pressenstößels übernehmen, während zur Ansteuerung dann ein erneutes Spiel der Relais Cund D erforderlich ist
Die Schaltung läßt sich jedoch auch bei Pressen mit

kraftschlüssiger Kupplung wie auch bei hydraulischen Pressen anwenden.

Besonders vorteilhaft ist es, daß auch die für die Ansteuerung der Verstärker 15, 16 der Relais C, D benötigte Energie dem Kondensator 12 entnommen wird. Bei einem etwaigen Hängenbleiben des Relais E kann nämlich auf diese Weise keine Ladung mehr in den Kondensator 12 nachfließen. Eine weitere Schließbewegung der Presse läßt sich sonach nicht mehr auslösen.

Bei der in F i g. 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 e 3 dargestellt.

Der spannungsführende Pol des Kondensators 12 ist

über die Kontakte al, b\, welche parallelgeschaltet sind, mit dem Kollektor des Transistors 19 verbunden.

Der Massepol des Kondensators 12 liegt am Emitter des weiteren Transistors 20.

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.

Der Kollektor des Transistors 20 ist an das Relais E angelegt, dessen anderer Pol an der Spannung von + 24 V liegt.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (14)

Patentansprüche:

1. Sicherheitsschaltung zum Einschalten eines Hubes einer kraftbetriebenen Arbeitsmaschine, insbesondere einer Presse, bei der zwei von der Bedienungsperson mit je einer Hand auszulösende Handtast-Relais gleichzeitig betätigt werden müssen, um die Hubbewegung in Gang zusetzen, wobei zur Berücksichtigung des zulässigen Zeitabstands zwischen den beiden Betätigungen ein auf eine vorbestimmte Spannung aufladbarer Kondensator, eine Entladeeinrichtung für den Kondensator und Kontakteinrichtungen vorgesehen sind, dadurch gekennzeichnet, daß zwei Schließkontakte (a 1, ό 1) der beiden Handtast-Relais (A, B) parallel zueinander zwischen den Kondensator (12) und eine Konstantstrom-Entladungsstufe (11) geschaltet sind, deren Strom durch einen Verstärker (13) mit Schwelle gemessen wird, in dessen Ausgangskreis ein weiteres Relais (E) mit Schließkontakten (e 1, e 2) für die Auslösung der Maschinenschaltrelais (C D) liegt, daß die Schließkontakte (e 1, e2) des weiteren Relais (E) mit zwei weiteren, hintereinandergeschalteten Schließkontakten (a2,b2) der beiden Handtast-Relais (A, B) in Reihe geschaltet sind und daß das weitere Relais/^ einen Öffnungskontakt (e3) aufweist, der in den Ladekreis des Kondensators (12) eingeschaltet ist

2. Schaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Ansprechschwelle (14) des Verstärkers (t3) geringfügig unter dem bei normaler Betriebsweise fließenden Entladestrom liegt

3. Schaltung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Entladestrom bei normaler Betriebsweise etwa 0,5 see lang fließt.

4. Schaltung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die die Kupplung der Arbeitsmaschine betätigenden Maschinenschaltrelais (C, DJantivalent geschaltet sind.

5. Schaltung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß vor jedes Maschinenschaltrelais (C, D) ein Verstärker (15,16) eingeschaltet ist.

6. Schaltung nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß jedem Maschinenschaltrelais (C, D) ein Schließkontakt (el, e2) des weiteren Relais f£J zugeordnet ist.

7. Schaltung nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Reihenschaltungen je eines Kontaktes (el, e2), eines Verstärkers (15,16) und eines Maschinenschaltrelais (C, D) parallel zueinander zwischen die Spannungsquelle und den einen Pol der Reihenschaltung der Schließkontakte (a 2, b 2) der Handtast-Relais (A, B) geschaltet sind.

8. Schaltung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der andere Pol der Reihenschaltung (a2,b2) am Kondensator (12) liegt

9. Schaltung nach· einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß jedes der Maschinenschaltrelais (C, D) einen Selbsthaltekreis (17, 18) aufweist, in dem hintereinander je ein Schließkontakt (a 3, b 3; a 4, b 4) der Handtast-Relais (A, θ;angeordnet ist.

10. Schaltung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß in jedem Seibsthaitekreis (17, 18) außerdem ein Selbsthaltekontakt (c3, dl; t/3, el) des einen bzw. anderen Maschinenschaltrelais angeordnet ist.

11. Schaltung nach einem der Ansprüche 4 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß bei unbetätigten Handtast-Relais (A, B) das eine Maschinenschaltrelais (C) abgefallen, das andere (D) erregt ist, und daß

im Selbsthaltekreis (17) des einen Maschinenschaltrelais (C) ein Öffnungskontakt (dl) des anderen Relais (D) sowie ein Schließkontakt (c3) des einen Relais (C) und im Selbsthaltekreis (18) des anderen Maschinenschaltrelais (D) ein Schließkontakt (c I)

des einen Relais (Qsowie ein Öffnungskontakt (d3) des anderen Relais (D) liegt

12. Schaltung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß in dem Aufladungskreis des Kondensators (12) außer dem

Öffnungskontakt (e3) hintereinander zwei Öffnungskontakte (aS, bS) der Handtast-Relais (A, B) und ein öffnungskoatakt (c2) des einen Relais (C) sowie ein Schließkontakt (d2) des anderen Maschinenschaltrelais (D) eingeschaltet sind.

13. Schaltung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Konstantstrom-Entladungsstufe (U) und der Verstärker (13) mit Schwelle durch zwei mit ihren Basen gegeneinandergeschalteten Transistoren (19, 20) gebildet sind, wobei der Kondensator (12) an den Kollektor des einen (19) und den Emitter des anderen Transistors (20) angeschlossen ist, das weitere Relais (E) in den Kollektorkreis des anderen Transistors (20) eingeschaltet ist und der Basis-Emitter-Kreis des einen Transistors (19) an einer Konstantspannungsquelle (21) liegt

14. Schaltung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Konsiantspannungsqucüe (21) eine Batterie (28) und eine über einen Widerstand (30) angeschlossene Zenerdiode (29) umfaßt, welche über einen weiteren Widerstand (3!) an den Basis-Emitter-Kreis angelegt ist