EP1307894B1 - Sicherheitsschaltgerät zum sicheren abschalten eines elektrischen verbrauchers, insbesondere einer elektrisch angetriebenen maschine - Google Patents

Sicherheitsschaltgerät zum sicheren abschalten eines elektrischen verbrauchers, insbesondere einer elektrisch angetriebenen maschine Download PDF

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EP1307894B1
EP1307894B1 EP01962887A EP01962887A EP1307894B1 EP 1307894 B1 EP1307894 B1 EP 1307894B1 EP 01962887 A EP01962887 A EP 01962887A EP 01962887 A EP01962887 A EP 01962887A EP 1307894 B1 EP1307894 B1 EP 1307894B1
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EP
European Patent Office
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switching device
unit
safety switching
safety
signal
Prior art date
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Expired - Lifetime
Application number
EP01962887A
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English (en)
French (fr)
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EP1307894A1 (de
Inventor
Rolf Dickhoff
Winfried GRÄF
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Pilz GmbH and Co KG
Original Assignee
Pilz GmbH and Co KG
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    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01H—ELECTRIC SWITCHES; RELAYS; SELECTORS; EMERGENCY PROTECTIVE DEVICES
    • H01H47/00—Circuit arrangements not adapted to a particular application of the relay and designed to obtain desired operating characteristics or to provide energising current
    • H01H47/002—Monitoring or fail-safe circuits
    • H01H47/004—Monitoring or fail-safe circuits using plural redundant serial connected relay operated contacts in controlled circuit
    • H01H47/005—Safety control circuits therefor, e.g. chain of relays mutually monitoring each other

Definitions

  • the present invention relates to a safety switching device for safely switching off an electrical load, in particular an electrically driven machine, with a fail-safe shutdown unit and a reporting unit to which an external control signal can be fed together, wherein the shutdown failsafe the electrical load in response to a defined signal state of the control signal turns off, and wherein the annunciator generates an external message signal and deactivates it at the occurrence of the defined signal state without delay.
  • Such a safety switching device is off DE 40 33 800 A1 known.
  • Safety switching devices of the type mentioned are used primarily in the industrial sector to perform shutdown operations in fail-safe manner.
  • "Fail-safe" means in this context that the switching device meets at least safety category 3 of the European standard EN 954-1.
  • such devices are used in response to the actuation of an emergency stop button or the opening of a protective door, a machinery from which poses a risk to shut down or otherwise in a safe state.
  • it is usually necessary to shut down a machine or machinery completely or at least partially fail-safe. Since a malfunction or failure of the safety switching device in such a situation has an immediate danger to people result, very high demands are made in terms of fault tolerance of such switching devices. This leads to a very large effort associated with high costs in the development and manufacture of safety switching devices.
  • the shutdown In order to allow a controlled shutdown of a machine before the actual shutdown, it is known to use a delay element, the shutdown, i. to delay the interruption of the power supply for a first period of time. Before the expiration of this period, the reporting unit generates a change of state of the external message signal, whereby the control unit of the machine is caused to put them into the idle state.
  • the reporting unit essentially comprises two mutually redundant relays which, in contrast to the relays of the disconnection unit, instantaneously drop when their control circuit is de-energized.
  • the relays of the disconnection unit are delayed-decay.
  • the message unit is so, as well as the known safety relay in total, built fail-safe, and thus provides a fail-safe message.
  • such a safety switching device is complicated and expensive.
  • the disconnection unit has a first delay element, with the help of the shutdown of the consumer is delayed by a first time period, and that the reporting unit is a non-fail-safe unit that provides a non-failsafe message signal at an output of the switching device.
  • the solution according to the invention is based on the recognition that the generation of the message signal is a sub-process which, taken alone and in contrast to the overall process of switching off the machine, is not immediately safety-critical.
  • a malfunction in the generation of the message signal is namely caught at the latest after the expiry of the first period by the then taking place interrupting the power supply.
  • it is possible to make lower demands on the failure safety of the reporting unit without reducing the overall fault tolerance of the safety switching device according to the invention. If one refrains from constructing the message unit consistently fail-safe, the effort is reduced considerably, so that the safety switching device according to the invention can be made overall simpler and thus more cost-effective.
  • the safety switching device In contrast to a complete abandonment of the reporting unit, the safety switching device according to the invention has the advantage that the machine to be shut down can normally be shut down in a controlled manner before switching off. This avoids difficulties in recommissioning.
  • the message unit deactivates the message signal when the defined signal state occurs without delay.
  • the reporting unit causes a state change of the external message signal almost simultaneously with the occurrence of the defined signal state of the control signal. It is understood that an exact timing in practice can not be achieved due to technical signal propagation delays. "Delay-free” therefore means that beyond the unavoidable signal propagation times, there are no additional delays in the response of the reporting unit.
  • the measure has the advantage that the operating control of the machine has a maximum time available to shut down the machine in a controlled manner. Conversely, the first time span can be made very small, which overall allows a fast response of the safety relay.
  • control signal includes an operating voltage of the switching device, wherein the defined signal state corresponds to an elimination of the operating voltage.
  • the reporting unit has a second delay element, with the aid of which the generation of the message signal when switching the switching device is delayed by a second period.
  • This measure has the advantage that the supply voltage for the machine is already stably applied before the reporting unit provides the external message signal and thus causes the operation control of the machine to start it up. In this case, this advantageous timing without additional external circuitry and timers is achievable, which simplifies the application and installation of the safety switching device according to the invention.
  • the turn-off unit has at least two mutually redundant switching means, which are arranged in series with each other.
  • the switching means have at least one positively driven auxiliary contact, which is integrated in a monitoring circuit.
  • the disconnection unit and the reporting unit are arranged in a common switchgear housing.
  • This measure has the advantage that the safety switching device according to the invention is available as a compact device in itself, which considerably simplifies its installation in a machine system to be monitored. It is particularly advantageous that the control of the timings between the shutdown unit and the reporting unit is performed inside the device, which errors during installation and unwanted manipulations are avoided.
  • a generic safety switching device is designated in its entirety by the reference numeral 10.
  • the safety switching device 10 is installed in a compact device housing 12 having numerous externally accessible terminals.
  • the terminals are formed in the present embodiment as screw terminals and are referred to in Fig. 1 in the usual manner in such switching devices way.
  • the terminals A1 and A2 form an input via which the safety switching device 10 is supplied with a device-internal operating voltage U B.
  • a device-internal operating voltage U B Via external bridges 14 between the terminals S33 and S34 or Y1 and Y2, the operating voltage U B when switching first to a series circuit 16, which is composed of the auxiliary contacts of four relays K1, K2, K4 and K5 and the control circuit of a release relay K3 is.
  • the auxiliary contacts of relays K1, K2, K4 and K5 are normally closed contacts, which are closed in idle state.
  • the normally open contacts 24, 26, 28, 30 are closed in the two output circuits of the safety switching device 10, so that a device connected to the safety switching device 10 (not shown here) is turned on. If the operating voltage U B is removed at the input terminals A1, A2, all contacts fall back into their rest position shown in FIG. This has the consequence that the current path between the terminals 32 and 33 is interrupted almost simultaneously. The current path between the terminals 34 and 35 is in contrast interrupted with a delay time corresponding to the fallback time of the relays K4 and K5.
  • a machine to be switched off is supplied via the current path between the terminals 34 and 35, while the signaling signal is conducted via the current path between the terminals 32 and 33.
  • the signaling signal is conducted via the current path between the terminals 32 and 33.
  • FIG. 2 an embodiment of a safety switching device according to the invention is designated in its entirety by the reference numeral 40.
  • the same reference numerals designate the same elements as in FIG. 1.
  • the safety switching device 40 has in its output circuit between the terminals 34 and 35 in turn arranged in series working contacts 24, 26 of the two relays K1 and K2.
  • the Input circuits of the relays K1 and K2 are initially supplied via the normally open contacts 18, 20 of the relay K3, as in the case of the safety switching device 10 according to FIG. After tightening the relays K1 and K2, the relay K3 drops with a delay time, and the supply of the input circuits of the relays K1 and K2 via the closed at this time auxiliary contacts 36 and 38.
  • the structure of the safety relay 40 corresponds to that of the safety relay 10th ,
  • the reference numerals 44, 46 designate two capacitances which are connected in parallel to the control circuit of the relays K1 and K2. When switched on, the two capacitors 44, 46 charge. If one removes the input-side operating voltage U B , the two capacitors 44, 46 discharge via the control circuits of the relays K1 and K2. Only after unloading the relays K1 and K2 fall off and open their normally open contacts 24, 26. Thus, the machine 42 with a delay time T 1 , which corresponds to the discharge time of the capacitors 44, 46, turned off. The capacitors 44, 46 are thus first delay elements in the sense of the present invention.
  • the shutdown unit 48 is constructed in a conventional manner two channels redundant, creating a fault tolerance in the sense European standard EN 954-1.
  • each of the two relays K1, K2 has a positively driven auxiliary contact 50, 52 which is coupled to the relay K3 such that the safety switching device 40 can not be put into operation when one of the normally open contacts 24, 26 is fused.
  • the auxiliary contacts 50, 52 are thus integrated into a monitoring circuit.
  • the safety switching device 40 has a non-failsafe message unit 54 which provides a non-failsafe message signal 58 at an output terminal 56.
  • the message signal 58 can thus be supplied to a control unit 60 for the machine 42 in a simple manner.
  • the output terminal 56 is connected directly to the operating voltage U B for generating the signaling signal 58.
  • the reporting unit 54 is described with reference to the following figures.
  • the reporting unit 54 includes an amplifier circuit consisting of two transistors T1 and T2 and a number of resistors R1 to R6.
  • the signaling signal 58 is tapped via the resistor R6 at the collector of the transistor T2, which in the circuit shown has the consequence that the message signal 58 in the active state corresponds approximately to the operating voltage U B , while it has a de-energized, high-impedance state ,
  • the circuit of the reporting unit 54 is supplemented by an additional capacity 62, which has the consequence that the message signal 58 assumes its active signal state only after the capacitor 62 has largely charged.
  • the provision of the signaling signal 58 when switching on the safety switching device 40 is delayed by a second time period determined by the capacity 62.
  • Fig. 5 the timing of the safety switching device 40 are shown again graphically.
  • the operating voltage U B of the safety switching device 40 is turned on.
  • the message signal 58 assumes its active state only after expiry of the second time interval T 2 , which corresponds approximately to the charging time of the capacitor 62.
  • the signaling signal 58 returns to its deactivated, high-impedance state practically at the same time.
  • the normally open contacts 24, 26 of the relays K1, K2 remain closed until the capacitances 44, 46 are discharged.
  • the machine 42 is separated from its power supply U v only after the expiration of the period T 1 .
  • the control unit 60 of the machine 42 therefore has enough time to shut down the machine 42 before disconnecting the supply voltage U v .
  • FIG. 6 another embodiment of a safety switching device according to the invention is designated in its entirety by the reference numeral 70.
  • the safety relay 70 differs from the safety switching device 40 of FIG. 2 mainly by a logical AND operation, which is designated in FIG. 6 by the reference numeral 72.
  • the output of the AND operation 72 is fed to the reporting unit 54.
  • the AND gate 72 receives the switch-off signal of a two-channel triggering element 74 in this case, which by way of example here is a two-channel emergency stop button.
  • the AND gate 72 receives a signal derived from the operating voltage U B.
  • the defined signal state in the presence of which the safety switching device 70 initiates the switch-off process for the machine 42, thus corresponds both to an elimination of the operating voltage U B and an actuation of the trigger element 74 or even both.

Landscapes

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Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft ein Sicherheitsschaltgerät zum sicheren Abschalten eines elektrischen Verbrauchers, insbesondere einer elektrisch angetriebenen Maschine, mit einer fehlersicheren Abschalteinheit sowie einer Meldeeinheit, denen ein externes Steuersignal gemeinsam zuführbar ist, wobei die Abschalteinheit den elektrischen Verbraucher in Abhängigkeit von einem definierten Signalzustand des Steuersignals fehlersicher abschaltet, und wobei die Meldeeinheit ein externes Meldesignal erzeugt und dieses beim Auftreten des definierten Signalzustandes verzögerungsfrei deaktiviert.
  • Ein derartiges Sicherheitsschaltgerät ist aus DE 40 33 800 A1 bekannt.
  • Sicherheitsschaltgeräte der eingangs genannten Art werden vor allem im industriellen Bereich verwendet, um Abschaltvorgänge auf fehlersichere Art und Weise durchzuführen. "Fehlersicher" bedeutet dabei in diesem Zusammenhang, daß das Schaltgerät zumindest die Sicherheitskategorie 3 der europäischen Norm EN 954-1 erfüllt. Beispielsweise werden derartige Geräte verwendet, um in Reaktion auf die Betätigung eines NOT-AUS-Tasters oder das Öffnen einer Schutztür eine Maschinenanlage, von der eine Gefahr ausgeht, stillzusetzen oder anderweitig in einen gefahrlosen Zustand zu überführen. Auch zum Durchführen von Wartungs- oder Instandsetzungsarbeiten ist es in der Regel notwendig, eine Maschine oder Maschinenanlage ganz oder zumindest teilweise fehlersicher abzuschalten. Da eine Fehlfunktion oder ein Versagen des Sicherheitsschaltgerätes in einer solchen Situation eine unmittelbare Gefahr für Menschen zur Folge hat, werden hinsichtlich der Fehlersicherheit derartiger Schaltgeräte sehr hohe Anforderungen gestellt. Dies führt zu einem sehr großen Aufwand verbunden mit hohen Kosten bei der Entwicklung und Fertigung von Sicherheitsschaltgeräten.
  • In manchen Anwendungsfällen besteht das Bedürfnis, die Maschine oder Maschinenanlage vor dem eigentlichen Abschalten, d.h. dem Entfernen der Versorgungsspannung, kontrolliert herunterzufahren. Dabei wird die Maschine von der Maschinensteuerung kontrolliert in einen definierten Ruhezustand überführt. Dies ist vor allem dann von Vorteil, wenn die Wiederinbetriebnahme der Maschine nach einem abrupten Abschalten mitten im Betriebsablauf mit Schwierigkeiten verbunden ist. Des weiteren werden durch ein kontrolliertes Herunterfahren vor dem eigentlichen Abschalten unkontrollierte Maschinenbewegungen, beispielsweise infolge von Trägheitskräften, vermieden.
  • Um ein kontrolliertes Herunterfahren einer Maschine vor dem eigentlichen Abschalten zu ermöglichen, ist es bekannt, mit Hilfe eines Verzögerungselements den Abschaltvorgang, d.h. das Unterbrechen der Stromversorgung um eine erste Zeitspanne zu verzögern. Vor Ablauf dieser Zeitspanne erzeugt die Meldeeinheit einen Zustandswechsel des externen Meldesignals, wodurch die Steuereinheit der Maschine veranlaßt wird, diese in den Ruhezustand zu versetzen.
  • Bei einem früheren Sicherheitsschaltgerät der Anmelderin beinhaltet die Meldeeinheit im wesentlichen zwei zueinander redundante Relais, die im Gegensatz zu den Relais der Abschalteinheit unverzögert abfallen, wenn ihr Steuerkreis stromlos wird. Die Relais der Abschalteinheit sind demgegenüber rückfallverzögert. Die Meldeeinheit ist damit, ebenso wie das bekannte Sicherheitsschaltgerät insgesamt, fehlersicher aufgebaut, und liefert somit ein fehlersicheres Meldesignal. Wie bereits zuvor erwähnt, ist ein solches Sicherheitsschaltgerät jedoch aufwendig und kostenintensiv.
  • Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Sicherheitsschaltgerät der eingangs genannten Art anzugeben, das kostengünstiger herstellbar ist.
  • Diese Aufgabe wird bei dem eingangs genannten Sicherheitsschaltgerät dadurch gelöst, daß die Abschalteinheit ein erstes Verzögerungselement aufweist, mit dessen Hilfe das Abschalten des Verbrauchers um eine erste Zeitspanne verzögert wird, und daß die Meldeeinheit eine nicht-fehlersichere Einheit ist, die an einem Ausgang des Schaltgerätes ein nicht-fehlersicheres Meldesignal bereitstellt.
  • Die erfindungsgemäße Lösung beruht auf der Erkenntnis, daß die Erzeugung des Meldesignals ein Teilprozeß ist, der für sich genommen und im Gegensatz zu dem Gesamtprozeß des Abschaltens der Maschine nicht unmittelbar sicherheitskritisch ist. Eine Funktionsstörung bei der Erzeugung des Meldesignals wird nämlich spätestens nach Ablauf der ersten Zeitspanne durch die dann erfolgende Unterbrechung der Stromzuführung aufgefangen. Infolgedessen ist es möglich, bei der Meldeeinheit geringere Anforderungen an die Fehlersicherheit zu stellen, ohne dabei die Fehlersicherheit des erfindungsgemäßen Sicherheitsschaltgeräts insgesamt zu reduzieren. Verzichtet man darauf, die Meldeeinheit durchgängig fehlersicher aufzubauen, verringert sich der Aufwand erheblich, so daß das erfindungsgemäße Sicherheitsschaltgerät insgesamt einfacher und damit kostengünstiger hergestellt werden kann.
  • Im Gegensatz zu einem vollständigen Verzicht auf die Meldeeinheit besitzt das erfindungsgemäße Sicherheitsschaltgerät den Vorteil, daß die abzuschaltende Maschine im Regelfall vor dem Abschalten kontrolliert heruntergefahren werden kann. Dadurch werden Schwierigkeiten bei der Wiederinbetriebnahme vermieden.
  • Nach der Erfindung deaktiviert die Meldeeinheit das Meldesignal beim Auftreten des definierten Signalzustandes verzögerungsfrei.
  • Dies bedeutet, daß die Meldeeinheit einen Zustandswechsel des externen Meldesignals nahezu zeitgleich mit dem Auftreten des definierten Signalzustandes des Steuersignals hervorruft. Es versteht sich, daß eine exakte zeitliche Übereinstimmung in der Praxis aufgrund von technisch bedingten Signallaufzeiten nicht erreicht werden kann. "Verzögerungsfrei" bedeutet daher, daß über die unvermeidlichen Signallaufzeiten hinaus keine zusätzlichen Verzögerungen bei der Reaktion der Meldeeinheit vorhanden sind. Die Maßnahme besitzt den Vorteil, daß die Betriebssteuerung der Maschine eine maximale Zeitspanne zur Verfügung hat, um die Maschine kontrolliert herunterzufahren. Umgekehrt kann die erste Zeitspanne sehr gering bemessen werden, was insgesamt eine schnelle Reaktion des Sicherheitsschaltgerätes ermöglicht.
  • In einer Ausgestaltung der Erfindung beinhaltet das Steuersignal eine Betriebsspannung des Schaltgerätes, wobei der definierte Signalzustand einem Wegfall der Betriebsspannung entspricht.
  • Auf diese Weise wird eine zusätzliche Sicherheit erzeugt, da das Sicherheitsschaltgerät den Abschaltvorgang automatisch einleitet, wenn seine eigene Betriebsspannung entfällt. Bei Ausfall des Sicherheitsschaltgerätes wird die überwachte Maschine somit automatisch heruntergefahren und fehlersicher abgeschaltet:
    • In einer weiteren Ausgestaltung weist das Sicherheitsschaltgerät eine logische ODER-Verknüpfung auf, die die Betriebsspannung mit einem von außen zugeführten Abschaltsignal eines Auslöseelements verknüpft, wobei der definierte Signalzustand einem Wegfall der Betriebsspannung oder einem Betätigen des Auslöseelements entspricht.
  • Mit dieser Maßnahme wird auf eine einfache Weise eine zweikanalige Ansteuerung des Sicherheitsschaltgerätes bereitgestellt, wodurch die Fehlersicherheit nochmals erhöht ist.
  • In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung weist die Meldeeinheit ein zweites Verzögerungselement auf, mit dessen Hilfe die Erzeugung des Meldesignals beim Einschalten des Schaltgerätes um eine zweite Zeitspanne verzögert wird.
  • Diese Maßnahme besitzt den Vorteil, daß die Versorgungsspannung für die Maschine bereits stabil anliegt, bevor die Meldeeinheit das externe Meldesignal bereitstellt und somit die Betriebssteuerung der Maschine veranlaßt, diese hochzufahren. Dabei ist dieser vorteilhafte Zeitablauf ohne zusätzliche externe Beschaltung und Zeitglieder erreichbar, was die Anwendung und die Installation des erfindungsgemäßen Sicherheitsschaltgerätes vereinfacht.
  • In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung weist die Abschalteinheit zumindest zwei zueinander redundante Schaltmittel auf, die in Reihe zueinander angeordnet sind.
  • Mit Hilfe dieser für sich genommen bekannten Maßnahme ist es möglich, die Abschalteinheit fehlersicher im Sinne der europäischen Norm EN 954-1 zu machen, so daß das erfindungsgemäße Sicherheitsschaltgerät insgesamt diese Norm erfüllen kann.
  • In einer weiteren Ausgestaltung der zuvor genannten Maßnahme weisen die Schaltmittel zumindest einen zwangsgeführten Hilfskontakt auf, der in einen Überwachungskreis eingebunden ist.
  • Mit dieser Maßnahme wird eine noch höhere Fehlersicherheit erreicht, da die Abschalteinheit auf diese Weise zusätzlich auf ihre Funktionssicherheit überwacht werden kann.
  • In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung sind die Abschalteinheit und die Meldeeinheit in einem gemeinsamen Schaltgerätegehäuse angeordnet.
  • Diese Maßnahme besitzt den Vorteil, daß das erfindungsgemäße Sicherheitsschaltgerät als ein in sich kompaktes Bauelement zur Verfügung steht, was seine Installation in einer zu überwachenden Maschinenanlage wesentlich vereinfacht. Besonders vorteilhaft ist dabei, daß die Steuerung der Zeitabläufe zwischen der Abschalteinheit und der Meldeeinheit geräteintern durchgeführt wird, wodurch Fehler bei der Installation und unerwünschte Manipulationen vermieden werden.
  • Es versteht sich, daß die vorstehend genannten und die nachstehend 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 gattungsgemäßen Sicherheitsschaltgerätes, von dem die vorliegende Erfindung ausgeht;
    Fig. 2
    eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Sicherheitsschaltgerätes;
    Fig. 3
    ein erstes Ausführungsbeispiel für den Aufbau der Meldeeinheit bei dem Sicherheitsschaltgerät gemäß Fig. 2;
    Fig. 4
    ein zweites Ausführungsbeispiel für eine Meldeeinheit; und
    Fig. 5
    eine Darstellung der zeitlichen Zusammenhänge bei dem erfindungsgemäßen Sicherheitsschaltgerät; und
    Fig. 6
    eine schematische Darstellung eines zweiten Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Sicherheitsschaltgerätes.
  • In Fig. 1 ist ein gattungsgemäßes Sicherheitsschaltgerät in seiner Gesamtheit mit der Bezugsziffer 10 bezeichnet.
  • Das Sicherheitsschaltgerät 10 ist in ein kompaktes Gerätegehäuse 12 eingebaut, das zahlreiche von außen zugängliche Anschlußklemmen aufweist. Die Anschlußklemmen sind im vorliegenden Ausführungsbeispiel als Schraubklemmen ausgebildet und sind in Fig. 1 in der bei derartigen Schaltgeräten üblichen Art und Weise bezeichnet.
  • Die Anschlußklemmen A1 und A2 bilden einen Eingang, über den das Sicherheitsschaltgerät 10 mit einer geräteinternen Betriebsspannung UB versorgt wird. Über externe Brücken 14 zwischen den Klemmen S33 und S34 bzw. Y1 und Y2 gelangt die Betriebsspannung UB beim Einschalten zunächst zu einer Serienschaltung 16, die aus den Hilfskontakten von vier Relais K1, K2, K4 und K5 sowie dem Steuerkreis eines rückfallverzögerten Relais K3 aufgebaut ist. Die Hilfskontakte der Relais K1, K2, K4 und K5 sind Öffnerkontakte, die im Ruhezustand geschlossen sind. Infolgedessen fließt nach dem Einschalten des Sicherheitsschaltgerätes 10 zunächst ein Strom über den Steuerkreis des Relais K3. Dessen Arbeitskontakte 18, 20 ziehen daraufhin ebenso wie sein Hilfskontakt 22 an. Über die Arbeitskontakte 18, 20 des Relais K3 gelangt die Betriebsspannung UB dann an die Steuerkreise der bereits genannten Relais K1, K2, K4 und K5. Deren Arbeitskontakte 24, 26, 28, 30 bilden zwei Ausgangskreise des Sicherheitsschaltgerätes 10, die über die Klemmen 32, 33 bzw. 34, 35 zugänglich sind.
  • Mit dem Anziehen der Relais K1, K2, K4 und K5 öffnen deren Hilfskontakte in der Serienschaltung 16, und die Arbeitskontakte 24, 26, 28, 30 schließen sich. Des weiteren werden die beiden weiteren Hilfskontakte 36, 38 geschlossen, die dann den Stromfluß über die Steuerkreise der Relais K1, K2, K4 und K5 unabhängig von der Betriebsstellung des Relais K3 aufrechterhalten. Das Relais K3 fällt nach Ablauf der vorbestimmten Rückfall-Verzögerungszeit ab.
  • Nach Ablauf dieser Vorgänge sind die Arbeitskontakte 24, 26, 28, 30 in den beiden Ausgangskreisen des Sicherheitsschaltgerätes 10 geschlossen, so daß eine an das Sicherheitsschaltgerät 10 angeschlossene Maschine (hier nicht dargestellt) eingeschaltet ist. Wird die Betriebsspannung UB an den Eingangsklemmen A1, A2 entfernt, fallen sämtliche Kontakte in ihre in Fig. 1 dargestellte Ruhestellung zurück. Dies hat zur Folge, daß der Strompfad zwischen den Klemmen 32 und 33 nahezu zeitgleich unterbrochen wird. Der Strompfad zwischen den Klemmen 34 und 35 wird demgegenüber mit einer Verzögerungszeit unterbrochen, die der Rückfallzeit der Relais K4 und K5 entspricht.
  • Im praktischen Betrieb wird eine abzuschaltende Maschine über den Strompfad zwischen den Klemmen 34 und 35 versorgt, während über den Strompfad zwischen den Klemmen 32 und 33 das Meldesignal geführt wird. Wie sich daraus ergibt, werden hier zur Erzeugung des Meldesignals ebenso viele Relais benötigt, wie für das Abschalten der Maschine.
  • In Fig. 2 ist ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Sicherheitsschaltgerätes in seiner Gesamtheit mit der Bezugsziffer 40 bezeichnet. Gleiche Bezugszeichen bezeichnen dabei dieselben Elemente wie in Fig. 1.
  • Das Sicherheitsschaltgerät 40 weist in seinem Ausgangskreis zwischen den Klemmen 34 und 35 wiederum die in Reihe angeordneten Arbeitskontakte 24, 26 der beiden Relais K1 und K2 auf. Die Eingangskreise der Relais K1 und K2 werden wie bei dem Sicherheitsschaltgerät 10 gemäß Fig. 1 zunächst über die Arbeitskontakte 18, 20 des Relais K3 versorgt. Nach dem Anziehen der Relais K1 und K2 fällt das Relais K3 mit einer Verzögerungszeit ab, und die Versorgung der Eingangskreise der Relais K1 und K2 erfolgt über die zu diesem Zeitpunkt geschlossenen Hilfskontakte 36 und 38. Der Aufbau des Sicherheitsschaltgerätes 40 entspricht insoweit demjenigen des Sicherheitsschaltgerätes 10.
  • In dem beschriebenen Zustand nach dem Einschalten ist der Strompfad über die Klemmen 34, 35 geschlossen, und eine elektrische Maschine 42 ist mit der Versorgungsspannung Uv verbunden.
  • Mit den Bezugsziffern 44, 46 sind zwei Kapazitäten bezeichnet, die jeweils dem Steuerkreis der Relais K1 und K2 parallel geschaltet sind. Im eingeschalteten Zustand laden sich die beiden Kapazitäten 44, 46 auf. Entfernt man die eingangsseitige Betriebsspannung UB, entladen sich die beiden Kapazitäten 44, 46 über die Steuerkreise der Relais K1 und K2. Erst nach dem Entladen fallen die Relais K1 und K2 ab und öffnen ihre Arbeitskontakte 24, 26. Dadurch wird die Maschine 42 mit einer Verzögerungszeit T1, die der Entladezeit der Kapazitäten 44, 46 entspricht, abgeschaltet. Die Kapazitäten 44, 46 sind somit erste Verzögerungselemente im Sinne der vorliegenden Erfindung.
  • Die bislang beschriebenen Komponenten des Sicherheitsschaltgerätes 40 bilden eine Abschalteinheit, die nachfolgend in ihrer Gesamtheit mit der Bezugsziffer 48 bezeichnet wird. Die Abschalteinheit 48 ist dabei in an sich bekannter Weise zweikanalig redundant aufgebaut, wodurch eine Fehlersicherheit im Sinne der europäischen Norm EN 954-1 erreicht wird. Hinzu kommt, daß jedes der beiden Relais K1, K2 über einen zwangsgeführten Hilfskontakt 50, 52 verfügt, der mit dem Relais K3 derart gekoppelt ist, daß das Sicherheitsschaltgerät 40 nicht in Betrieb genommen werden kann, wenn einer der Arbeitskontakte 24, 26 verschmolzen ist. Die Hilfskontakte 50, 52 sind somit in einen Überwachungskreis eingebunden.
  • Im Unterschied zu dem Sicherheitsschaltgerät 10 gemäß Fig. 1 weist das Sicherheitsschaltgerät 40 jedoch eine nicht-fehlersichere Meldeeinheit 54 auf, die an einer Ausgangsklemme 56 ein nicht-fehlersicheres Meldesignal 58 bereitstellt. Das Meldesignal 58 kann damit auf einfache Weise einer Steuereinheit 60 für die Maschine 42 zugeführt werden.
  • Im einfachsten Fall ist die Ausgangsklemme 56 zur Erzeugung des Meldesignals 58 direkt mit der Betriebsspannung UB verbunden. Bevorzugte Ausführungsbeispiele für die Meldeeinheit 54 sind jedoch anhand der nachfolgenden Figuren beschrieben.
  • In Fig. 3 beinhaltet die Meldeeinheit 54 eine Verstärkerschaltung bestehend aus zwei Transistoren T1 und T2 sowie einer Anzahl von Widerständen R1 bis R6. Das Meldesignal 58 wird dabei über den Widerstand R6 am Kollektor des Transistors T2 abgegriffen, was in der dargestellten Beschaltung zur Folge hat, daß das Meldesignal 58 im aktiven Zustand in etwa der Betriebsspannung UB entspricht, während es im deaktiviert einen spannungslosen, hochohmigen Zustand aufweist.
  • Im bevorzugten Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 4 ist die Schaltung der Meldeeinheit 54 um eine zusätzliche Kapazität 62 ergänzt, die zur Folge hat, daß das Meldesignal 58 seinen aktiven Signalzustand erst einnimmt, nachdem sich die Kapazität 62 weitgehend aufgeladen hat. Hierdurch wird die Bereitstellung des Meldesignals 58 beim Einschalten des Sicherheitsschaltgerätes 40 um eine durch die Kapazität 62 bestimmte zweite Zeitspanne verzögert.
  • In Fig. 5 sind die zeitlichen Abläufe für das Sicherheitsschaltgerät 40 nochmals graphisch dargestellt. Zum Zeitpunkt t0 wird die Betriebsspannung UB des Sicherheitsschaltgerätes 40 eingeschaltet. Nahezu zeitgleich ziehen dabei die Arbeitskontakte 24, 26 der Relais K1 und K2 an, so daß die Versorgungsspannung Uv an die Maschine 42 gelangt. Das Meldesignal 58 nimmt seinen aktiven Zustand demgegenüber erst nach Ablauf der zweiten Zeitspanne T2 ein, die in etwa der Aufladezeit der Kapazität 62 entspricht.
  • Wird die Betriebsspannung UB des Sicherheitsschaltgerätes 40 zum Zeitpunkt t2 entfernt, kehrt das Meldesignal 58 praktisch zeitgleich in seinen deaktivierten, hochohmigen Zustand zurück. Die Arbeitskontakte 24, 26 der Relais K1, K2 bleiben jedoch noch so lange geschlossen, bis die Kapazitäten 44, 46 entladen sind. Infolgedessen wird die Maschine 42 erst nach Ablauf der Zeitspanne T1 von ihrer Stromversorgung Uv getrennt. Der Steuereinheit 60 der Maschine 42 verbleibt daher genügend Zeit, um die Maschine 42 vor dem Abtrennen der Versorgungsspannung Uv kontrolliert herunterzufahren.
  • In Fig. 6 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Sicherheitsschaltgerätes in seiner Gesamtheit mit der Bezugsziffer 70 bezeichnet. Das Sicherheitsschaltgerät 70 unterscheidet sich von dem Sicherheitsschaltgerät 40 aus Fig. 2 vor allem durch eine logische UND-Verknüpfung, die in Fig. 6 mit der Bezugsziffer 72 bezeichnet ist. Der Ausgang der UND-Verknüpfung 72 ist der Meldeeinheit 54 zugeführt. An einem ersten Eingang erhält die UND-Verknüpfung 72 das Abschaltsignal eines in diesem Fall zweikanaligen Auslöseelements 74, das hier beispielhaft ein zweikanaliger NOT-AUS-Taster ist. An ihrem zweiten Eingang erhält die UND-Verknüpfung 72 ein aus der Betriebsspannung UB abgeleitetes Signal. Der definierte Signalzustand, bei dessen Vorliegen das Sicherheitsschaltgerät 70 den Abschaltvorgang für die Maschine 42 einleitet, entspricht damit sowohl einem Wegfall der Betriebsspannung UB als auch einem Betätigen des Auslöseelements 74 oder sogar beidem.

Claims (7)

  1. Sicherheitsschaltgerät zum sicheren Abschalten eines elektrischen Verbrauchers (42), insbesondere einer elektrisch angetriebenen Maschine, mit einer fehlersicheren Abschalteinheit (48) sowie einer Meldeeinheit (54), denen ein externes Steuersignal (UB; UB, 74) gemeinsam zuführbar ist, wobei die Abschalteinheit den elektrischen Verbraucher (42) in Abhängigkeit von einem definierten Signalzustand des Steuersignals (UB; UB, 74) fehlersicher abschaltet, und wobei die Meldeeinheit (54) ein externes Meldesignal (58; UB) erzeugt und dieses beim Auftreten des definierten Signalzustandes verzögerungsfrei deaktiviert, dadurch geKennzeichnet, daß die Abschalteinheit (48) ein erstes Verzögerungselement (44, 46) aufweist, mit dessen Hilfe das Abschalten des Verbrauchers (42) um eine erste Zeitspanne (T1) verzögert wird, und daß die Meldeeinheit (54) eine nicht-feh3ersichere Einheit ist, die an einem Ausgang (56) des schaltgerätes (40) ein nicht-fehlersicheres Meldesignal (58; UM) bereitstellt.
  2. Sicherheitsschaltgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Steuersignal eine Betriebsspannung (UB) des Schaltgerätes (40) beinhaltet, wobei der definierte Signalzustand einem Wegfall der Betriebsspannung (UB) entspricht.
  3. Sicherheitsschaltgerät nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Steuersignal ein Ausgangssignal eines Auslöseelements (74) beinhaltet, wobei der definierte Signalzustand einem Betätigen des Auslöseelements (74) entspricht.
  4. Sicherheitsschaltgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Meldeeinheit (54) ein zweites Verzögerungselement (62) aufweist, mit dessen Hilfe die Erzeugung des Meldesignals (58; UM) beim Einschalten des Schaltgerätes (40) um eine zweite Zeitspanne (T2) verzögert wird.
  5. Sicherheitsschaltgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Abschalteinheit (48) zumindest zwei zueinander redundante. Schaltmittel (K1, K2; 24, 26) aufweist, die in Reihe zueinander angeordnet sind.
  6. Sicherheitsschaltgerät nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltmittel (K1, K2) zumindest einen zwangsgeführten Hilfskontakt (50, 52) aufweisen, der in einen Überwachungskreis eingebunden ist.
  7. Sicherheitsschaltgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Abschalteinheit (48) und die Meldeeinheit (54) in einem gemeinsamen Schaltgerätegehäuse (12) angeordnet sind.
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