WO2001086680A1 - Safety switching device for the safe switching on and off of an electrical user - Google Patents

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WO2001086680A1
WO2001086680A1 PCT/EP2001/005232 EP0105232W WO0186680A1 WO 2001086680 A1 WO2001086680 A1 WO 2001086680A1 EP 0105232 W EP0105232 W EP 0105232W WO 0186680 A1 WO0186680 A1 WO 0186680A1
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WO
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switching element
voltage
switching device
power supply
safety
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Application number
PCT/EP2001/005232
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French (fr)
Inventor
Gerhard Ehrlich
Hubert Strobel
Original Assignee
Pilz Gmbh & Co.
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Publication date
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    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01HELECTRIC SWITCHES; RELAYS; SELECTORS; EMERGENCY PROTECTIVE DEVICES
    • H01H47/00Circuit arrangements not adapted to a particular application of the relay and designed to obtain desired operating characteristics or to provide energising current
    • H01H47/02Circuit arrangements not adapted to a particular application of the relay and designed to obtain desired operating characteristics or to provide energising current for modifying the operation of the relay
    • H01H47/04Circuit arrangements not adapted to a particular application of the relay and designed to obtain desired operating characteristics or to provide energising current for modifying the operation of the relay for holding armature in attracted position, e.g. when initial energising circuit is interrupted; for maintaining armature in attracted position, e.g. with reduced energising current
    • H01H47/043Circuit arrangements not adapted to a particular application of the relay and designed to obtain desired operating characteristics or to provide energising current for modifying the operation of the relay for holding armature in attracted position, e.g. when initial energising circuit is interrupted; for maintaining armature in attracted position, e.g. with reduced energising current making use of an energy accumulator

Definitions

  • Safety switching device for the safe switching on and off of an electrical consumer
  • the present invention relates to a safety switching device for the safe switching on and off of an electrical consumer, in particular an electrical drive, with an electromechanical switching element which has at least one adjustable working contact, with a power supply unit for generating an operating voltage for the switching element, and with a lowering unit which the operating voltage supplied to the switching element is reduced as a function of an operating state of the switching element from a higher to a lower voltage value.
  • Such a safety switching device is known due to its use.
  • Generic safety switching devices are used primarily in the industrial sector to switch on and, above all, safely switch off electrically driven machines, such as a press or a milling tool. They are used, for example, in conjunction with a mechanically actuated emergency stop button to switch off the machine quickly and safely in an emergency situation.
  • the power supply to the machine to be switched off is carried out via the adjustable normally open contact of the switching element.
  • work contacts of a plurality of redundant switching elements are arranged in series with one another, but this is not absolutely necessary for the present invention. As soon as the work contact (s) are opened, the power supply to the machine is interrupted.
  • Relays are usually used as switching elements, and so-called contactors are used at high currents to be switched.
  • Such switching elements have an input-side control circuit with a coil in which a control current is generated with the aid of the supplied operating voltage. The control current in turn generates a magnetic field which, with sufficient strength, puts the working contact (s) in their active working position.
  • a so-called normally open switching element With a so-called normally open switching element, the normally open contacts are open in the active state, and closed with a so-called normally open switching element. In the passive idle state, the position of the working contacts is reversed.
  • a known problem with generic safety switching devices is that only a certain amount of heat may be introduced into the housing of the switching devices until thermal destruction. Much of this heat is generated in the coils of the switching elements due to ohmic losses.
  • a transistor is arranged in the circuit which supplies the operating voltage to the switching element and is clocked via a control circuit.
  • the average operating voltage at the switching element can be determined by clocking with a variable pulse width (pulse width modulation). lower ment.
  • pulse width modulation pulse width modulation
  • a component is required with the transistor that itself produces heat due to its power loss.
  • the control of the transistor is comparatively complex in this case.
  • the power supply unit is a variable power supply unit with a variable output voltage and that the lowering unit determines the output voltage of the power supply unit as a function of the operating state.
  • the operating voltage is reduced here by the lowering unit directly influencing the output voltage of the power supply.
  • This requires the use of a power supply unit with a variable output voltage, which is unusual in the case of previously known generic safety switching devices.
  • the "excess" operating voltage is therefore already reduced at its source.
  • the power supply unit in the safety switching device according to the invention only generates the operating voltage required for the switching element. Deriving or "destroying" a portion of the operating voltage initially provided by the power supply but not required can thus be dispensed with.
  • the measure is simpler in comparison to generic safety switching devices, since switchable series resistors or the measures for clocking and pulse width modulation of the operating voltage can be omitted.
  • the components previously required for this purpose which each generate heat as a result of power losses, are also eliminated.
  • the power supply losses are also reduced in the solution according to the invention, since a lower operating voltage is already generated by the power supply itself.
  • the thermal load on the safety switching device according to the invention can therefore be significantly reduced.
  • the arrangement according to the invention is simpler than the previously known switching devices.
  • the operating voltage supplied to the switching element is buffered via an additional energy store.
  • a capacitor is preferably used as the energy store, which additionally, i.e. outside the power supply.
  • the measure has the advantage that the switching element receives a very uniform and stable operating voltage, which reduces the risk of malfunctions and faulty switching operations. This is particularly advantageous with regard to the safety aspect of the switchgear.
  • the switching element requires a maximum switching capacity and for activating the make contact the power supply unit has a nominal electrical power that is less than the maximum switching power.
  • the power supply is undersized with regard to the maximum switching power required.
  • the power supply unit alone is not able to provide the switching power required to activate the make contacts.
  • the maximum switching capacity is only required for a short time when the work contacts are activated, it can be provided by previously charging the additional energy store.
  • the additional energy storage is dimensioned with regard to the maximum switching capacity.
  • the measure has the advantage that a power supply unit with a smaller transformer can be used due to the lower nominal output, which reduces the size.
  • the safety switching device of this embodiment according to the invention can therefore be implemented in a very small size.
  • the operating state is the reaching of a working position of the working contact.
  • the output voltage of the power supply is regulated as a function of an operating parameter of the switching element.
  • the operating parameter is an operating temperature of the switching element.
  • the operating parameter is a holding current of the switching element.
  • the operating voltage required in each case is determined with the aid of a current sensor which is arranged in the circuit for the switching element.
  • the output voltage of the power supply unit is therefore determined by the lowering unit so that a constant holding current can flow.
  • the holding current for the switching element is impressed as it were. This measure also enables optimum control of the operating voltage to reduce thermal loads.
  • the safety holding device has a timing element with a defined time constant and the operating voltage is reduced as a function of the defined time constant.
  • This measure is very simple and inexpensive to implement in terms of circuitry and can therefore be used to reduce costs instead of regulating the operating voltage. However, it can also be used in addition to a regulation to determine the start of the actual regulation process.
  • the timing element contains the switching element.
  • This configuration has the advantage that the timing element can be implemented implicitly, ie without the use of additional components, at very low cost.
  • the timer is particularly preferably implemented in that an energy store which provides the switching element with the required operating voltage is charged to a voltage value which is still above the higher voltage value in the sense of the present invention. The components involved are then dimensioned such that the initial voltage drops from its maximum value to the higher voltage value mentioned in a time period which corresponds to the defined time constant.
  • the safety switching device has a start switch with a switch-on fuse which only releases the start switch when the higher voltage value of the operating voltage is present.
  • Fig. 1 is a schematic representation of a first embodiment of the invention
  • Fig. 2 is a schematic representation of a second embodiment of the invention.
  • FIG. 3 shows two voltage-time diagrams from which the function of the safety switching device according to FIG. 1 can be seen.
  • Fig. 4 shows two voltage-time diagrams of a further embodiment.
  • a safety switching device according to the invention is designated in its entirety by reference number 10.
  • the safety switching device 10 has an electromechanical switching element 12 in the form of a relay.
  • the switching element 12 has three work contacts 14 arranged parallel to one another, which are arranged serially between an input terminal 18 and an output terminal 20 of the safety switching device 10.
  • a power supply 22 for an electrical load 24 is connected to the input terminals 18 in a manner known per se.
  • the Consumer 24 is in turn connected to the output terminals 20 of the safety switching device 10 in a manner known per se.
  • An electrical drive is shown here as an example of an electrical consumer 24. The electric drive moves a milling head or a press, for example.
  • safety switching devices of the type shown often have two mutually redundant switching elements 12, the normally open contacts 14 of which are arranged in series with one another. This redundancy ensures that the electrical consumer is safely switched off even if a switching element 12 fails.
  • This version is sufficiently well known in the art and has not been shown here for reasons of clarity.
  • the reference number 26 denotes a power supply unit, which according to a preferred embodiment of the invention is a switching power supply unit here.
  • the power supply unit 26 can be connected to a power supply in a manner known per se via two connecting terminals 28. In a preferred exemplary embodiment, this is the power supply 22, which also supplies the electrical consumer 24 (not shown here).
  • the power supply 26 is a variable power supply with a variable output voltage.
  • Reference number 30 denotes a schematically illustrated lowering unit, which determines the output voltage of the power supply unit 26 in the manner explained below.
  • the lowering unit 30 is not necessary as a separate construction Part included in the safety switching device 10. It can also be spatially integrated in the power supply 26. This is preferably the case when the power supply unit 26 can already process the input signals described below for setting the variable output voltage.
  • the lowering unit 30 includes signal conditioning and, if appropriate, circuit logic which combines the various input signals described below.
  • the lowering unit 30 receives the output signal of a temperature sensor 32, which determines the operating temperature ⁇ of the switching element 12.
  • the lowering unit 30 determines the output voltage U A of the power pack 26 as a function of the operating temperature ⁇ obtained.
  • the reference numeral 34 denotes a capacitor which is arranged in parallel with the output of the power supply 26.
  • the capacitor 34 charges up to the output voltage U A of the power supply 26 and forms a capacitive energy store.
  • a voltage sensor 36 is arranged parallel to the capacitor 34 and determines the voltage value present at the capacitor 34.
  • the output signal of the voltage sensor 36 is fed to a start switch 38, which is arranged in series in the voltage supply from the capacitor 34 to the switching element 12.
  • the start switch 38 has a switch-on fuse (not shown here in more detail) which only releases the start switch for an operator when the one determined by the voltage sensor 36 Voltage value is sufficient to move the work contacts 14 into their working position. This required voltage value is preferably the higher voltage value in the sense of the present invention.
  • the voltage applied to the switching element 12 in this exemplary embodiment is denoted by U B '. It differs from the output voltage U A of the power pack and thus from the voltage U B present here at the capacitor 34 in that it only jumps to the voltage value present at the capacitor 34 when the start switch 38 is actuated successfully.
  • U B ' The voltage applied to the switching element 12 in this exemplary embodiment is denoted by U B '. It differs from the output voltage U A of the power pack and thus from the voltage U B present here at the capacitor 34 in that it only jumps to the voltage value present at the capacitor 34 when the start switch 38 is actuated successfully.
  • the temporal relationships are explained in more detail below with reference to FIG. 3.
  • the start switch 38 is connected to the lowering unit 30 via a timing element 40.
  • the timer 40 has a defined time constant T.
  • the lowering unit 30 thus receives a signal delayed by the time constant T when the start switch 38 has been actuated successfully.
  • the time constant T is chosen so that the switching element 12 has moved the working contacts 14 into their working position within the resulting time period.
  • the lowering unit 30 can therefore lower the output voltage U.sub.A of the power supply 26 to a value which is sufficient to hold the normally open contacts 14 in their working position when the aforementioned signal is present.
  • This voltage value is generally referred to as the holding voltage of the switching element 12, and it preferably corresponds to the lower voltage value in the sense of the present invention.
  • the timer 40 can be saved if the capacitor 34 is initially charged to a third voltage value which is again higher than the higher voltage value already mentioned.
  • the time span until the capacitor 34 has then discharged to the higher voltage value mentioned corresponds to the time constant T.
  • a further exemplary embodiment of a safety switching device according to the invention is designated in its entirety in FIG. 2 by reference number 50.
  • the same reference numerals designate the same elements as in FIG. 1.
  • the output voltage U A of the power supply 26 in the safety switching device 50 is not regulated as a function of an operating temperature ⁇ of the switching element 12, but rather as a function of the required holding current I H.
  • the holding current I H denotes the current that is required to hold the normally open contacts 14 of the switching element 12 in their active working position.
  • a resistor 52 is arranged in series with the start switch 38 in the present exemplary embodiment, the respective voltage drop of which is measured in a manner known per se with the aid of a voltage sensor 54.
  • the output signal of the voltage sensor 54 is fed to the lowering unit 30, which in dependence thereon applies the output voltage U A of the power supply unit 26 Right. Otherwise, the mode of operation of the safety switching device 50 corresponds to that of the safety switching device 10.
  • the mode of operation of the safety switching device 10 is explained in FIG. 3 using two voltage-time diagrams, the timing element 40 being taken into account in these diagrams.
  • the upper timing diagram shows the profile of the voltage U B across the capacitor 34. At the same time below, the profile of the operating voltage U ' B applied to the switching element 12 is shown.
  • the capacitor 34 is charged to a higher voltage value, which is denoted here by O x , via the power pack 26.
  • the voltage value Uj is reached at time t 0 .
  • the capacitor 34 has the required voltage in order to supply the switching element 12 with the power required to activate its normally open contacts 14.
  • the start switch 38 is actuated by an operator. An actuation of the start switch 38 earlier than t 0 would have no effect, since the switch-on protection has not yet released the start switch due to the capacitor 34 which has not yet been sufficiently charged.
  • the capacitor 34 is connected to the switching element 12.
  • the operating voltage U ' B therefore jumps to the value of the voltage U B present at the capacitor 34.
  • the lowering unit 30 controls the power supply unit 26 in such a way that the voltages U B and U ' B drop to a lower voltage value U 2 .
  • the time period T is chosen so that the working contacts 14 of the switching element 12 have already been moved into their active working position at this time.
  • the lower voltage value U 2 corresponds to the required holding voltage of the switching element 12. According to a preferred embodiment of the invention, the voltage value U 2 also corresponds to the voltage at which the power supply unit 26 outputs its nominal power to an adapted resistor. This value, referred to here as the nominal voltage, is shown in the two time diagrams in FIG. 3 by means of a dotted line 60. As can be seen, the nominal voltage of the power supply unit 26 is below the voltage value U 1 to which the capacitor 34 must be charged before the start switch 38 is actuated. The power supply unit 26 is therefore undersized with regard to the maximum switching power required.
  • the function of the timer 40 is implicitly realized in that the capacitor is charged 34 at the start to a voltage value U 3, which is even higher than the said higher voltage value Uj. This is shown in FIG. 4.
  • the capacitor 34 can discharge via the switching element 12.
  • the voltage U B across the capacitor 34 drops accordingly.
  • the capacitor 34 and the discharge resistors are dimensioned in such a way that the voltage U B or U ' B is only required after the time period T to activate the normally open contacts 14. falls below the voltage value ⁇ .
  • the lowering unit 30 can therefore control the power supply unit 26 from the moment the start switch 38 is actuated.

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Direct Current Feeding And Distribution (AREA)
  • Relay Circuits (AREA)

Abstract

The invention relates to a safety switching device (10), for the safe switching on and off of an electrical user (24), in particular, an electric motor, with an electromechanical switching element (12), comprising at least one adjustable working contact (14), with a supply unit (26) to produce a working voltage (U'B) for the switch element (12) and with a reducing unit (30), which reduces the operating voltage (U'B) supplied to the switching element (12), from a higher (U1) to a lower (U2) voltage value. The invention is characterised in that the supply unit (26) is a variable unit with adjustable output voltage (UA) and that the reducing unit (30) determines the output voltage (UA) of the supply unit (26), depending upon the operating state.

Description

Sicherheitsschaltqerät zum sicheren Ein- und Ausschalten eines elektrischen Verbrauchers Safety switching device for the safe switching on and off of an electrical consumer
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Sicherheitsschaltgerät zum sicheren Ein- und Ausschalten eines elektrischen Verbrauchers, insbesondere eines elektrischen Antriebs, mit einem elektromechanischen Schaltelement, das zumindest einen verstellbaren Arbeitskontakt aufweist, mit einem Netzteil zum Erzeugen einer Betriebsspannung für das Schaltelement, und mit einer Absenkeinheit, die die dem Schaltelement zugeführte Betriebsspannung in Abhängigkeit von einem Betriebszustand des Schaltelements von einem höheren auf einen niedrigeren Spannungswert absenkt . The present invention relates to a safety switching device for the safe switching on and off of an electrical consumer, in particular an electrical drive, with an electromechanical switching element which has at least one adjustable working contact, with a power supply unit for generating an operating voltage for the switching element, and with a lowering unit which the operating voltage supplied to the switching element is reduced as a function of an operating state of the switching element from a higher to a lower voltage value.
Ein derartiges Sicherheitsschaltgerät ist aufgrund seiner Verwendung bekannt.Such a safety switching device is known due to its use.
Gattungsgemäße Sicherheitsschaltgeräte werden vor allem im industriellen Bereich verwendet, um elektrisch angetriebene Maschinen, wie beispielsweise eine Presse oder ein Fräswerkzeug, ein- und vor allem sicher auszuschalten. Sie dienen bspw. in Verbindung mit einem mechanisch betätigbaren Notaus-Taster dazu, um die Maschine in einer Notfallsituation schnell und sicher abzuschalten. Hierzu ist die Stromversorgung der abzuschaltenden Maschine über den verstellbaren Arbeitskontakt des Schaltelements geführt. Häufig sind aus Sicherheitsgründen sogar Arbeitskontakte von mehreren redundanten Schaltelementen in Serie zueinander angeordnet, was für die vorliegende Erfindung jedoch nicht unbedingt erforderlich ist. Sobald der bzw. die Arbeitskontakte geöffnet werden, wird die Stromzuführung der Maschine unterbrochen.Generic safety switching devices are used primarily in the industrial sector to switch on and, above all, safely switch off electrically driven machines, such as a press or a milling tool. They are used, for example, in conjunction with a mechanically actuated emergency stop button to switch off the machine quickly and safely in an emergency situation. For this purpose, the power supply to the machine to be switched off is carried out via the adjustable normally open contact of the switching element. Often, for safety reasons, even work contacts of a plurality of redundant switching elements are arranged in series with one another, but this is not absolutely necessary for the present invention. As soon as the work contact (s) are opened, the power supply to the machine is interrupted.
Als Schaltelemente werden üblicherweise Relais, bei hohen zu schaltenden Strömen sogenannte Schütze verwendet. Derartige Schaltelemente besitzen einen eingangsseitigen Steuerkreis mit einer Spule, in der mit Hilfe der zugeführten Betriebsspannung ein Steuerstrom erzeugt wird. Der Steuerstrom erzeugt seinerseits ein Magnetfeld, das bei ausreichender Stärke den bzw. die Arbeitskontakte in ihre aktive ArbeitsStellung versetzt. Bei einem sogenannten Öffner-Schaltelement sind die Arbeitskontakte im aktiven Zustand geöffnet, bei einem sogenannten Schließer- Schaltelement geschlossen. Im passiven Ruhezustand ist die Stellung der Arbeitskontakte jeweils umgekehrt. Ein bekanntes Problem bei gattungsgemäßen Sicherheitsschaltgeräten ist, daß ein nur gewisses Maß an Wärme bis zur thermischen Zerstörung in das Gehäuse der Schaltgeräte eingebracht werden darf. Ein Großteil dieser Wärme entsteht aufgrund ohmscher Verluste in den Spulen der Schaltelemente. Zur Lösung dieses Problems ist es bekannt, die Betriebsspannung für das Schaltelement nach dem Aktivieren der Arbeitskontakte auf eine möglichst niedrige Haltespannung abzusenken. Demgegenüber wird zum Aktivieren der Arbeitskontakte eine höhere Betriebsspannung benötigt, da in diesem Fall die Arbeitskontakte unter Aufwendung einer höheren Energie gegen eine mechanische Vorspannkraft bewegt werden müssen.Relays are usually used as switching elements, and so-called contactors are used at high currents to be switched. Such switching elements have an input-side control circuit with a coil in which a control current is generated with the aid of the supplied operating voltage. The control current in turn generates a magnetic field which, with sufficient strength, puts the working contact (s) in their active working position. With a so-called normally open switching element, the normally open contacts are open in the active state, and closed with a so-called normally open switching element. In the passive idle state, the position of the working contacts is reversed. A known problem with generic safety switching devices is that only a certain amount of heat may be introduced into the housing of the switching devices until thermal destruction. Much of this heat is generated in the coils of the switching elements due to ohmic losses. To solve this problem, it is known to lower the operating voltage for the switching element after the activation of the normally open contacts to the lowest possible holding voltage. In contrast, a higher operating voltage is required to activate the normally open contacts, since in this case the normally open contacts have to be moved against a mechanical pretensioning force by using higher energy.
Zum Absenken der Betriebsspannung sind bei gattungsgemäßen Sicherheitsschaltgeräten bislang zwei verschiedene Verfahren bekannt. Im ersten Fall wird dann, wenn die Arbeitskontakte des Schaltelements in ihre Arbeitsstellung gegangen sind, ein Vorwiderstand in den Stromkreis des Schaltelements geschaltet. Die ursprünglich anliegende Betriebsspannung teilt sich dann auf den Vorwiderstand und das Schaltelement auf, so daß das Schaltelement selbst eine abgesenkte Betriebsspannung erhält. Dieses Verfahren besitzt jedoch den Nachteil, daß auch der Vorwiderstand Wärme infolge ohmscher Verluste erzeugt, so daß sich insgesamt nur eine vergleichsweise geringe Reduzierung der thermischen Belastung erreichen läßt.So far, two different methods are known for lowering the operating voltage in generic safety switching devices. In the first case, when the contacts of the switching element have moved into their working position, a series resistor is switched into the circuit of the switching element. The originally applied operating voltage is then divided between the series resistor and the switching element, so that the switching element itself receives a reduced operating voltage. However, this method has the disadvantage that the series resistor also generates heat as a result of ohmic losses, so that overall only a comparatively small reduction in the thermal load can be achieved.
Bei der zweiten bekannten Alternative wird in dem Stromkreis, der die Betriebsspannung zu dem Schaltelement führt, ein Transistor angeordnet, der über eine Steuerschaltung getaktet wird. Durch eine Taktung mit variabler Pulsbreite (Pulsweitenmodulation) läßt sich die mittlere Betriebsspannung an dem Schaltele- ment absenken. Auch bei dieser Alternative wird jedoch mit dem Transistor ein Bauteil benötigt, das selbst Wärme infolge seiner Verlustleistung produziert. Darüber hinaus ist in diesem Fall die Ansteuerung des Transistors vergleichsweise aufwendig.In the second known alternative, a transistor is arranged in the circuit which supplies the operating voltage to the switching element and is clocked via a control circuit. The average operating voltage at the switching element can be determined by clocking with a variable pulse width (pulse width modulation). lower ment. In this alternative, too, a component is required with the transistor that itself produces heat due to its power loss. In addition, the control of the transistor is comparatively complex in this case.
Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine weitere Alternative anzugeben, wie die thermische Belastung bei einem Sicherheitsschaltgerät der eingangs genannten Art reduziert werden kann.It is therefore an object of the present invention to provide a further alternative of how the thermal load can be reduced in a safety switching device of the type mentioned at the beginning.
Diese Aufgabe wird bei dem eingangs genannten Sicherheitsschaltgerät dadurch gelöst, daß das Netzteil ein variables Netzteil mit veränderbarer Ausgangsspannung ist und daß die Absenkeinheit in Abhängigkeit von dem Betriebszustand die Ausgangsspannung des Netzteils bestimmt.This object is achieved in the safety switching device mentioned at the outset in that the power supply unit is a variable power supply unit with a variable output voltage and that the lowering unit determines the output voltage of the power supply unit as a function of the operating state.
Im Unterschied zu den bisher bekannten Maßnahmen erfolgt das Absenken der Betriebsspannung hier, indem die Absenkeinheit direkt die Ausgangsspannung des Netzteils beeinflußt. Dies setzt die Verwendung eines Netzteils mit variabler Ausgangsspannung voraus, was bei bisher bekannten, gattungsgemäßen Sicherheitsschaltgeräten unüblich ist. Im Unterschied zum Stand der Technik wird die "überschüssige" Betriebsspannung daher bereits an ihrer Quelle reduziert. Anders ausgedrückt erzeugt das Netzteil bei dem erfindungsgemäßen Sicherheitsschaltgerät jeweils nur die für das Schaltelement benötigte Betriebsspannung. Ein Ableiten oder ein "Vernichten" eines vom Netzteil zunächst bereitgestellten, jedoch nicht benötigten Anteils der Betriebsspannung kann somit entfallen. Die Maßnahme ist im Vergleich zu gattungsgemäßen Sicherheitsschaltgeräten einfacher, da schaltbare Vorwiderstände bzw. die Maßnahmen zum Takten und zur Pulsweitenwodulation der Betriebsspannung entfallen können. Darüber hinaus entfallen auch die zu diesem Zweck bisher benötigten Bauelemente, die jedes für sich infolge von Verlustleistungen Wärme erzeugen. Schließlich werden bei der erfindungsgemäßen Lösung auch die Netzteilverluste reduziert, da bereits vom Netzteil selbst eine geringere Betriebsspannung erzeugt wird.In contrast to the previously known measures, the operating voltage is reduced here by the lowering unit directly influencing the output voltage of the power supply. This requires the use of a power supply unit with a variable output voltage, which is unusual in the case of previously known generic safety switching devices. In contrast to the prior art, the "excess" operating voltage is therefore already reduced at its source. In other words, the power supply unit in the safety switching device according to the invention only generates the operating voltage required for the switching element. Deriving or "destroying" a portion of the operating voltage initially provided by the power supply but not required can thus be dispensed with. The measure is simpler in comparison to generic safety switching devices, since switchable series resistors or the measures for clocking and pulse width modulation of the operating voltage can be omitted. In addition, the components previously required for this purpose, which each generate heat as a result of power losses, are also eliminated. Finally, the power supply losses are also reduced in the solution according to the invention, since a lower operating voltage is already generated by the power supply itself.
Insgesamt kann die thermische Belastung des erfindungsgemäßen Sicherheitsschaltgeräts daher deutlich reduziert werden. Zudem ist die erfindungsgemäße Anordnung einfacher als die bisher bekannter Schaltgeräte.Overall, the thermal load on the safety switching device according to the invention can therefore be significantly reduced. In addition, the arrangement according to the invention is simpler than the previously known switching devices.
Die genannte Aufgabe ist daher vollständig gelöst.The above task is therefore completely solved.
In einer Ausgestaltung der Erfindung ist die dem Schaltelement zugeführte Betriebsspannung über einen zusätzlichen Energie- speiσher gepuffert.In one embodiment of the invention, the operating voltage supplied to the switching element is buffered via an additional energy store.
Als Energiespeicher findet dabei bevorzugt ein Kondensator Verwendung, der zusätzlich, d.h. außerhalb des Netzteils, angeordnet ist. Die Maßnahme besitzt den Vorteil, daß das Schaltelement eine sehr gleichmäßige und stabile Betriebsspannung erhält, was die Gefahr von Störungen und fehlerhaften Schaltvorgängen reduziert. Dies ist vor allem im Hinblick auf den Sicherheitsaspekt der Schaltgeräte von Vorteil.A capacitor is preferably used as the energy store, which additionally, i.e. outside the power supply. The measure has the advantage that the switching element receives a very uniform and stable operating voltage, which reduces the risk of malfunctions and faulty switching operations. This is particularly advantageous with regard to the safety aspect of the switchgear.
In einer weiteren Ausgestaltung benötigt das Schaltelement zum Aktivieren des Arbeitskontakts eine maximale Schaltleistung und das Netzteil weist eine elektrische Nennleistung auf, die geringer als die maximale Schaltleistung ist.In a further embodiment, the switching element requires a maximum switching capacity and for activating the make contact the power supply unit has a nominal electrical power that is less than the maximum switching power.
Bei dieser Ausgestaltung der Erfindung ist das Netzteil im Hinblick auf die maximal erforderliche Schaltleistung unterdimensioniert. Das Netzteil ist für sich genommen nicht in der Lage, die zum Aktivieren der Arbeitskontakte erforderliche Schaltleistung bereitzustellen. Da die maximale Schaltleistung jedoch nur kurzzeitig beim Aktivieren der Arbeitskontakte benötigt wird, kann sie durch ein vorheriges Aufladen des zusätzlichen Energiespeichers bereitgestellt werden. Der zusätzliche Energiespeiche ist dabei im Gegensatz zu dem Netzteil im Hinblick auf die maximale Schaltleistung dimensioniert.In this embodiment of the invention, the power supply is undersized with regard to the maximum switching power required. The power supply unit alone is not able to provide the switching power required to activate the make contacts. However, since the maximum switching capacity is only required for a short time when the work contacts are activated, it can be provided by previously charging the additional energy store. In contrast to the power supply unit, the additional energy storage is dimensioned with regard to the maximum switching capacity.
Im Arbeitsbetrieb des Sicherheitsschaltgeräts ist demgegenüber nur eine geringere Halteleistung für die Arbeitskontakte erforderlich. Diese geringere Leistung kann auch von einem im Hinblick auf die erforderliche Schaltleistung unterdimensionierten Netzteil zur Verfügung gestellt werden kann.In contrast, when the safety switching device is in operation, only a lower holding power is required for the work contacts. This lower power can also be made available by a power supply that is underdimensioned with regard to the required switching power.
Die Maßnahme besitzt den Vorteil, daß aufgrund der geringeren Nennleistung ein Netzteil mit kleineren Transformator verwendet werden kann, wodurch die Baugröße reduziert ist. Das erfindungsgemäße Sicherheitsschaltgerät dieser Ausgestaltung kann daher sehr klein bauend realisiert werden.The measure has the advantage that a power supply unit with a smaller transformer can be used due to the lower nominal output, which reduces the size. The safety switching device of this embodiment according to the invention can therefore be implemented in a very small size.
In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist der Betriebszustand das Erreichen einer Arbeitsstellung des Arbeitskontakts . Diese Maßnahme besitzt den Vorteil, daß das Absenken der Betriebsspannung so früh wie möglich erfolgt. Hierdurch werden die thermischen Belastungen des Sicherheitsschaltgeräts frühzeitig reduziert.In a further embodiment of the invention, the operating state is the reaching of a working position of the working contact. This measure has the advantage that the operating voltage is reduced as early as possible. As a result, the thermal loads on the safety switching device are reduced at an early stage.
In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist die Ausgangsspannung des Netzteils in Abhängigkeit von einem Betriebsparameter des Schaltelements geregelt.In a further embodiment of the invention, the output voltage of the power supply is regulated as a function of an operating parameter of the switching element.
In dieser Ausgestaltung der Erfindung wird nicht nur die Arbeitsposition des Arbeitskontakts, sondern es werden darüber hinaus weitere Betriebsparameter, wie beispielsweise eine Betriebstemperatur, berücksichtigt. Hierdurch ist es möglich, die Betriebsspannung auf einen jeweils optimalen Wert abzusenken, wodurch die thermische Belastung des Sicherheitsschaltgeräts nochmals reduziert wird. Gleichzeitig ist aufgrund der Regelung eine fehlerfreie Funktion des Sicherheitsschaltgeräts gewährleistet.In this embodiment of the invention, not only the working position of the working contact is taken into account, but further operating parameters, such as an operating temperature, are also taken into account. This makes it possible to lower the operating voltage to an optimal value, which further reduces the thermal load on the safety switching device. At the same time, the control ensures that the safety relay functions correctly.
In einer Ausgestaltung der zuvor genannten Maßnahme ist der Betriebsparameter eine Betriebstemperatur des Schaltelements .In one configuration of the measure mentioned above, the operating parameter is an operating temperature of the switching element.
Diese Maßnahme ist besonders vorteilhaft, da der ohmsche Widerstand von Spulen mit zunehmender Temperatur steigt. Da bei steigendem Widerstand der Stromfluß und damit die Stärke des Magnetfeldes abnimmt, müßte ohne eine temperaturabhängige Regelung der Betriebsspannung eine Spannungsreserve berücksichtigt werden, um einen fehlerfreien Betrieb des Sicherheitsschaltgeräts unter allen Arbeitsbedingungen zu gewährleisten. Diese Spannungsreserve ist im Hinblick auf die thermische Belastung jedoch von Nachteil, der bei dieser Ausgestaltung der Erfindung vermieden wird.This measure is particularly advantageous since the ohmic resistance of coils increases with increasing temperature. Since the current flow and thus the strength of the magnetic field decrease with increasing resistance, a voltage reserve would have to be taken into account without a temperature-dependent regulation of the operating voltage in order to ensure error-free operation of the safety switching device under all working conditions. This voltage reserve is in view of the thermal load however, a disadvantage that is avoided in this embodiment of the invention.
In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist der Betriebsparameter ein Haltestrom des Schaltelements.In a further embodiment of the invention, the operating parameter is a holding current of the switching element.
Bei dieser Ausgestaltung der Erfindung wird die jeweils erforderliche Betriebsspannung mit Hilfe eines Stromfühlers bestimmt, der in dem Stromkreis für das Schaltelement angeordnet ist. Die Ausgangsspannung des Netzteils wird von der Absenkeinheit daher jeweils so bestimmt, daß ein konstanter Haltestrom fließen kann. Der Haltestrom für das Schaltelement wird gleichsam eingeprägt. Auch mit dieser Maßnahme ist eine optimale Regelung der Betriebsspannung zur Reduzierung von thermischen Belastungen möglich.In this embodiment of the invention, the operating voltage required in each case is determined with the aid of a current sensor which is arranged in the circuit for the switching element. The output voltage of the power supply unit is therefore determined by the lowering unit so that a constant holding current can flow. The holding current for the switching element is impressed as it were. This measure also enables optimum control of the operating voltage to reduce thermal loads.
In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung weist das Sicher- heitssσhaltgerät ein Zeitglied mit einer definierten Zeitkonstante auf und das Absenken der Betriebsspannung erfolgt in Abhängigkeit von der definierten Zeitkonstante.In a further embodiment of the invention, the safety holding device has a timing element with a defined time constant and the operating voltage is reduced as a function of the defined time constant.
Diese Maßnahme ist schaltungstechnisch sehr einfach und kostengünstig zu realisieren und kann daher zur Kostenreduktion anstelle einer Regelung der Betriebsspannung verwendet werden. Sie kann darüber hinaus jedoch auch in Ergänzung zu einer Regelung Anwendung finden, um den Beginn des eigentlichen Regelvorgangs zu bestimmen.This measure is very simple and inexpensive to implement in terms of circuitry and can therefore be used to reduce costs instead of regulating the operating voltage. However, it can also be used in addition to a regulation to determine the start of the actual regulation process.
In einer weiteren Ausgestaltung der zuvor genannten Maßnahme beinhaltet das Zeitglied das Schaltelement. Diese Ausgestaltung besitzt den Vorteil, daß das Zeitglied implizit, d.h. ohne die Verwendung zusätzlicher Bauelemente, sehr kostengünstig realisiert werden kann. Besonders bevorzugt wird das Zeitglied in diesem Fall dadurch realisiert, daß ein Energiespeicher, der dem Schaltelement die erforderliche Betriebsspannung bereitstellt, auf einen Spannungswert aufgeladen wird, der noch oberhalb von dem höheren Spannungswert im Sinne der vorliegenden Erfindung liegt. Die beteiligten Bauelemente sind dann derart dimensioniert, daß die anfängliche Spannung von ihrem Maximalwert auf den genannten höheren Spannungswert in einer Zeitspanne absinkt, die der definierten Zeitkonstante entspricht.In a further embodiment of the measure mentioned above, the timing element contains the switching element. This configuration has the advantage that the timing element can be implemented implicitly, ie without the use of additional components, at very low cost. In this case, the timer is particularly preferably implemented in that an energy store which provides the switching element with the required operating voltage is charged to a voltage value which is still above the higher voltage value in the sense of the present invention. The components involved are then dimensioned such that the initial voltage drops from its maximum value to the higher voltage value mentioned in a time period which corresponds to the defined time constant.
In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung weist das Sicherheitsschaltgerät einen Startschalter mit einer Einschaltsicherung auf, die den Startschalter nur bei Vorliegen des höheren Spannungswerts der Betriebsspannung freigibt.In a further embodiment of the invention, the safety switching device has a start switch with a switch-on fuse which only releases the start switch when the higher voltage value of the operating voltage is present.
Mit dieser Maßnahme ist gewährleistet, daß das Sicherheitsschaltgerät die Arbeitskontakte des Schaltelements tatsächlich auch aktivieren kann, wenn der Startschalter betätigt wird. Infolgedessen ist das Verhalten des Sicherheitsschaltgeräts für einen Bediener transparenter und leichter nachvollziehbar. Die Gefahr von Fehlbedienungen wird reduziert, was insbesondere im Hinblick auf den Sicherheitsaspekt der Schaltgeräte von Vorteil ist.This measure ensures that the safety switching device can actually also activate the normally open contacts of the switching element when the start switch is actuated. As a result, the behavior of the safety switching device is more transparent and easier for an operator to understand. The risk of incorrect operation is reduced, which is particularly advantageous with regard to the safety aspect of the switchgear.
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.It goes without saying that the features mentioned above and those yet to be explained not only in the respectively specified combination but also in other combinations or can be used alone without leaving the scope of the present invention.
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen:Exemplary embodiments of the invention are shown in the drawing and are explained in more detail in the following description. Show it:
Fig. 1 eine schematische Darstellung eines ersten Ausführungsbeispiels der Erfindung;Fig. 1 is a schematic representation of a first embodiment of the invention;
Fig. 2 eine schematische Darstellung eines zweiten Ausführungsbeispiels der Erfindung;Fig. 2 is a schematic representation of a second embodiment of the invention;
Fig. 3 zwei Spannungs-Zeit-Diagramme, aus denen die Funktion des Sicherheitsschaltgeräts gemäß Fig. 1 ersichtlich ist; und3 shows two voltage-time diagrams from which the function of the safety switching device according to FIG. 1 can be seen; and
Fig. 4 zwei Spannungs-Zeit-Diagramme eines weiteren Ausführungsbeispiels .Fig. 4 shows two voltage-time diagrams of a further embodiment.
In Fig. 1 ist ein erfindungsgemäßes Sicherheitsschaltgerät in seiner Gesamtheit mit der Bezugsziffer 10 bezeichnet.1, a safety switching device according to the invention is designated in its entirety by reference number 10.
Das Sicherheitsschaltgerät 10 weist ein elektromechanisches Schaltelement 12 in Form eines Relais auf. Das Schaltelement 12 besitzt im vorliegenden Ausführungsbeispiel drei parallel zueinander angeordnete Arbeitskontakte 14, die seriell zwischen jeweils einer Eingangsklemme 18 und einer Ausgangsklemme 20 des Sicherheitsschaltgeräts 10 angeordnet sind. An die Eingangsklemmen 18 ist in an sich bekannter Weise eine Stromversorgung 22 für einen elektrischen Verbraucher 24 angeschlossen. Der Verbraucher 24 ist seinerseits in an sich bekannter Weise an die Ausgangsklemmen 20 des Sicherheitsschaltgeräts 10 angeschlossen. Beispielhaft ist hier als elektrischer Verbraucher 24 ein elektrischer Antrieb dargestellt. Der elektrische Antrieb bewegt beispielsweise einen Fräskopf oder eine Presse.The safety switching device 10 has an electromechanical switching element 12 in the form of a relay. In the present exemplary embodiment, the switching element 12 has three work contacts 14 arranged parallel to one another, which are arranged serially between an input terminal 18 and an output terminal 20 of the safety switching device 10. A power supply 22 for an electrical load 24 is connected to the input terminals 18 in a manner known per se. The Consumer 24 is in turn connected to the output terminals 20 of the safety switching device 10 in a manner known per se. An electrical drive is shown here as an example of an electrical consumer 24. The electric drive moves a milling head or a press, for example.
Abweichend von der hier gezeigten Darstellung besitzen Sicherheitsschaltgeräte der gezeigten Art häufig zwei zueinander redundante Schaltelemente 12, deren Arbeitskontakte 14 jeweils seriell zueinander angeordnet sind. Durch diese Redundanz wird ein sicheres Abschalten des elektrischen Verbrauchers auch bei Versagen eines Schaltelements 12 gewährleistet. Diese Ausführung ist für sich genommen im Stand der Technik hinreichend bekannt und wurde hier aus Gründen der Übersichtlichkeit nicht dargestellt.In a departure from the illustration shown here, safety switching devices of the type shown often have two mutually redundant switching elements 12, the normally open contacts 14 of which are arranged in series with one another. This redundancy ensures that the electrical consumer is safely switched off even if a switching element 12 fails. This version is sufficiently well known in the art and has not been shown here for reasons of clarity.
Mit der Bezugsziffer 26 ist ein Netzteil bezeichnet, das hier gemäß einer bevorzugten Ausführung der Erfindung ein Schaltnetzteil ist. Das Netzteil 26 kann über zwei Anschlußklemmen 28 in an sich bekannter Weise an eine Stromversorgung angeschlossen werden. In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel ist dies die Stromversorgung 22, die auch den elektrischen Verbraucher 24 versorgt (hier nicht dargestellt).The reference number 26 denotes a power supply unit, which according to a preferred embodiment of the invention is a switching power supply unit here. The power supply unit 26 can be connected to a power supply in a manner known per se via two connecting terminals 28. In a preferred exemplary embodiment, this is the power supply 22, which also supplies the electrical consumer 24 (not shown here).
Das Netzteil 26 ist ein variables Netzteil mit einer veränderbaren Ausgangsspannung.The power supply 26 is a variable power supply with a variable output voltage.
Mit der Bezugsziffer 30 ist eine schematisch dargestellte Absenkeinheit bezeichnet, die in der nachfolgend erläuterten Art und Weise die Ausgangsspannung des Netzteils 26 bestimmt. Die Absenkeinheit 30 ist jedoch nicht notwendig als separates Bau- teil in dem Sicherheitsschaltgerät 10 enthalten. Sie kann räumlich ebenso in dem Netzteil 26 integriert sein. Dies ist bevorzugterweise dann der Fall, wenn das Netzteil 26 bereits von sich aus die nachfolgend beschriebenen Eingangssignale zum Einstellen der veränderbaren Ausgangsspannung verarbeiten kann. Bei Netzteilen, die derartige Signale nicht direkt verarbeiten können, beinhaltet die Absenkeinheit 30 eine Signalaufbereitung und gegebenenfalls eine Schaltungslogik, die die verschiedenen, nachfolgend beschriebenen Eingangssignale miteinander kombiniert.Reference number 30 denotes a schematically illustrated lowering unit, which determines the output voltage of the power supply unit 26 in the manner explained below. However, the lowering unit 30 is not necessary as a separate construction Part included in the safety switching device 10. It can also be spatially integrated in the power supply 26. This is preferably the case when the power supply unit 26 can already process the input signals described below for setting the variable output voltage. In the case of power supply units which cannot process such signals directly, the lowering unit 30 includes signal conditioning and, if appropriate, circuit logic which combines the various input signals described below.
In dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel erhält die Absenkeinheit 30 das Ausgangssignal eines Temperaturfühlers 32, der die Betriebstemperatur θ des Schaltelements 12 ermittelt. Die Absenkeinheit 30 bestimmt in Abhängigkeit von der erhaltenen Betriebstemperatur θ die Ausgangsspannung UA des Netzteils 26.In the exemplary embodiment shown here, the lowering unit 30 receives the output signal of a temperature sensor 32, which determines the operating temperature θ of the switching element 12. The lowering unit 30 determines the output voltage U A of the power pack 26 as a function of the operating temperature θ obtained.
Mit dem Bezugszeichen 34 ist ein Kondensator bezeichnet, der parallel zu dem Ausgang des Netzteils 26 angeordnet ist. Der Kondensator 34 lädt sich auf die Ausgangsspannung UA des Netzteils 26 auf und bildet einen kapazitiven Energiespeicher. Parallel zu dem Kondensator 34 ist ein Spannungssensor 36 angeordnet, der den jeweils am Kondensator 34 anliegenden Spannungswert bestimmt. Das Ausgangssignal des Spannungssensors 36 ist einem Startschalter 38 zugeführt, der seriell in der Spannungszuführung von dem Kondensator 34 zu dem Schaltelement 12 angeordnet ist. Der Startschalter 38 besitzt in dem vorliegenden Ausführungsbeispiel eine hier nicht näher dargestellte Einschaltsicherung, die den Startschalter für einen Bediener nur dann freigibt, wenn der von dem Spannungssensor 36 bestimmte Spannungswert ausreicht, um die Arbeitskontakte 14 in ihre Arbeitsstellung zu bewegen. Dieser erforderliche Spannungswert ist bevorzugt der höhere Spannungswert im Sinne der vorliegenden Erfindung.The reference numeral 34 denotes a capacitor which is arranged in parallel with the output of the power supply 26. The capacitor 34 charges up to the output voltage U A of the power supply 26 and forms a capacitive energy store. A voltage sensor 36 is arranged parallel to the capacitor 34 and determines the voltage value present at the capacitor 34. The output signal of the voltage sensor 36 is fed to a start switch 38, which is arranged in series in the voltage supply from the capacitor 34 to the switching element 12. In the present exemplary embodiment, the start switch 38 has a switch-on fuse (not shown here in more detail) which only releases the start switch for an operator when the one determined by the voltage sensor 36 Voltage value is sufficient to move the work contacts 14 into their working position. This required voltage value is preferably the higher voltage value in the sense of the present invention.
Die in diesem Ausführungsbeispiel an dem Schaltelement 12 anliegende Spannung ist mit UB' bezeichnet. Sie unterscheidet sich von der Ausgangsspannung UA des Netzteils und damit von der hier am Kondensator 34 anliegenden Spannung UB dadurch, daß sie erst bei einer erfolgreichen Betätigung des Startschalters 38 auf denjenigen Spannungswert springt, der am Kondensator 34 anliegt. Die zeitlichen Zusammenhänge sind nachfolgend anhand der Fig. 3 näher erläutert.The voltage applied to the switching element 12 in this exemplary embodiment is denoted by U B '. It differs from the output voltage U A of the power pack and thus from the voltage U B present here at the capacitor 34 in that it only jumps to the voltage value present at the capacitor 34 when the start switch 38 is actuated successfully. The temporal relationships are explained in more detail below with reference to FIG. 3.
Gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung ist der Startschalter 38 über ein Zeitglied 40 mit der Absenkeinheit 30 verbunden. Das Zeitglied 40 besitzt eine definierte Zeitkonstante T. Die Absenkeinheit 30 erhält somit ein um die Zeitkonstante T verzögertes Signal, wenn der Startschalter 38 erfolgreich betätigt worden ist. Die Zeitkonstante T ist so gewählt, daß das Schaltelement 12 innerhalb der sich ergebenden Zeitspanne die Arbeitskontakte 14 in ihre Arbeitsstellung bewegt hat. Die Absenkeinheit 30 kann daher bei Vorliegen des genannten Signals die Ausgangsspannung UÄ des Netzteils 26 auf einen Wert absenken, der ausreicht, um die Arbeitskontakte 14 in ihrer Arbeitsstellung zu halten. Dieser Spannungswert wird allgemein üblich als Haltespannung des Schaltelements 12 bezeichnet, und er entspricht bevorzugt dem niedrigeren Spannungswert im Sinne der vorliegenden Erfindung. In einer Variante dieses Ausführungsbeispiels kann das Zeitglied 40 eingespart werden, wenn der Kondensator 34 zu Beginn auf einen dritten Spannungswert aufgeladen wird, der nochmals höher ist als der bereits genannte höhere Spannungswert. Die Zeitspanne, bis der Kondensator 34 sich dann auf den genannten höheren Spannungswert entladen hat, entspricht der Zeitkonstante T. Die Funktionsweise dieser Variante ist nachfolgend anhand Fig. 4 näher erläutert.According to a preferred exemplary embodiment of the invention, the start switch 38 is connected to the lowering unit 30 via a timing element 40. The timer 40 has a defined time constant T. The lowering unit 30 thus receives a signal delayed by the time constant T when the start switch 38 has been actuated successfully. The time constant T is chosen so that the switching element 12 has moved the working contacts 14 into their working position within the resulting time period. The lowering unit 30 can therefore lower the output voltage U.sub.A of the power supply 26 to a value which is sufficient to hold the normally open contacts 14 in their working position when the aforementioned signal is present. This voltage value is generally referred to as the holding voltage of the switching element 12, and it preferably corresponds to the lower voltage value in the sense of the present invention. In a variant of this exemplary embodiment, the timer 40 can be saved if the capacitor 34 is initially charged to a third voltage value which is again higher than the higher voltage value already mentioned. The time span until the capacitor 34 has then discharged to the higher voltage value mentioned corresponds to the time constant T. The mode of operation of this variant is explained in more detail below with reference to FIG. 4.
In Fig. 2 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Sicherheitsschaltgeräts in seiner Gesamtheit mit dem Bezugszeichen 50 bezeichnet. Gleiche Bezugszeichen bezeichnen dabei dieselben Elemente wie in Fig. 1.A further exemplary embodiment of a safety switching device according to the invention is designated in its entirety in FIG. 2 by reference number 50. The same reference numerals designate the same elements as in FIG. 1.
Im Gegensatz zu dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 1 wird die Ausgangsspannung UA des Netzteils 26 bei dem Sicherheitsschaltgerät 50 nicht in Abhängigkeit von einer Betriebstemperatur θ des Schaltelements 12, sondern in Abhängigkeit von dem erforderlichen Haltestrom IH geregelt. Der Haltestrom IH bezeichnet dabei denjenigen Strom, der erforderlich ist, um die Arbeitskontakte 14 des Schaltelements 12 in ihrer aktiven Arbeitsstellung zu halten.In contrast to the exemplary embodiment according to FIG. 1, the output voltage U A of the power supply 26 in the safety switching device 50 is not regulated as a function of an operating temperature θ of the switching element 12, but rather as a function of the required holding current I H. The holding current I H denotes the current that is required to hold the normally open contacts 14 of the switching element 12 in their active working position.
Zum Bestimmen des dem Schaltelement 12 zugeführten Stroms IH ist beim vorliegenden Ausführungsbeispiel seriell zu dem Startschalter 38 ein Widerstand 52 angeordnet, dessen jeweiliger Spannungsabfall in an sich bekannter Weise mit Hilfe eines Spannungssensors 54 gemessen wird. Das Ausgangssignal des Spannungssensors 54 ist der Absenkeinheit 30 zugeführt, die in Abhängigkeit davon die Ausgangsspannung UA des Netzteils 26 be- stimmt. Im übrigen entspricht die Funktionsweise des Sicherheitsschaltgeräts 50 derjenigen des Sicherheitsschaltgeräts 10.In order to determine the current I H supplied to the switching element 12, a resistor 52 is arranged in series with the start switch 38 in the present exemplary embodiment, the respective voltage drop of which is measured in a manner known per se with the aid of a voltage sensor 54. The output signal of the voltage sensor 54 is fed to the lowering unit 30, which in dependence thereon applies the output voltage U A of the power supply unit 26 Right. Otherwise, the mode of operation of the safety switching device 50 corresponds to that of the safety switching device 10.
Stellvertretend auch für weitere Ausführungsbeispiele ist in Fig. 3 anhand zweier Spannungs-Zeit-Diagramme die Funktionsweise des Sicherheitsschaltgeräts 10 erläutert, wobei in diesen Diagrammen das Zeitglied 40 berücksichtigt ist.Representing other exemplary embodiments, the mode of operation of the safety switching device 10 is explained in FIG. 3 using two voltage-time diagrams, the timing element 40 being taken into account in these diagrams.
Das obere Zeitdiagramm zeigt den Verlauf der Spannung UB über dem Kondensator 34. Zeitgleich darunter ist der Verlauf der am Schaltelemert 12 anliegenden Betriebsspannung U'B dargestellt.The upper timing diagram shows the profile of the voltage U B across the capacitor 34. At the same time below, the profile of the operating voltage U ' B applied to the switching element 12 is shown.
Nach Inbetriebnahme des Sicherheitsschaltgeräts 10 wird der Kondensator 34 über das Netzteil 26 auf einen höheren Spannungswert, der hier mit Ox bezeichnet ist, aufgeladen. Der Spannungswert Uj wird zum Zeitpunkt t0 erreicht. Ab diesem Zeitpunkt besitzt der Kondensator 34 die erforderliche Spannung, um dem Schaltelement 12 die zum Aktivieren seiner Arbeitskontakte 14 erforderliche Leistung zu liefern. Zum Zeitpunkt tx wird der Startschalter 38 von einer Bedienperson betätigt. Eine Betätigung des Startschalters 38 zu einem früheren Zeitpunkt als t0 hätte keine Auswirkung, da die Einschaltsicherung den Startschalter aufgrund des noch nicht ausreichend geladenen Kondensators 34 noch nicht freigegeben hat.After the safety switching device 10 has been started up, the capacitor 34 is charged to a higher voltage value, which is denoted here by O x , via the power pack 26. The voltage value Uj is reached at time t 0 . From this point in time, the capacitor 34 has the required voltage in order to supply the switching element 12 with the power required to activate its normally open contacts 14. At time t x , the start switch 38 is actuated by an operator. An actuation of the start switch 38 earlier than t 0 would have no effect, since the switch-on protection has not yet released the start switch due to the capacitor 34 which has not yet been sufficiently charged.
Durch das erfolgreiche Betätigen des Startschalters 38 wird der Kondensator 34 mit dem Schaltelement 12 verbunden. Die Betriebsspannung U'B springt daher auf den Wert der am Kondensator 34 anliegenden Spannung UB. Nach Ablauf der durch das Zeitglied 40 vorgegebenen Zeitspanne T steuert die Absenkeinheit 30 das Netzteil 26 derart an, daß die Spannungen UB bzw. U'B auf einen niedrigeren Spannungswert U2 absinken. Die Zeitspanne T ist dabei so gewählt, daß die Arbeitskontakte 14 des Schaltelements 12 zu diesem Zeitpunkt bereits in ihre aktive Arbeitsstellung bewegt worden sind.By successfully actuating the start switch 38, the capacitor 34 is connected to the switching element 12. The operating voltage U ' B therefore jumps to the value of the voltage U B present at the capacitor 34. After the time period T specified by the timer 40 has elapsed, the lowering unit 30 controls the power supply unit 26 in such a way that the voltages U B and U ' B drop to a lower voltage value U 2 . The time period T is chosen so that the working contacts 14 of the switching element 12 have already been moved into their active working position at this time.
Der niedrigere Spannungswert U2 entspricht der erforderlichen Haltespannung des Schaltelements 12. Gemäß einer bevorzugten Ausführung der Erfindung entspricht der Spannungswert U2 des weiteren auch derjenigen Spannung, bei der das Netzteil 26 an einen angepaßten Widerstand seine Nennleistung abgibt. Dieser hier als Nennspannung bezeichnete Wert ist in den beiden Zeitdiagrammen der Fig. 3 anhand einer punktierten Linie 60 dargestellt. Wie zu erkennen ist, liegt die Nennspannung des Netzteils 26 unterhalb des Spannungswerts U1 auf den der Kondensator 34 vor dem Betätigen des Startschalters 38 aufgeladen sein muß. Das Netzteil 26 ist daher im Hinblick auf die maximal erforderliche Schaltleistung unterdimensioniert.The lower voltage value U 2 corresponds to the required holding voltage of the switching element 12. According to a preferred embodiment of the invention, the voltage value U 2 also corresponds to the voltage at which the power supply unit 26 outputs its nominal power to an adapted resistor. This value, referred to here as the nominal voltage, is shown in the two time diagrams in FIG. 3 by means of a dotted line 60. As can be seen, the nominal voltage of the power supply unit 26 is below the voltage value U 1 to which the capacitor 34 must be charged before the start switch 38 is actuated. The power supply unit 26 is therefore undersized with regard to the maximum switching power required.
In der bereits erwähnten Variante des in Fig. 1 gezeigten Ausführungsbeispiels ist die Funktion des Zeitgliedes 40 implizit dadurch realisiert, daß der Kondensator 34 zu Beginn auf einen Spannungswert U3 aufgeladen wird, der nochmals höher ist als der genannte höhere Spannungswert Uj,. Dies ist in Fig. 4 dargestellt. Nach dem Betätigen des Startschalters 38 zum Zeitpunkt x kann sich der Kondensator 34 über das Schaltelement 12 entladen. Die Spannung UB am Kondensator 34 sinkt entsprechend ab. Der Kondensator 34 und die Entladewiderstände sind dabei so dimensioniert, daß die Spannung UB bzw. U'B erst nach Ablauf der Zeitspanne T den zum Aktivieren der Arbeitskontakte 14 erfor- derlichen Spannungswert λ unterschreitet. Die Absenkeinheit 30 kann das Netzteil 26 daher bereits von dem Moment an ansteuern, zu dem der Startschalter 38 betätigt wird. In the aforementioned variant of the embodiment shown in Fig. 1, the function of the timer 40 is implicitly realized in that the capacitor is charged 34 at the start to a voltage value U 3, which is even higher than the said higher voltage value Uj. This is shown in FIG. 4. After actuation of the start switch 38 at time x , the capacitor 34 can discharge via the switching element 12. The voltage U B across the capacitor 34 drops accordingly. The capacitor 34 and the discharge resistors are dimensioned in such a way that the voltage U B or U ' B is only required after the time period T to activate the normally open contacts 14. falls below the voltage value λ . The lowering unit 30 can therefore control the power supply unit 26 from the moment the start switch 38 is actuated.

Claims

Patentansprüche claims
1. Sicherheitsschaltgerät zum sicheren Ein- und Ausschalten eines elektrischen Verbrauchers (24), insbesondere eines elektrischen Antriebs, mit einem elektromechanischen Schaltelement (12), das zumindest einen verstellbaren Arbeitskontakt (14) aufweist, mit einem Netzteil (26) zum Erzeugen einer Betriebsspannung (U'B; UB) für das Schaltelement (12), und mit einer Absenkeinheit (30), die die dem Schaltelement (12) zugeführte Betriebsspannung (U'B; UB) in Abhängigkeit von einem Betriebszustand des Schaltelements (12) von einem höheren (U:) auf einen niedrigeren (U2) Spannungswert absenkt, dadurch gekennzeichnet, daß das Netzteil (26) ein variables Netzteil mit veränderbarer Ausgangsspannung (UA) ist und daß die Absenkeinheit (30) in Abhängigkeit von dem Betriebszustand die Ausgangsspannung (UA) des Netzteils (26) bestimmt.1. Safety switching device for the safe switching on and off of an electrical consumer (24), in particular an electrical drive, with an electromechanical switching element (12) which has at least one adjustable working contact (14), with a power supply unit (26) for generating an operating voltage ( U 'B; U B ) for the switching element (12), and with a lowering unit (30) which the operating voltage (U'B; U B ) supplied to the switching element (12) depending on an operating state of the switching element (12) a higher (U :) to a lower (U 2 ) voltage value, characterized in that the power supply (26) is a variable power supply with a variable output voltage (U A ) and that the lowering unit (30), depending on the operating state, the output voltage (U A ) of the power supply (26) determined.
2. Sicherheitsschaltgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die dem Schaltelement (12) zugeführte Betriebsspannung (U'B; UB) über einen zusätzlichen Energiespeicher (34) gepuffert ist.2. Safety switching device according to claim 1, characterized in that the switching element (12) supplied operating voltage (U 'B; U B ) is buffered via an additional energy store (34).
3. Sicherheitsschaltgerät nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Schaltelement (12) zum Aktivieren des Arbeitskontakts (14) eine maximale Schaltleistung be- nötigt, und daß das Netzteil (26) eine elektrische Nennleistung aufweist, die geringer als die maximale Schaltleistung ist.3. Safety switching device according to claim 2, characterized in that the switching element (12) for activating the normally open contact (14) has a maximum switching capacity. necessary, and that the power supply (26) has an electrical nominal power that is less than the maximum switching power.
4. Sicherheitsschaltgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der genannte Betriebszustand das Erreichen einer Arbeitsstellung des Arbeitskontakts (14) ist.4. Safety switching device according to one of claims 1 to 3, characterized in that the said operating state is the reaching of a working position of the working contact (14).
5. Sicherheitsschaltgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausgangsspannung (UA) des Netzteils (26) in Abhängigkeit von einem Betriebsparameter (θ; IH) des Schaltelements (12) geregelt ist.5. Safety switching device according to one of claims 1 to 4, characterized in that the output voltage (U A ) of the power supply (26) in dependence on an operating parameter (θ; I H ) of the switching element (12) is regulated.
6. Sicherheitsschaltgerät nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Betriebsparameter eine Betriebstemperatur (θ) des Schaltelements (12) ist.6. Safety switching device according to claim 5, characterized in that the operating parameter is an operating temperature (θ) of the switching element (12).
7. Sicherheitsschaltgerät nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Betriebsparameter (IH) ein Haltestrom des Schaltelements (12) ist.7. Safety switching device according to claim 5 or 6, characterized in that the operating parameter (I H ) is a holding current of the switching element (12).
8. Sicherheitsschaltgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß es ein Zeitglied (40) mit einer definierten Zeitkonstante (T) aufweist und daß das Absenken der Betriebsspannung (U'B) in Abhängigkeit von der definierten Zeitkonstante (T) erfolgt.8. Safety switching device according to one of claims 1 to 7, characterized in that it has a timer (40) with a defined time constant (T) and that the lowering of the operating voltage (U ' B ) takes place as a function of the defined time constant (T) ,
9. Sicherheitsschaltgerät nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Zeitglied (40) das Schaltelement (12) beinhaltet. 9. Safety switching device according to claim 8, characterized in that the timer (40) contains the switching element (12).
0. Sicherheitsschaltgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß es einen Startschalter (38) mit einer Einschaltsicherung aufweist, die den Startschalter (38) nur bei Vorliegen des höheren Spannungswerts (Ui) der Betriebsspannung (U'B; UB) freigibt. 0. Safety switching device according to one of claims 1 to 9, characterized in that it has a start switch (38) with a switch-on fuse, the start switch (38) only in the presence of the higher voltage value (Ui) of the operating voltage (U 'B; U B ) releases.
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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
ES2321998A1 (en) * 2006-06-30 2009-06-15 Universitat Politecnica De Catalunya Electronic device to provide the electric power supply and to insensibilize the disturbances of the electrical network to the electroimanes in general and especially to the electromagnetic contactors. (Machine-translation by Google Translate, not legally binding)
EP2383764A1 (en) * 2010-04-29 2011-11-02 Kissling Elektrotechnik GmbH Bistable relay
US8829892B2 (en) 2010-04-29 2014-09-09 Kissling Elektrotechnik Gmbh Relay, in particular for the high-current range
WO2015140359A1 (en) * 2014-03-21 2015-09-24 General Electric Company Systems and methods for an energy-saving contactor

Families Citing this family (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102011107734B4 (en) * 2011-07-14 2017-06-01 Phoenix Contact Gmbh & Co. Kg Circuit arrangement for switching a relay to a safe switching state
US9502881B2 (en) 2012-08-30 2016-11-22 Siemens Aktiengesellschaft Switchgear for controlling the energy supply of an electric motor connected thereto
WO2014075743A1 (en) 2012-11-19 2014-05-22 Siemens Aktiengesellschaft Switching device for controlling energy supply of a downstream electric motor
DE102015104211A1 (en) 2015-03-20 2016-09-22 Pilz Gmbh & Co. Kg Safety switching device for fail-safe disconnection of an electrical load

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4679116A (en) * 1984-12-18 1987-07-07 Diesel Kiki Co., Ltd. Current controlling device for electromagnetic winding
US4777556A (en) * 1986-08-22 1988-10-11 Datatrak Solenoid activation circuitry using high voltage
DE4024496A1 (en) * 1990-08-02 1992-02-06 Bosch Gmbh Robert EM valve operating circuitry - has pair of control stages to provide different operating voltage levels

Family Cites Families (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE2948959C2 (en) * 1979-12-05 1983-01-05 Siemens AG, 1000 Berlin und 8000 München Electromagnetic switching device
DE3920064A1 (en) * 1989-06-20 1991-01-03 Bosch Gmbh Robert CIRCUIT ARRANGEMENT FOR THE OPERATION OF ELECTROMAGNETIC CONSUMERS
DE19508885C2 (en) * 1995-03-11 2000-05-18 Pepperl & Fuchs Device for generating peak voltages in transformer circuits, preferably transformer power supplies
DE19930994B4 (en) * 1999-07-05 2006-03-02 Leuze Lumiflex Gmbh + Co. Kg Circuit arrangement for monitoring relays in safety circuits with at least 3 relays

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4679116A (en) * 1984-12-18 1987-07-07 Diesel Kiki Co., Ltd. Current controlling device for electromagnetic winding
US4777556A (en) * 1986-08-22 1988-10-11 Datatrak Solenoid activation circuitry using high voltage
DE4024496A1 (en) * 1990-08-02 1992-02-06 Bosch Gmbh Robert EM valve operating circuitry - has pair of control stages to provide different operating voltage levels

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
ES2321998A1 (en) * 2006-06-30 2009-06-15 Universitat Politecnica De Catalunya Electronic device to provide the electric power supply and to insensibilize the disturbances of the electrical network to the electroimanes in general and especially to the electromagnetic contactors. (Machine-translation by Google Translate, not legally binding)
EP2383764A1 (en) * 2010-04-29 2011-11-02 Kissling Elektrotechnik GmbH Bistable relay
US8829892B2 (en) 2010-04-29 2014-09-09 Kissling Elektrotechnik Gmbh Relay, in particular for the high-current range
WO2015140359A1 (en) * 2014-03-21 2015-09-24 General Electric Company Systems and methods for an energy-saving contactor
CN106104737A (en) * 2014-03-21 2016-11-09 通用电气公司 Save the system and method for contactor for energy

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