DE9414079U1 - Sicherheitsschaltungsanordnung mit wenigstens einem Not-Aus-Schalter - Google Patents

Sicherheitsschaltungsanordnung mit wenigstens einem Not-Aus-Schalter

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Description

Sicherheitsschaltungsanordnung mit wenigstens einem Not-Aus-Schalter
Die Erfindung bezieht sich auf eine Sicherheitsschaltungsanordnung, die von einer Spannungsquelle gespeist wird und wenigstens einen Not-Aus-Schalter enthält, bei dessen Betätigung ein oder mehrere Verbraucher, die über die Sicherheitsschaltungsanordnung mit einer oder mehreren Betriebsspannungen versorgt werden, spannungslos geschaltet werden.
Durch Not-Aus-Schalter, die z.B. in Steuerstromkreisen für die betriebsmäßige Ein- und Ausschaltung der elektrischen Betriebsspannungen von Maschinen und Fertigungseinrichtungen angeordnet sind, sollen die Betriebsspannungen auch im Fehlerfall sicher abgeschaltet werden können. Die Not-Aus-Schalter wirken jeweils mit einer sogenannten Vorsteuerebene zusammen, die ein Zwischenglied für die Energieversorgung von Hauptsteuerstromkreisen ist. Für dieses Zwischenglied werden fehlersichere Schaltungen verlangt.
Bekannt sind Not-Aus-Schaltungsanordnungen, die aus drei elektromechanischen Komponenten bestehen und die vorstehend erwähnten Forderungen erfüllen. Die drei elektromechanischen Komponenten sind Relais mit z.B. zwangsgeführten Kontaktsätzen. Durch ein selbstüberwachendes Schaltungskonzept ist es möglich, diese Bauart von
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Relais fehlersicher zu verschalten. Je nach Kontaktkonfiguration der Relais können mehrere Freigabe-Strompfade zur Verfügung gestellt werden. Eine Vervielfältigung dieser Freigabe-Strompfade ist durch geeignete Verschaltung realisierbar.
Der Erfindung liegt das Problem zugrunde, eine Sicherheitsschaltungsanordnung mit wenigstens einem Not-Aus-Schalter zu entwickeln, die auch bei größeren Unterschieden in der Eingangsspannung einwandfrei arbeitet.
Das Problem wird bei einer Sicherheitsschaltungsanordnung der eingangs beschriebenen Art erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß ein oder mehrere Kontaktsätze des Not-Aus-Schalters in Reihe mit einer Spannungsregelschaltung angeordnet sind, an deren Ausgänge die Vorsteuerschaltung angeschlossen ist und die eine auf die Betriebsspannung der Vorsteuerschaltung eingestellte Ausgangsspannung erzeugt. Die Arbeitsweise der Vorsteuerschaltung wird bei dieser Anordnung durch beispielsweise zeitlich veränderliche Eingangsspannungen nicht beeinflußt. Die Sicherheitsschaltungsanordnung kann auch mit verschiedenen Eingangsnennspannungen arbeiten, wobei zu beachten ist, daß die für eine einwandfreie Funktion der Spannungsregelschaltung noch zulässige Verlustleistung nicht überschritten wird. Die Spannungsregelschaltung kann durch die Auswahl von Bauelementen und die Dimensionierung von Kühlkörpern für den Einsatz mit verschiedenen Nenneingangsspannungen ausgebildet werden, die sich wesentlich voneinander unterscheiden.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform ist die Spannungsregelschaltung eine Serienregelschaltung. Eine solche Serienregelschaltung läßt sich mit geringem schaltungstechnischem Aufwand aufbauen. Insbesondere weist die Serienregelschaltung einen als Emitterfolger geschalteten bipolaren Transistor auf, dem eine aus der unstabilisierten Eingangsspannung mittels einer Zener-Diode gewonnene Referenzspannung zugeführt wird und dem ein weiterer Transistor nachgeschaltet ist.
Die Serienregelschaltung wird mit Gleichspannung gespeist. Die Sicherheitsschaltungsanordnung kann daher an eine Gleichspannungsquelle angeschlossen werden, wie sie insbesondere in Kraftfahrzeugen vorhanden ist. Falls nur Wechselspannung zur Ver-
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fügung steht, wird diese Spannung zuerst gleichgerichtet, bevor sie dem Spannungsregler zugeführt wird.
Die Vorsteuerschaltung enthält vorzugsweise drei Relais, von denen ein erstes Relais mit seiner Spule in Reihe mit zwei parallelen Ruhestromkontakten der beiden anderen Relais und einem Thyristor an den negativen Ausgang der Spannungsregelschaltung und an einen Pol eines Ein-Tasters gelegt ist, dessen zweiter Pol mit dem positiven Ausgang der Spannungsregelschaltung verbunden ist, wobei das Gate des Thyristors mit einer Steuerschaltung verbunden ist, die mit dem Pol des Ein-Tasters verbunden ist und bei einer Ansprechschwelle, die größer als die Haltespannung der Relais ist, dem Gate des Thyristors eine Zündspannung zuführt, und wobei vorzugsweise ein Arbeitsstromkontakt des ersten Relais zwischen dem einen Pol des Ein-Tasters und den parallel um den negativen Ausgang der Spannungsreglerschaltung angeschlossenen Spulen der beiden anderen Relais angeordnet ist. Der Thyristor zündet nur, wenn die Ansprechschwelle der Steuerschaltung erreicht oder überschritten wird. Die Ansprechschwelle ist wiederum höher als die Haltespannung der Relais. Hierdurch erhält die Sicherheitsschaltung eine Hysterese, die bei entsprechender Auswahl der Ansprechschwelle auf eine gewünschte Größe eingestellt werden kann.
Die Steuerschaltung besteht insbesondere aus der Reihenschaltung einer Zener-Diode und wenigstens eines Widerstandes, wobei die Reihenschaltung zwischen dem einen Pol des Ein-Tasters und dem negativen Ausgang der Spannungsregelschaltung angeordnet und mit der gemeinsamen Verbindungsstelle von Anode der Zener-Diode und Widerstand an das Gate des Thyristors gelegt ist. Der Thyristor zündet dann, wenn die Ausgangsspannung der Serienregelschaltung größer ist als die Zener-Spannung. Die Zener-Spannung legt daher die Ansprechschwelle fest, die von der Ausgangsspannung der Serienregelschaltung überschritten sein muß, damit der Thyristor leitend gesteuert wird und die Spule des ersten Relais Betriebsspannung erhält. Die Vorsteuerschaltung kann somit nur in Betrieb genommen werden, wenn diese Spannungsschwelle erreicht oder überschritten ist.
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Bei einer zweckmäßigen Ausführungsform ist der Arbeitsstromkontakt des ersten Relais einerseits in Reihe mit wenigstens einem Ruhestromkontakt des dritten Relais und der Spule des zweiten Relais an den negativen Ausgang der Serienregelschaltung gelegt und andererseits in Reihe mit wenigstens einem Ruhestromkontakt des zweiten Relais und der Spule des dritten Relais mit dem negativen Ausgang der Serienregelschaltung verbunden, wobei die Spule des zweiten Relais über einen eigenen Arbeitsstromkontakt des zweiten Relais und die Spule des dritten Relais über einen eigenen Arbeitsstromkontakt des dritten Relais mit dem einen Pol des Ein-Tasters verbunden ist. Diese Anordnung hat bei einfachem Aufbau ein sicheres Ausschaltverhalten im Fehlerfall. Die Einschaltung erfolgt mit einem Taster bzw. Tastschalter (Schließer). Das zweite und dritte Relais, die beide Ausgangsrelais beziehungsweise Schütze der Vorsteuerschaltung bilden, gehen nach dem Einschalten in Selbsthaltung über und behalten diesen Zustand auch dann bei, wenn die Ausgangsspannung der Spannungsregelschaltung unter die Einschaltspannungsschwelle absinkt, das heißt, durch die Einstellung der Einschaltspannungsschwelle kann die Hysterese der Vorsteuerschaltung auf einen gewünschten Wert gebracht werden.
Vorzugsweise ist zwischen einem Kontaktsatz des Not-Aus-Schalters und der Spannungsregelschaltung eine Sicherung angeordnet. Die Sicherung spricht bei Überströmen oder Kurzschlüssen an, wodurch der Serienspannungsregler spannungslos wird. In bezug auf das Abschaltverhalten wirkt das Ansprechen der Sicherung wie die Öffnung der Kontakte des Not-Aus-Schalters.
Der Sicherung ist zweckmäßigerweise eine Diode vorgeschaltet, die den Serienspannungsregler schützt, wenn die Eingangsspannung mit der falschen Polarität an die Sicherheitsschaltung angelegt wird.
Wenn die Ausgangsspannung des Spannungsreglers unter die Haltespannung des zweiten und dritten Relais absinkt, fallen diese Relais ab, wodurch der oder die über die Sicherheitsschaltungsanordnung mit Energie versorgten Verbraucher abgeschaltet werden.
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Die Diode und die Sicherung, der Serienspannungsregler und die Vorsteuerschaltung sind vorzugsweise in einer für sich handhabbaren Baugruppe angeordnet, die zwei Anschlüsse bzw. Klemmen für den Anschluß der beiden Kontaktsätze des Not-Aus-Schalters, zwei Anschlüsse bzw. Klemmen für den Anschluß der Pole des Ein-Tasters sowie weitere Anschlüsse bzw. Klemmen aufweist, die in der Baugruppe an die zum Ein- und Ausschalten der Verbraucherspannung vorgesehenen Kontakte des zweiten und dritten Relais gelegt sind.
Weitere Einzelheiten, Vorteile und Merkmale der Erfindung ergeben sich nicht nur aus den Ansprüchen, den diesen zu entnehmenden Merkmalen - für sich und/oder in Kombination -, sondern auch aus der folgenden Beschreibung eines in einer Zeichnung dargestellten bevorzugten Ausführungsbeispiels.
In der Zeichnung ist ein Schaltbild einer Sicherheitsschaltungsanordnung dargestellt, mit der im Falle einer Gefahr oder einer Störung an einer mit elektrischer Energie versorgten Maschine durch Betätigen eines Not-Aus-Schalters (10), der zwei Kontaktsätze (12), (14) hat, die Maschine spannungslos geschaltet wird. Der eine Kontaktsatz (12) ist an den positiven Pol (16) einer Gleichspannungsquelle angeschlossen, die eine innerhalb eines größeren Toleranzbereichs veränderliche Betriebsspannung erzeugt. Der andere Kontaktsatz (14) ist an den negativen Pol (18) der Gleichspannungsquelle angeschlossen.
Eine Baugruppe (20) hat einen Anschluß (22) bzw. eine Klemme, die mit dem ersten Kontaktsatz (12) des Not-Aus-Schalters (10) verbunden ist. Weiterhin enthält die Baugruppe (20) einen Anschluß (24), der an den zweiten Kontaktsatz (14) gelegt ist.
In der Baugruppe (20) sind eine Diode (26) und eine Sicherung (28) in Reihe mit dem Anschluß (22) verbunden. Die Diode (26) ist in bezug auf den Pol (16) in Durchlaßrichtung gepolt. Zwischen dem Anschluß (24) und der Sicherung (28) ist eine in Sperrichtung gepolte Diode (30) angeordnet, zu der ein Varistor beziehungsweise ein spannungsabhängiger Widerstand (31) parallel geschaltet ist. Zwischen der Sicherung (28) und dem Anschluß (24) ist die Reihenschaltung eines Widerstands (32) und einer
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Zener-Diode (33) angeordnet. Die Kathode der Zener-Diode (33) ist mit der Basis eines bipolaren Transistors (34) verbunden, der mit seinem Emitter an die Basis eines weiteren bipolaren Transistors (35) angeschlossen ist. Die Kollektoren beider Transistoren (34), (35) sind gemeinsam mit dem einen Anschluß der Sicherung (28) verbunden.
Dieser Anschluß ist an die Diode (30) und die Widerstände (31), (32) angeschlossen. Die Basis des Transistors (35) ist über einen Widerstand (36) weiterhin an den Anschluß (24) gelegt.
Zwischen dem Emitter des Transistors (35) und dem Anschluß (24) ist die Reihenschaltung eines Widerstands (38) und einer lichtemittierenden Diode (39) angeordnet. Ein Glättungskondensator (37) ist ebenfalls zwischen dem Emitter des Transistors (35) und dem Anschluß (24) angeordnet.
Die Transistoren (34), (35), die Widerstände (32), (36), (38), die Zener-Diode (33) und der Glättungskondensator (37) sind Bestandteile einer Spannungsregelschaltung (40), die als Serienregelschaltung aufgebaut ist. An die Ausgänge der Spannungsregelschaltung (40) ist eine Vorsteuerschaltung (41) angeschlossen. Am Emitter des Transistors (35) steht die Ausgangsspannung der Spannungsregelschaltung mit positiver Polarität an, während der Anschluß (24) die negative Polarität hat.
Die Baugruppe (20) weist einen dritten Anschluß (42) bzw. eine Klemme und einen vierten Anschluß (44) bzw. eine Klemme auf. Der Anschluß (42) ist mit dem Emitter des Transistors (35) verbunden. In der Vorsteuerschaltung (41) ist die Reihenschaltung eines Widerstands (46) einer Zener-Diode (48) und eines Widerstands (50) zwischen dem Anschluß (44) und dem Anschluß (24) angeordnet. Weiterhin ist in der Vorsteuerschaltung (41) die Spule (52) eines ersten Relais in Reihe mit einem Thyristor (54) und zwei parallelen Ruhestromkontakten (56), (58), die je zu einem zweiten und dritten Relais gehören, zwischen den Anschlüssen (44), (24) angeordnet. Das Gate des Thyristors (54) ist an die Anode der Zener-Diode (48) angeschlossen. Zur Spule (52) des ersten Relais ist eine nicht näher bezeichnete Freilaufdiode parallel geschaltet. Ein Kondensator (55) ist zwischen dem Gate des Thyristors (54) und der Kathode des
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Thyristors (54) angeordnet. Der Kondensator (55) liegt parallel zum Widerstand (50). Ein weiterer, nicht näher bezeichneter Kondensator ist parallel zur Anoden-Kathodenstrecke des Thyristors (54) angeordnet.
Ein Arbeitsstromkontakt (60) des ersten Relais ist in Reihe mit zwei Ruhestromkontakten (62), (64) des dritten Relais und der Spule (66) des zweiten Relais zwischen den Anschlüssen (44), (24) angeordnet. Parallel zu der Reihenschaltung der Ruhestromkontakte (62), (64) und der Spule (66) ist die Reihenschaltung zweier Ruhestromkontakte (68), (70) des zweiten Relais und die Spule (72) des dritten Relais angeordnet. Zu den Spulen (66), (72) sind jeweils nicht näher bezeichnete Freilaufdioden parallel geschaltet. Weiterhin sind zu den Spulen (66), (72) noch jeweils Kondensatoren in Reihe mit Widerständen und lichtemittierende Dioden in Reihe mit Widerständen parallel geschaltet.
Die Spule (66) ist über einen Widerstand (74) und einen Arbeitsstromkontakt (76) des zweiten Relais mit dem Anschluß (42) verbunden. Ebenso ist die Spule (72) über einen Arbeitsstromkontakt (78) des dritten Relais und einen Widerstand (80) mit dem Anschluß (42) verbunden.
Das zweite und das dritte Relais haben weitere nicht näher bezeichnete Arbeitsstromkontakte, von denen jeweils zwei aus verschiedenen Relais in Reihe geschaltet sind. Die Reihenschaltungen sind zwischen Anschlüssen (82), (84) bzw. (86), (88) bzw. (90), (92) der Baugruppe (20) angeordnet. Bei dem zweiten und dritten Relais kann es sich insbesondere um Schütze handeln.
Außerhalb der Baugruppe (20) ist zwischen den Anschlüssen (42), (44) ein Ein-Taster (94) angeordnet.
Die in der Zeichnung dargestellte und oben beschriebene Sicherheitsschaltungsanordnung arbeitet bei veränderlichen oder schwankenden Eingangsspannungen einwandfrei, da die Serienregelschaltung (40) die Vorsteuerschaltung (41) mit einer gleichbleibend geregelten, auf die Betriebsspannung der Relais der Vorsteuerspannung eingestellten
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Gleichspannung versorgt.
Bei eingeschalteter Spannungsregelschaltung (40) wird durch Drücken des Ein-Tasters (94) das Gate des Thyristors (54) mit einer Steuerspannung beaufschlagt.
Die Zener-Diode (48) bildet mit dem Widerstand (50) und dem Widerstand (46) eine Steuerschaltung, die eine Ansprechschwelle hat.
Die Zener-Spannung der Zener-Diode (48) legt diese Anprechschwelle fest, die von der Ausgangsspannung der Spannungsregelschaltung (40) erreicht oder überschritten werden muß, damit der Thyristor (54) zündet. Die Zündung des Thyristors (54) ist die Voraussetzung dafür, daß die Spule (52) des ersten Relais mit der Ausgangsspannung der Spannungsregelschaltung (40) beaufschlagt wird. Das erste Relais zieht daher erst dann an, wenn der Thyristor (54) leitend gesteuert ist. Wenn das erste Relais anzieht, werden die Spulen (66), (72) über den Arbeitsstromkontakt (60) an Betriebsspannung gelegt. Daher ziehen das zweite und dritte Relais an und gehen über die Arbeitsstromkontakte (76) und (78) in Selbsthaltezustände über. Die Spule (52) wird durch das Öffnen der Ruhestromkontakte (56), (58) spannungslos, so daß der Spulenstrom unterbrochen wird und das erste Relais abfällt. Auch der über den Thyristor (54) fließende Strom wird unterbrochen. Wenn die Ausgangsspannung der Spannungsregelschaltung, zum Beispiel wegen eines Einbruchs der Netzspannung unter die von der Zener-Diode (48) und den Widerständen (46), (50) vorgegebene Einschaltspannungsschwelle absinkt, kann die Vorsteuerschaltung, sofern sie ausgeschaltet ist und eingeschaltet werden soll, durch Betätigung des Ein-Tasters (94) nicht in Betrieb genommen werden. Hat das zweite und dritte Relais bereits den Selbsthaltezustand eingenommen, wenn die Ausgangsspannung der Spannungsregelschaltung (40) unter die Einschaltspannungsschwelle absinkt, bleiben diese so lange in Selbsthaltung, bis ihre Haltespannung unterschritten wird. Die Haltespannung ist niedriger als die Einschaltspannungsschwelle. Die Vorsteuerschaltung (41) hat daher eine Hysterese. Diese Hysterese kann durch die Wahl der Ansprechschwelle auf einen gewünschten Wert eingestellt werden. Beispielsweise kann eine Zener-Diode mit einer entsprechenden Zener-Spannung beziehungsweise Durchbruchspannung ausgewählt werden.
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Wenn der Not-Aus-Schalter (10) betätigt wird, gibt die Spannungsregelschaltung (40) keine Spannung mehr ab, so daß alle Relaisspulen spannungslos werden. Da das erste Relais nur während des Einschaltvorgangs betätigt und dann abgefallen ist, fallen beim Betätigen des Not-Aus-Schalters (10) die anderen Relais ab. Ein Einschalten ist erst wieder möglich, wenn erstens die Sperre am Not-Aus-Schalter (10) aufgehoben wird und dieser Schalter betätigt wird, zweitens das zweite und dritte Relais abgefallen sind und drittens am Not-Aus-Schalter (10) Betriebsspannung in ausreichender Höhe ansteht.
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Claims (1)

  1. Ansprüche
    1. Sicherheitsschaltungsanordnung, die von einer Spannungsquelle gespeist wird und wenigstens einen Not-Aus-Schalter enthält, bei dessen Betätigung ein oder mehrere Verbraucher, die über die Sicherheitsschaltungsanordnung mit einer oder mehreren Betriebsspannungen versorgt werden, spannungslos geschaltet werden, dadurch gekennzeichnet,
    daß ein oder mehrere Kontaktsätze (12) des Not-Aus-Schalters (10) in Reihe mit einer Spannungsregelschaltung (40) angeordnet sind, an deren Ausgänge die Vorsteuerschaltung (41) angeschlossen ist und die eine auf die Betriebsspannung der Vorsteuerschaltung (41) eingestellte Ausgangsspannung erzeugt.
    2. Sicherheitsschaltungsanordnung nach Anspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß die Spannungsregelschaltung (40) eine Serienregelschaltung ist.
    3. Sicherheitsschaltungsanordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet,
    daß die Spannungsquelle eine Gleichspannung ausgibt.
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    4. Sicherheitsschaltungsanordnung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß die Vorsteuerschaltungsanordnung drei Relais enthält, von denen ein erstes Relais mit seiner Spule (52) in Reihe mit zwei parallelen Ruhestromkontakten (56, 58) der beiden anderen Relais und einem Thyristor (54) an den negativen Ausgang der Spannungsregelschaltung (40) und an einen Pol eines Ein-Tasters (94) gelegt ist, dessen zweiter Pol mit dem positiven Ausgang der Spannungsregelschaltung (40) verbunden ist, daß das Gate des Thyristors (54) mit einer Steuerschaltung verbunden ist, die mit dem einen Pol des Ein-Tasters (94) verbunden ist und bei einer Ansprechschwelle, die größer als die Haltespannung der Relais ist, dem Gate des Thyristors (54) eine Zündspannung zuführt ist.
    5. Sicherheitsschaltungsanordnung nach Anspruch 4,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß die Steuerschaltung eine zwischen dem einen Pol des Ein-Tasters (94) und dem negativen Ausgang der Spannungsregelschaltung (40) angeordnete Reihenschaltung aus einer Zener-Diode (48) und wenigstens einen Widerstand (50) enthält und daß die gemeinsame Verbindungsstelle zwischen der Anode der Zener-Diode (48) und dem Widerstand (50) an das Gate des Thyristors (54) angeschlossen ist.
    6. Sicherheitsschaltungsanordnung nach Anspruch 4 oder 5,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß parallel zu der Reihenschaltung der parallelen Ruhestromkontakte (56), (58) der zweiten und dritten Relais, der Spule (52) des ersten Relais und dem Thyristor (54) die Reihenschaltung eines ersten Widerstands (46), der Zener-Diode (48)
    und eines weiteren Widerstands (50) gelegt ist, zu dem ein Kondensator (55) parallel geschaltet ist.
    7. Sicherheitsschaltungsanordnung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche,
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    dadurch gekennzeichnet,
    daß der Arbeitsstromkontakt (60) des ersten Relais einerseits in Reihe mit wenigstens einem Ruhestromkontakt (62) des dritten Relais und der Spule (66) des zweiten Relais an den negativen Ausgang der Serienregelschaltung gelegt und andererseits in Reihe mit wenigstens einem Ruhestromkontakt (68) des zweiten Relais und der Spule (72) des dritten Relais mit dem negativen Ausgang der Serienregelschaltung verbunden ist, und daß die Spule (66) des zweiten Relais über einen eigenen Arbeitsstromkontakt (76) des zweiten Relais und die Spule (72) des dritten Relais über einen eigenen Arbeitsstromkontakt (78) des dritten Relais mit dem einen Pol des Ein-Tasters (94) verbunden ist.
    8. Sicherheitsschaltungsanordnung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß zwischen einem Kontaktsatz (12) des Not-Aus-Schalters (10) und der Spannungsregelschaltung (40) eine Sicherung (28) angeordnet ist.
    9. Sicherheitsschaltungsanordnung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß der Sicherung (28) eine Diode (26) vorgeschaltet ist.
    10. Sicherheitsschaltungsanordnung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß die Diode (28) und die Sicherung (26), die Spannungsregelschaltung (40) und die Vorsteuerschaltung (41) in einer für sich handhabbaren Baugruppe (20) angeordnet sind, die zwei Anschlüsse (22, 24) für Kontaktsätze (12, 14) des Not-Aus-Schalters (10), zwei Anschlüsse (42, 44) für die Pole des Ein-Tasters (94) sowie weitere Anschlüsse (82 bis 92) aufweist, die in der Baugruppe (20) an Arbeitsstromkontakte des zweiten und dritten Relais gelegt sind.
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