DE10127281C1 - Schaltungsanordnung zum Betreiben von Relais - Google Patents

Abstract

Es wird eine Schaltungsanordnung zum Betreiben von Relais vorgeschlagen, die mindestens ein erstes und ein zweites Relais aufweist und ein Kondensator vorgesehen ist. Die Steuerkontakte sind in den Stromkreisen der Relais angeordnet, daß die Betriebsspannung an dem ersten Relais anliegt und der Anzugsstrom für das zweite Relais von dem etwa auf Betriebsspannung aufgeladenen Kondensator geliefert wird. Im Haltezustand sind die Relais in Reihe zueinander angeordnet.

Description

Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung zum Betreiben von Relais, insbesondere für Sicherheits­ schaltungen nach dem Oberbegriff des Hauptanspruchs.

Es sind einkanalige Sicherheitsschaltgeräte allgemein bekannt, die eine Schaltungsanordnung mit zwei Relais aufweisen, wobei Kontakte der Relais in einem bzw. zwei Freigabestrompfaden vorhanden sind. Solche Si­ cherheitsschaltgeräte werden zunehmend in schmalen Gehäusen aufgenommen, die in einem Schaltschrank be­ festigt werden. Solche Gehäuse haben beispielsweise eine Breite von 22,5 mm. Die Sicherheitsschaltgeräte werden mit Nennspannungen von 24 V Gleichspannung bis 230 V Wechselspannung betrieben.

Im Stand der Technik werden beispielsweise die zwei Relais parallel geschaltet, wobei ein im Ruhezustand der Relais geschlossener Steuerkontakt jeweils des anderen Relais im Anzugsstromkreis der Halterelais vorhanden sind. Im Haltestromkreis jedes Relais ist ein selbsthaltender Kontakt jedes Relais vorgesehen. Um den Haltestrom zu reduzieren, ist es bekannt, Wi­ derstände in den Haltestromkreis jedes Relais zu schalten, wodurch der Leistungsaufwand im Haltezu­ stand auf maximal die halbe Leistung reduziert werden kann.

Aus der DE 197 36 183 C1 ist eine sicherheitsgerich­ tete Schaltungsanordnung bekannt, die zwei Relais und einen Kondensator aufweist, der sich nach dem Ein­ schalten und Anziehen des ersten Relais über das zweite Relais entlädt und dieses aktiviert.

Die schmale Bauweise der Sicherheitsschaltungen er­ fordert nicht nur kleinere Bauteile, wie zwangsge­ führte Relais und den für Wechselspannungen notwendi­ gen Transformator, sondern auch eine optimale Lei­ stungsanpassung, um somit die Wärmeentwicklung im Ge­ rät möglichst gering zu halten. Die Transformatoren, die aufgrund ihrer Baugröße noch in das Gehäuse in Schmalbauweise hineinpassen haben eine Bauleistung von 0,5 VA. Die zu verwendenden Relais haben eine Bauleistung von je 0,8 W, wobei die Leistung zu groß ist, selbst wenn, wie oben beschrieben, die Re­ laisspannung nach dem Einschaltvorgang, d. h. im Hal­ tezustand gedrosselt wird. Wenn die Leistungsaufnahme um 50% reduziert wird, nehmen beide Relais zusammen immer noch 0,8 W Leistung auf, die der Transformator aber nicht liefern kann.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Schaltungsanordnung zum Betreiben von Relais zu schaffen, bei der die Leistung um 50% im Haltebetrieb der Relais reduziert werden kann, wobei das Gerät im internen Aufbau die Sicherheitskategorie 4 nach EN 954 beibehalten soll.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die kenn­ zeichnenden Merkmale des Hauptanspruchs in Verbindung mit den Merkmalen des Oberbegriffs gelöst.

Gemäß der Erfindung ist die Schaltungsanordnung mit je einem Relais und einem Öffner und einem Schließer bzw. Wechsler so ausgebildet, daß die Relais quasi parallel anziehen und im Haltebetrieb in Reihe zuein­ ander liegen. Dabei soll unter "quasi parallel" ver­ standen werden, daß beide Relais mit etwa der vollen Betriebsspannung für den Anzugsvorgang versorgt wer­ den. Aufgrund der erfindungsgemäßen Schaltung kann die Leistungsaufnahme der Relais auf ein Viertel der notwendigen Anzugsleistung gesenkt werden, wodurch auch die Baugröße des Transformators wesentlicher kleiner ausfällt. Es ist kein Mehraufwand in der An­ steuerung der Relais notwendig und die zur Ansteue­ rung für ein Sicherheitsschaltgerät notwendigen Kon­ takte, ein Öffner und ein Schließer, werden so ange­ ordnet, daß sie zum einen die erforderliche Sicher­ heitsfunktion erfüllen und zum anderen die Relais wie gewünscht ansteuern. Die Schaltungsanordnung erlaubt es sogar, die kleinsten und somit preiswertesten zwangsgeführten Relais mit zwei Wechslern einzuset­ zen.

In vorteilhafter Weise ist die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung auch für eine Zweihandbedienung auslegbar, wobei die Synchronzeit in einfacher Weise generiert wird.

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeich­ nung dargestellt und werden in der nachfolgenden Be­ schreibung näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine schaltungsgemäße Ausgestaltung eines er­ sten Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung in Form einer Sicherheitsschaltung für Not-Aus-Anordnungen.

Fig. 2 eine schaltungsgemäße Ausgestaltung eines zweiten Ausführungsbeispiels in Form einer Sicherheitsschaltung für Zweihandbedienung.

Entsprechend der Fig. 1 weist die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung zwei Klemmen L+ und M für den An­ schluß an die Betriebsspannung auf. Die eigentliche Schaltung 4 der Sicherheitsschaltungsanordnung ist in einem Gehäuse aufgenommen, das gestrichelt angedeutet ist. Die Schaltung 4 weist zur externen Beschaltung mehrere Klemmen A1, A2, Y1, Y2, 13, 14 auf, wie wei­ ter unten beschrieben wird. An den Klemmen 13 und 14 ist ein Freigabepfad 3 herausgeführt. Der Freigabe­ strompfad 3 wird aus den Schließerkontakten k1' und k2' gebildet, die in dem Fall als Wechsler darge­ stellt sind. Die Schaltung 4 ist über einen handbe­ triebenen Schalter, beispielsweise einen Not-Aus- Schalter S1, der mit der Klemme A1 der Schaltung 4 verbunden ist, an die Betriebsspannung L+, M ange­ schlossen, wobei der Not-Aus-Schalter S1 im normalen Betrieb geschlossen ist. In Reihe mit dem Not-Aus- Schalter S1 liegt ein weiterer Schalter S2, der über die Klemmen Y1, Y2 von außen anschließbar ist und der zur Aktivierung der Schaltung 4 dient und im Anzugs­ stromkreis des ersten Relais K1 liegt. In diesem An­ zugsstromkreis, d. h. in Reihe mit dem ersten Relais K1 liegt ein Steuerkontakt k2, der im Ruhezustand der Relais geschlossen ist. Parallel zum ersten Relais K1 ist eine Freilaufdiode V1 vorgesehen, wobei ein An­ schluß der Freilaufdiode V1 und des Relais K1 an der Anschlußklemme A2 liegen, die mit Masse M verbindbar ist.

Mit dem Verbindungspunkt 5 zwischen Not-Aus-Schalter S1 und Einschalter S2 ist die Reihenschaltung eines Widerstandes R1 und eines Kondensators C1 verbunden, wobei der negative Anschluß des Kondensators C1 ei­ nerseits mit dem Öffneranschluß des Steuerkontakts k2, der im Ruhezustand der Schaltung offen ist und mit dem Kontakt k1 verbunden, der im Ruhezustand ge­ schlossen ist und an der Klemme A2 bzw. Masse M liegt. Parallel zum Widerstand R1 liegt eine Diode V3, die zum Entladen des Kondensators C1 dient.

Weiterhin ist mit dem Verbindungspunkt 5 das zweite Relais K2 verbunden, dessen anderer Anschluß an dem in der Ruhestellung der Relais offenen Kontaktan­ schluß des Kontaktes k1 liegt. Parallel zu dem Relais K2 liegt eine weitere Freilaufdiode V2.

Im Ruhezustand der Schaltung, d. h. bei geschlossenem Not-Aus-Schalter S1 und offenem Einschalter S2, wird der Kondensator C1 entsprechend dem Strompfad Klemme L+, Not-Aus-Schalter S1, Widerstand R1, Kondensator C1, Kontakt k1 und Klemme A2 bzw. Masse M bis etwa auf die Betriebsspannung aufgeladen, wobei R1 den Einschaltstrom begrenzt. Wenn die Sicherheitsschal­ tung aktiviert werden soll, wird der Einschalter S2 betätigt, wodurch das Relais K1 mit voller Betriebs­ spannung anzieht. Beim Anziehen ändert sich die Schaltstellung des Kontaktes k1, so daß die Relaiss­ pule des Relais K2 an der vom Kondensator C1 gelie­ ferten Spannung, die etwa so hoch wie die Betriebs­ spannung ist, liegt. Somit werden die beiden Relais K1 und K2 beim Anziehen quasi parallel geschaltet, d. h. beide Relais liegen etwa an der Betriebsspan­ nung. Wenn das Relais K2 angezogen hat, ändert sich die Schaltstellung des Steuerkontaktes k2, wodurch sich der Haltestromkreis ergibt, der über die Klemme L+, den Not-Aus-Schalter S1, das Relais K2, den Kon­ takt k1, den Kontakt k2, das Relais K1 und die Klemme A2 gebildet wird. Dadurch liegen die Relais K2 und K1 in Serie und der Haltestrom beträgt die Hälfte des Anzugsstroms.

In Fig. 2 ist eine Sicherheitsschaltung für den Zwei­ handbetrieb mit Synchronzeitüberwachung dargestellt. Dabei ist die eigentliche Schaltung 4 in dem gestri­ chelten, ein Gehäuse andeutenden, Kasten aufgenommen. Die Anschlüsse A10 und A20 dienen zur Verbindung mit der Spannungsversorgung L+ und M über die Zweihand- Taster S10 und S20 und die Klemmen 13 und 14 sind Be­ standteil des Freigabestromkreises 3, der dem in Fig. 1 entspricht, und dient zur Verbindung mit den Ma­ schinen.

Die Schalter S10 und S20 weisen jeweils zwei Schalte­ lemente auf, wobei im Ruhezustand jeweils ein Schal­ telement geschlossen und ein Schaltelement offen ist, derart, daß der Anschluß A10 auf M liegt und A20 auf L+.

Das erste Relais K1, sowie parallel dazu die Frei­ laufdiode V1 sind einerseits mit dem Anschluß A20 und über einen geschlossenen Kontakt k21 des Relais K2 sowie eine über die Klemmen Y1, Y2 geschaltete exter­ ne Brücke und eine Sperrdiode V30 andererseits mit dem Anschluß A10 verbunden.

Die Klemmen Y1 und Y2 können auch mit einem oder meh­ reren externen Schützen unter Bildung eines Rückführ­ kreises verbunden sein.

Das Relais K1 ist über einen im Ruhezustand offenen Kontakt k22 (Schließer) des Relais K2 und einen gleichfalls im Ruhezustand offenen eigenen Kontakt k11 mit der Parallelschaltung aus Relais K2 und Freilaufdiode V2 verbunden, die einerseits an der Kathode der Diode V30 bzw. Klemme Y1 und andererseits an dem Kollektor eines einen elektronischen Schalter bilden­ den Transistors V50 liegt. Der Emitter des Transi­ stors V50 ist mit einem Öffner k12 des Relais K1 und mit dem negativen Anschluß eines Kondensators C10 verbunden, dessen positiver Anschluß an die Kathode der Diode V30 angeschlossen ist. Weiterhin steht der Öffner k12 mit der Anode einer Diode V40 in Verbin­ dung, deren Kathode an der Anode der Diode V30 und am Anschluß A10 liegt. Parallel zur Basis-Emitter- Strecke des Transistors V50 ist ein Widerstand R30 angeordnet und, wobei an die Basis außerdem die Rei­ henschaltung von zwei Widerständen R10 und R20 lie­ gen, deren Verbindungspunkt mit der Anode der Sperr­ diode V40 verbunden ist.

Die Synchronzeit bei einer Sicherheitsschaltung ent­ sprechend Fig. 2 gibt vor, wieviel Zeit maximal ver­ streichen kann, bis beide Schalter S10 und S20 betä­ tigt sind. Diese Zeit wird durch die Zeitkonstante R10, C10 beim Entladen des Kondensators C10 bestimmt.

Bei Nichtbetätigung der Schalter S10 und S20 wird der Kondensator C10 über die Spannungsversorgung L+ den Schalter S20, den Anschluß A20, die Diode V1, den Kontakt k21, die externe Brücke zwischen den Klemmen Y1, Y2, die Kondensatorstrecke des Kondensators C10, den Kontakt k12, die Diode V40, den Anschluß A10, den geschlossenen Schalter S10 und die Spannungsversor­ gung M aufgeladen, und zwar etwa auf den Wert der Spannungsversorgung. Dabei sperrt die Diode V30 und auch der Transistor ist im gesperrten Zustand, da das Emitterpotential über R20 an der Basis anliegt.

Wenn nun einer der Schalter S10 oder S20 betätigt wird, z. B. der Schalter S10, wird die Verbindung zwi­ schen dem Anschluß A10 und der Spannungsversorgung M unterbrochen und der Anschluß A10 sowie der Anschluß A20 liegen auf demselben Potential. Dadurch wird der Ladestrom für den Kondensator C10 unterbrochen (im Falle, daß C10 noch nicht vollständig aufgeladen ist) und der Kondensator C10 fängt an, sich über den Öff­ nerkontakt k12 und den Widerstand R10 zu entladen. Wenn nun jeweils der andere Schalter S20 oder S10 be­ tätigt wird, im Beispiel der Schalter S20, wird das Relais K1 über die Strecke Spannungsversorgung M, Schalter S20, Anschluß A20, Relais K1, Kontakt k21, Brücke zwischen den Klemmen Y1, Y2, Diode V30, An­ schluß A10, Schalter S10 und die Spannungsversorgung L+ erregt. Der Kontakt k12 öffnet und der Transistor V50 wird leitend, da ein Basisstrom über C10, R10, R20 fließen kann. Dadurch wird die im Kondensator C10 gespeicherte Spannung an das Relais K2 gelegt, das anzieht wenn der Kondensator C10 noch ausreichend Energie hat, d. h. wenn die Verzögerungszeit zwischen dem Betätigen der Schalter S10 und S20 nicht zu lange war. Wenn die Schalter S10 und S20 im Wesentlichen synchron betätigt werden, liegt etwa der volle Span­ nungswert der Spannungsversorgung, verringert um die Spannung der zwei Diodenstrecken im Ladekreis an, so daß das Relais K2 sicher anzieht.

Wenn das Relais K2 angezogen hat, ändert sich die Schaltstellung des Steuerkontaktes k22, wodurch sich der Haltestromkreis für die Relais K2 und K1 über S10, A10, V30, K2, k11, k22, K1, A20, S20 ergibt.

Im Ausführungsbeispiel nach Fig. 2 werden als Steuer­ kontakte der Relais Öffner und Schließer verwendet. Die Wechsler nach Fig. 1 können im umgekehrten Fall mit Öffnern und Schließern ausgetauscht werden.

Claims (9)

1. Schaltungsanordnung zum Betreiben von Relais, insbesondere für Sicherheitsschaltungen, mit mindestens einem ersten und einem zweiten Steu­ erkontakte aufweisenden Relais, wobei die Steu­ erkontakte in den Stromkreisen der Relais derart angeordnet sind, daß zum Anziehen der Relais et­ wa die volle Betriebsspannung an diesen anliegt, wobei das erste Relais über einen geschlossenen Steuerkontakt des zweiten Relais mit der Be­ triebsspannung verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, daß ein Kondensator (C1, C10) im Ruhezustand der Relais (K1, K2) auf etwa die Betriebsspannung aufgeladen wird und bei Anziehen des ersten Re­ lais (K1) dessen Steuerkontakt (k1, k12) derart geschaltet wird, daß der Kondensator (C1, C10) im Anzugsstromkreis des zweiten Relais (K2) liegt und daß im Haltebetrieb die Relais (K1, K2) in Reihe miteinander liegen.

2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch ge­ kennzeichnet, daß der Kondensator (C1, C10) ge­ gebenenfalls in Reihe mit einem Begrenzungswi­ derstand (R1) über jeweils einen im Ruhezustand des ersten und zweiten Relais (K1, K2) geschlos­ senen Steuerkontakt (k1, k12, k21) an der Be­ triebsspannung liegt.

3. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 oder Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß zum Aktivieren der Schaltungsanordnung ein Ein- Schalter (52) in Reihe mit dem ersten Relais (K1) über den geschlossenen Steuerkontakt (k2) des zweiten Relais (K2) liegt.

4. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß im Haltebe­ trieb die Steuerkontakte (k1, k2; k11, k22) des ersten und zweiten Relais (K1, K2) in Arbeits­ stellung in Reihe mit den Relaisspulen geschlos­ sen sind.

5. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuer­ kontakte Wechsler und/oder Öffner und Schließer sind.

6. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens ein handbetätigter Schalter (S1, S10, S20) im Haltebetrieb in Reihe mit den Relais (K1, K2) liegt.

7. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß eine Schal­ tung zur Synchronzeitüberwachung für Sicher­ heitsschaltungen im Zweihandbetrieb vorgesehen ist.

8. Schaltungsanordnung nach Anspruch 7, dadurch ge­ kennzeichnet, daß zwei vorzugsweise als Taster ausgebildete Synchronschalter (S10, S20) vorge­ sehen sind, und ein elektronischer Schalter (V50) im Anzugsstromkreis des zweiten Relais (K2) liegt und bei Betätigung beider Synchron­ schalter in den leitenden Zustand geht.

9. Schaltungsanordnung nach Anspruch 7 oder An­ spruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß ein Entla­ dungskreis (R10, R20, R30) für den Kondensator vorgesehen ist, der die Synchronzeit zur Betäti­ gung beider Synchronschalter vorgibt.