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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.
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Ein
derartiges Sicherheitsschaltgerät
ist aufgrund seiner Verwendung bekannt.
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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.
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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.
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Ein
bekanntes Problem bei gattungsgemäßen Sicherheitsschaltgeräten ist,
daß ein
nur gewisses Maß an
Wärme damit
sich keine bis zur thermischen Zerstörung ergibt 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.
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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.
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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 Schaltelement 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.
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Stand der Technik
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Aus
DE 29 48 954 C2 ist
ein allgemeines elektromagnetisches Schaltgerät bekannt, das ein elektromechanisches
Schaltelement mit einer Anzahl von verstellbaren Arbeitskontakten
aufweist. Ein Netzteil zum Erzeugen einer Betriebsspannung für das Schaltelement
ist hier allerdings nicht offenbart.
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Aus
DE 40 24 496 A1 ist
eine Schaltungsanordnung zum Betrieb von elektromagnetischen Verbrauchern,
insbesondere von Magnetventilen, bekannt. Die Schaltungsanordnung
wird an das Bordnetz eines Kraftfahrzeugs angeschlossen und dient dazu,
nach Anziehen des Magnetventils mit Hilfe der Bordnetzspannung eine
niedrigere Haltespannung zu erzeugen. Dies erfolgt dadurch, daß ein erster Transistor
aus und ein zweiter Transistor eingeschaltet wird, wobei der zweite
Transistor am Ausgang eines Spannungsreglers angeordnet ist, der
die niedrigere Haltespannung erzeugt. Eine vergleichbare Anordnung
ist aus
DE 39 20 064
A1 bekannt.
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Aus
US 4,679,116 A ist
eine Stromsteuerschaltung für
ein Relais bekannt, mit der die zum Anziehen des Relais benötigte Anzugsspannung
ebenfalls auf einen niedrigeren Haltewert abgesenkt werden kann.
Diese bekannte Schaltungsanordnung arbeitet mit einem Transistor
als variablem Widerstand, an dem ein Teil der zum Halten des Relais
nicht benötigten
Betriebsspannung abfällt.
Die genannte Schaltungsanordnung ist daher mit dem bereits weiter
oben allgemein beschriebenen Stand der Technik vergleichbar.
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Aus
DE 195 08 885 A1 ist
eine Vorrichtung zur Spitzenspannungsgenerierung bei einer Transformatorschaltung
bekannt. Die generierte Spitzenspannung dient beispielsweise als
Anzugsspannung für
ein Relais, während
eine niedrigere (abgesenkte) Spannung als Haltespannung verwendet
wird. Die abgesenkte Haltespannung wird, ähnlich wie bereits oben allgemein
beschrieben, mit Hilfe eines im Längszweig zu dem Relais angeordneten
Schaltelements aus der bereitgestellten Netzspannung erzeugt.
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Aus
US 4,777,556 A ist
eine weitere Schaltungsanordnung zum Erzeugen einer überhöhten Spitzenspannung
als Anzugsspannung für
ein elektromagnetisches Bauelement bekannt. Auch in diesem Fall
wird von einer festen Netzteilspannung ausgegangen, aus der mit
Hilfe der beschriebenen Schaltungsanordnung ein überhöhter Spitzenwert abgeleitet
wird.
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Aus
der
DE 199 30 994
A1 ist eine Sicherheitsschaltung bekannt, bei der die Betriebsspannung
eines Relais nach einer fest vorgegebenen Zeitspanne von ca. 100
ms von 12 V auf 8 V abgesenkt wird, um die thermische Belastung
zu reduzieren.
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Aufgabenstellung
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Vor
diesem Hintergrund ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine
weitere Alternative anzugeben, wie die thermische Belastung bei
einem Sicherheitsschaltgerät
der eingangs genannten Art reduziert werden kann. Es soll insbesondere
ein Sicherheitsschaltgerät
angegeben werden, bei dem auf einfache und effiziente Weise eine
hohe Anzugsspannung und eine niedrigere Haltespannung zum Betrieb
eines elektromechanischen Schaltelements bereitgestellt werden.
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Diese
Aufgabe wird bei dem eingangs genannten Sicherheitsschaltgerät gelöst mit den
Merkmale des Anspruchs 1.
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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.
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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 benötig ten
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.
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Insgesamt
kann die thermische Belastung des erfindungsgemäßen Sicherheitsschaltgeräts daher
deutlich reduziert werden. Zudem ist die erfindungsgemäße Anordnung
einfacher als die bisher bekannter Schaltgeräte.
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Dabei
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.
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Die
genannte Aufgabe ist daher vollständig gelöst.
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In
einer Ausgestaltung der Erfindung ist die dem Schaltelement zugeführte Betriebsspannung über einen
zusätzlichen
Energiespeicher gepuffert.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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In
einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist der Betriebszustand
das Erreichen einer Arbeitsstellung des Arbeitskontakts.
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Diese
Maßnahme
besitzt den Vorteil, daß das
Absenken der Betriebsspannung so früh wie möglich erfolgt. Hierdurch werden
die thermischen Belastungen des Sicherheitsschaltgeräts frühzeitig reduziert.
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In
einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist die Ausgangsspannung
des Netzteils in Abhängigkeit
von einem Betriebsparameter des Schaltelements geregelt.
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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.
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In
einer Ausgestaltung der zuvor genannten Maßnahme ist der Betriebsparameter
eine Betriebstemperatur des Schaltelements.
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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.
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In
einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist der Betriebsparameter
ein Haltestrom des Schaltelements.
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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.
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In
einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung weist das Sicherheitsschaltgerät ein Zeitglied mit
einer definierten Zeitkonstante auf und das Absenken der Betriebsspannung
erfolgt in Abhängigkeit von
der definierten Zeitkonstante.
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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.
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In
einer weiteren Ausgestaltung der zuvor genannten Maßnahme beinhaltet
das Zeitglied das Schaltelement.
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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 anfängliche Spannung von ihrem
Maximalwert auf den genannten höheren Spannungswert
in einer Zeitspanne absinkt, die der definierten Zeitkonstante entspricht.
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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.
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Ausführungsbeispiel
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Ausführungsbeispiele
der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden in der
nachfolgenden Beschreibung näher
erläutert.
Es zeigen:
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1 eine
schematische Darstellung eines ersten Ausführungsbeispiels der Erfindung;
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2 eine
schematische Darstellung eines zweiten Ausführungsbeispiels der Erfindung;
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3 zwei
Spannungs-Zeit-Diagramme, aus denen die Funktion des Sicherheitsschaltgeräts gemäß 1 ersichtlich
ist; und
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4 zwei
Spannungs-Zeit-Diagramme eines weiteren Ausführungsbeispiels.
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In 1 ist
ein erfindungsgemäßes Sicherheitsschaltgerät in seiner
Gesamtheit mit der Bezugsziffer 10 bezeichnet.
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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 an geordnet
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.
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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 24 auch
bei Versagen eines der Schaltelemente 12 gewährleistet.
Diese Ausführung
ist für
sich genommen im Stand der Technik hinreichend bekannt und wurde
hier aus Gründen
der Übersichtlichkeit
nicht dargestellt.
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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).
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Das
Netzteil 26 ist ein variables Netzteil mit einer veränderbaren
Ausgangsspannung.
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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 Bauteil 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 26, 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.
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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.
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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 38 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.
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Die
in diesem Ausführungsbeispiel
an dem Schaltelement 12 anliegende Spannung ist mit U'B bezeichnet.
Sie unterscheidet sich von der Ausgangsspannung UA des
Netzteils 26 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 3 näher erläutert.
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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 UA 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.
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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 4 näher erläutert.
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In 2 ist
ein weiteres Ausführungsbeispiel eines
erfindungsgemäßen Sicherheitsschaltgeräts in seiner
Gesamtheit mit dem Bezugszeichen 50 bezeichnet. Gleiche
Bezugszeichen bezeichnen dabei dieselben Elemente wie in 1.
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Im
Gegensatz zu dem Ausführungsbeispiel gemäß 1 wird
die Ausgangsspannung UA des Netzteils 20 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.
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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 bestimmt.
Im übrigen
entspricht die Funktionsweise des Sicherheitsschaltgeräts 50 derjenigen
des Sicherheitsschaltgeräts 10.
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Stellvertretend
auch für
weitere Ausführungsbeispiele
ist in 3 anhand zweier Spannungs-Zeit-Diagramme die Funktionsweise
des Sicherheitsschaltgeräts 10 erläutert, wobei
in diesen Diagrammen das Zeitglied 40 berücksichtigt
ist.
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Das
obere Zeitdiagramm zeigt den Verlauf der Spannung UB über dem
Kondensator 34. Zeitgleich darunter ist der Verlauf der
am Schaltelement 12 anliegenden Betriebsspannung U'B dargestellt.
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Nach
Inbetriebnahme des Sicherheitsschaltgeräts 10 wird der Kondensator 34 über das
Netzteil 26 auf einen höheren
Spannungswert, der hier mit U1 bezeichnet
ist, aufgeladen. Der Spannungswert U1 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 t1 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.
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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.
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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.
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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 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.
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In
der bereits erwähnten
Variante des in 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 U1. Dies ist in 4 dargestellt.
Nach dem Betätigen
des Startschalters 38 zum Zeitpunkt t1 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 erforderlichen Spannungswert
U1 unterschreitet. Die Absenkeinheit 30 kann
das Netzteil 26 daher bereits von dem Moment an ansteuern,
zu dem der Startschalter 38 betätigt wird.