DE4423704C1 - Schaltungsanordnung mit Sicherheitsfunktion für Schutzvorrichtungen - Google Patents

Description

Die Erfindung geht aus von einem Sicherheitsstrom­ kreis zur Überwachung von Schutzvorrichtungen nach der Gattung des Hauptanspruchs.

Zum Schutz von Personen vor gefahrbringenden Bewegun­ gen an Anlagen und Maschinen müssen Schutzmaßnahmen vorgesehen sein. Es gibt verschiedene gesetzliche Bestimmungen, die die Bedingungen für Sicherheits­ stromkreise festlegen. Es sind beispielsweise Sicher­ heitsstromkreise für Not-Aus-Taster bekannt, die ei­ nen 2-kanaligen Aufbau aufweisen. Dabei sind übli­ cherweise ein oder mehrere in Reihe geschaltete Not-Aus-Taster vorgesehen, die jeweils zwei mecha­ nisch miteinander verbundene Schalter aufweisen und die Schalter sind jeweils mit einem Sicherheitsrelais verbunden, die Bestandteil des Sicherheitsstromkrei­ ses sind. Die Sicherheitsrelais liegen über die Not-Aus-Taster an einer Gleichspannungsversorgung und schalten ihnen zugeordnete Kontakte, die beispiels­ weise im Notfall, d. h. bei Betätigen eines Not-Aus- Tasters, die Spannungsversorgung zu einer Maschine unterbrechen. Dabei liegen die Kontakte der zwei Si­ cherheitsrelais in Reihe, so daß auch bei Abfallen nur eines Relais aufgrund eines Fehlers in einem der Kanäle der Stromkreis trotzdem unterbrochen wird (z. B. DE 39 37 122 A1). Eine entsprechende Sicherheitsschaltung ist auch für die Überwachung von anderen Schutzvorrichtungen, bei­ spielsweise Schiebeschutztüren oder Gitter, die über getrennte Schalter schaltbar sind, oder für zwei Hand-Taster aufweisende Schutzvorrichtungen.

In letzter Zeit ist die Forderung nach einer soforti­ gen Erkennung von Querschlüssen und Erdschlüssen bei Sicherheitsrelais aufgetreten, da solche unbeabsich­ tigten Verbindungen zu einer fehlerhaften Funktion des Sicherheitsstromkreises führen können. Um einen Querschluß (d. h. die Verbindung zweier stromführender Leitungen) festzustellen, ist es bekannt, einen Schalter des Not-Aus-Tasters zwischen Sicherheitsre­ lais und der einen Versorgungsleitung und den anderen Schalter zwischen das Sicherheitsrelais des zweiten Kanals und Erdleitung zu schalten. In diesem Fall fällt auch bei einem Querschluß ein Relais ab, selbst wenn beispielsweise nicht beide Schalter des Not-Aus- Tasters öffnen. Bei dieser bekannten Anordnung kann aber nur ein Erdschluß im ersten Kanal erkannt wer­ den. Ein Erdschluß in den zwei Kanälen kann dann so­ fort festgestellt werden, wenn in beiden Kanälen der Schalter jeweils zwischen dem Sicherheitsrelais und der spannungsführenden Leitung liegt. Das hat aber den Nachteil, daß dort ein Querschluß nicht erkannt wird.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen Sicherheitsstromkreis zur Überwachung von Schutzvor­ richtungen mit einer 2-kanaligen mindestens zwei Si­ cherheitsrelais aufweisenden Steuerschaltung zu schaffen, die eine sofortige Erkennung sowohl eines Quer- als auch eines Erdschlusses gewährleistet.

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

Dadurch, daß eine bipolare Spannungsversorgung vor­ gesehen ist, bei der das Sicherheitsrelais des einen Kanals zwischen einem gemeinsamen Potential und einem zu dem gemeinsamen Potential positiven Potential und das Sicherheitsrelais des anderen Kanals zwischen dem gemeinsamen Poten­ tial und einem zu dem gemeinsamen Potential negativen Potential liegt, kann aufgrund des sowohl bei Erd­ schluß als auch bei Querschluß auftretenden Kurzschlusses eines oder beider Relais und des damit verbundenen Öffnens der Freigabestrompfade der Fehler sofort erkannt werden. Dies erhöht die Sicherheit des Sicherheitsstromkreises auch bei Auftreten von kumulierten, nicht gewünschten Funktionsausfällen.

Durch die in den Unteransprüchen angegebenen Maßnah­ men sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesse­ rungen möglich. Das Vorsehen von Schutzdioden parallel zu den Glättungskondensatoren verhindert einen Ausfall der Kondensatoren bei Auftreten eines Kurz­ schlusses. Bei Anwendung eines entsprechenden Trans­ formators kann der Sicherheitsstromkreis kurzschluß­ fest gestaltet werden.

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

Fig. 1 die schaltungsgemäße Ausgestaltung eines ersten Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung mit zwei unabhängig betätigba­ ren Schaltern,

Fig. 2 die schaltungsgemäße Ausgestaltung eines zweiten Ausführungsbeispiels mit zwei unabhängigen Schaltern,

Fig. 3 die schaltungsgemäße Ausgestaltung eines dritten Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung, und

Fig. 4 die schaltungsgemäße Ausgestaltung eines vierten Ausführungsbeispiels der Erfindung als 2-kanalige Not-Aus- Schaltung.

In Fig. 1 ist ein Sicherheitsstromkreis beispielweise für ein Schiebeschutzgitter, das zwei unabhängig wir­ kende Schalter schaltet, dargestellt. Diese Schaltung kann aber beispielsweise auch für die Überwachung einer Stanz­ vorrichtung, die über zwei Handtaster arbeitet, ange­ wendet werden.

Die eigentliche Sicherheitsschaltung wird durch den gestrichelt gezeichneten Kasten 1 umschlossen und weist mehrere extern zu beschaltende Anschlüsse auf. Die Anschlüsse A und B dienen zur Verbindung mit ei­ nem ersten Schalter S1, die Anschlüsse C und D für die Verbindung mit einem zweiten Schalter S2, die Anschlüsse L1 und N für die Verbindung mit einer ex­ ternen Wechselspannungsversorgung und an den An­ schlüssen F und H liegt beispielsweise der Freigabe­ stromkreis einer Maschine.

In dem dargestellten Ausführungsbeispiel ist der An­ schluß N intern mit Ground GND und extern mit einem Nulleiter 2 verbunden. Der spannungsführende Anschluß L1 ist über eine Sicherung F1 und eine in positive Stromrichtung V1 sowie eine in negative Stromrichtung geschaltete Diode V2 jeweils mit dem Anschluß A und dem Anschluß C verbunden. Zwischen dem Anschluß A und Ground GND und C und Ground GND liegen jeweils ein Glättungskondensator C1 und C2. Eine erste Schutzdio­ de V3 und eine zweite Schutzdiode V4 sind jeweils parallel zu den Kondensatoren C1 und C2 angeordnet. Ein erstes, den Kanal 1 bildendes und schaltendes Sicherheitsrelais K1 ist einerseits mit dem Anschluß B und andererseits mit Ground GND verbunden und ein zweites, den Kanal 2 bildendes und schaltendes Si­ cherheitsrelais K2 liegt zwischen Ground GND und dem Anschluß D. Freilaufdioden V5 und V6 sind jeweils parallel zu den Relais K1 und K2 geschaltet. Die An­ schlüsse F und H sind geräteintern über Kontakte k1 und k2, die im Ruhezustand offen sind und jeweils von den Relais K1 und K2 geschaltet werden, miteinander verbunden.

Die Funktionsweise der in Fig. 1 dargestellten Si­ cherheitsschaltung wird im folgenden beschrieben. Die eine Halbwelle der an den Anschlüssen L1 und N liegenden Wechselspannungsversorgung geht über die Sicherung F1 und über die Diode V1 und wird durch den Kondensator C1 geglättet. Die negative Halbwelle geht gleichfalls über die Sicherung F1 und über die Diode V2 und wird über den Glättungskondensator C2 geglät­ tet. Somit liegt zwischen dem Anschluß A und Ground GND eine positive und zwischen dem Anschluß C und Ground GND eine negative Spannung. Wenn die Schalter S1 und 52 geschlossen sind, fließt ein Strom über die Relais K1 und K2, so daß die Kontakte k1 und k2 schließen. Wenn einer der Schalter S1 und S2 oder beide geöffnet werden, wird der Strom zu einem der Relais K1 und K2 oder zu beiden unterbrochen und die jeweiligen Kontakte werden geöffnet, so daß eine bei­ spielsweise mit den Anschlüssen F und H der Sicher­ heitsschaltung 1 verbundene Maschine unterbrochen werden kann.

Wenn in den zwischen den Anschlüssen A, B oder den Anschlüssen C, D liegenden Leitungen ein Erdschluß, d. h. eine Verbindung, mit Ground GND auftritt, wird das Relais K1 bei Erdschluß von A, B oder das Relais K2 bei Erdschluß von C, D kurzgeschlossen, wodurch diese sofort abfallen und ein Kurzschlußstrom jeweils über die Dioden V1 bzw. V2 geleitet wird und die Sicherung F1 auslöst. Entsprechendes gilt für einen Querschluß zwischen den externen Leitungen, die mit den Anschlüssen A, B und C, D verbunden sind. Bei dem Querschluß werden beide Relais K1, K2 kurzgeschlossen und fallen sofort ab, so daß auch bei einem solchen fehlerhaften Betrieb die Si­ cherung F1 sofort auslöst, da ein Kurzschlußstrom über die Dioden V1 und V2 geleitet wird. Dabei schützen die Diode V3 den Kondensator C1 und die Diode V4 den Kondensator C2 vor Verpolung.

In Fig. 2 ist eine weitere Sicherheitsschaltung dar­ gestellt, die sich von der Schaltung nach Fig. 1 dar­ in unterscheidet, daß die Wechselspannungsversorgung an den Klemmen L und N mit einem kurzschlußfesten Transformator T1 verbunden ist, der auf seiner Sekun­ därseite eine Mittelanzapfung für den Ground GND auf­ weist, wobei der Nulleiter 2 der Wechselspannungsver­ sorgung mit der Mittelanzapfung für Ground GND ver­ bunden ist. In diesem Fall kann auf die Sicherung F1 und die Schutzdioden V3, V4 für die Glättungskonden­ satoren C1, C2 verzichtet werden, da die Spannung im Kurzschlußfall sofort zusammenbricht. Ansonsten ar­ beitet die Sicherheitsschaltung wie diejenige nach Fig. 1.

Bei Einsatz einer galvanischen Trennung zwischen Ver­ sorgungsspannung und interner Schaltung im Sicher­ heitsstromkreis muß ein Schutzleiteranschluß PE (protected earth) vorhanden sein. Dieser kann mit einem der internen Potentiale verbunden werden (GND, positivem Potential oder negativem Potential). Ein Beispiel ist in Fig. 3 dargestellt, bei der wiederum ein kurzschlußfester Transformator T2 mit den Wech­ selspannungsversorgungsanschlüssen L1, N verbunden ist. Der eine Anschluß der Sekundärseite des Trans­ formators T2 ist mit dem Verbindungspunkt zwischen den Dioden V1, V2 verbunden und der andere Anschluß der Sekundärseite des Transformators T2 bildet den internen Ground GND. Der Schutzleiteranschluß PE ist mit dem negativen Potential, den einen Anschlüssen der Dioden V2 und V4 sowie des Kondensators C2 und mit den einen Anschlüssen des Relais K2 und seiner Freilaufdiode V6 verbunden, während die anderen An­ schlüsse der Schutzdiode V4 und des Kondensators C2 an Ground GND liegen und die anderen Anschlüsse des Relais K2 und der Freilaufdiode V6 mit dem externen Anschluß C verbunden sind.

Bei diesem Ausführungsbeispiel ist der Ground GND nicht identisch mit dem Nulleiter 2 und die Gleich­ spannungsversorgung der Relais K1 und K2 weist je­ weils ein positives und negatives Potential in bezug auf den internen Ground GND auf.

Wenn, wie in den anderen Fällen auch, ein durch die Pfeile 3 angedeuteter Erdschluß an den externen Lei­ tungen zu den Schaltern S1 und S2 auftritt, bricht gleichfalls die Spannung am Transformator T2 zusam­ men, jedoch sind in diesem Fall die Schutzdioden V3 und V4 für die Glättungskondensatoren C1 und C2 not­ wendig.

In Fig. 4 ist ein Sicherheitsstromkreis für eine Not- Aus-Schaltung dargestellt, die im Prinzip ähnlich aufgebaut ist wie diejenige nach Fig. 1 und die Be­ schreibung der Bauelemente mit gleichen Bezugszeichen wie diejenigen nach Fig. 1 wird nicht noch einmal wiederholt. Zusätzlich zu der Schaltung nach Fig. 1 weist der Sicherheitsstromkreis ein weiteres Relais K3 auf, das einerseits an Ground GND und andererseits über Kontakte k1 und k2 an einem weiteren externen Anschluß E liegt und zu dem ein Kondensator C3 parallelgeschaltet ist. Die den drei Relais K1, K2 und K3 zugeordneten Kontakte k1, k2 und k3 sind über die gestrichelten Linien angedeutet. In der internen Verbindung zwischen den Anschlüssen F und H liegt neben den im nichterregten Zustand des Relais K1 und des Relais K2 geöffneten Kontakten k1 und k2 ein im nichterregten Zustand des Relais K3 geschlossener Kontakt k3. Zwischen dem Anschluß B und dem Relais K1 liegen zwei parallelgeschaltete Kontakte k1 und k3, die im nichterregten Zustand der entsprechenden Re­ lais K1 und K3 geöffnet sind. Entsprechendes gilt für die Verbindung zwischen dem Anschluß D und dem Relais K2, in der zwei parallelgeschaltete im Ruhezustand offene Kontakte k2 und k3 vorgesehen sind. Die in der Verbindung zwischen dem Relais K3 und dem Anschluß E liegenden Kontakte k1 und k2 sind im Ruhezustand ge­ schlossen.

Eine derartige Sicherheitsschaltung 6 wird für eine externe Beschaltung einer Not-Aus-Schaltung vorgese­ hen, bei der eine Vielzahl von Not-Aus-Tastern 4 in Reihe geschaltet sind. Die Not-Aus-Taster 4 weisen bei einem 2-kanaligen Aufbau zwei mechanisch mitein­ ander verbundene Schalter 41, 42 auf, wobei der eine Schalter 41 zwischen den Anschlüssen A und B und der andere Schalter 42 zwischen den Anschlüssen C und D liegen. Weiterhin ist eine Reset-Taste 5 zwischen den Anschlüssen B und E vorgesehen.

Die Funktionsweise der Sicherheitsschaltung 6 ist wie folgt. Wenn der Not-Aus-Taster 4 geschlossen ist und die Relais K1 und K2 nicht erregt sind, wird die Re­ set-Taste 5 betätigt. Dadurch wird das Relais K3 über die geschlossene Not-Aus-Taste 4, die geschlossene Reset-Taste 5, die geschlossenen Kontakte k1 und k2 mit der Gleichspannungsversorgung verbunden und wird erregt. Dadurch schalten die Kontakte k3 in den zu der Darstellung nach Fig. 4 entgegengesetzten Zustand und die Relais K1 und K2 können anziehen, wodurch die Kontakte k1 und k2 schalten. Durch das Schalten der Kontakte k1 und k2 öffnet sich der Stromkreis zu dem Relais K3, das über den Kondensator C3 sich noch für eine Weile selbst hält, dann jedoch abfällt, wodurch wiederum die Kontakte k3 in den in Fig. 4 gezeigten Zustand schalten. Da die Kontakte k1 und k2 die Stromversorgung zu den Relais K1 und K2 liefern, bleiben diese im angezogenen Zustand. Erst wenn die Not-Aus-Taste 4 betätigt wird, fallen die Relais ab.

Auch in diesem Fall nach Fig. 4 liegen die Relais K1 und K2 einerseits an dem gemeinsamen Potential des Ground GND und andererseits jeweils an einem positi­ ven und negativen Potential in bezug auf Ground GND. Falls ein Querschluß oder ein Erdschluß bei den ex­ ternen Leitungen auftritt, werden diese aufgrund der vorhandenen Potentialdifferenzen sofort erkannt, da ein Kurzschlußstrom fließt, der die Sicherung F1 zer­ stört.

Claims (6)

1. Schaltungsanordnung mit Sicherheitsfunktion für Schutzvorrichtungen mit einer 2kanaligen, min­ destens zwei Sicherheitsrelais aufweisenden Steuerschaltung und einer gleichgerichteten Wechselspannungsversorgung, die die Sicherheits­ relais über mindestens zwei Schutzschalter versorgt, wobei die Arbeitskontakte der Sicherheitsrelais in Reihe einen Freigabestromkreis bilden, dadurch gekennzeichnet, daß die einen Anschlüsse der Sicherheitsrelais (K1, K2) mit einem gemeinsamen Potentialanschluß (GND) verbunden sind und mit ihren anderen An­ schlüssen, in bezug zu dem gemeinsamen Potenti­ alanschluß, auf positivem und negativem Potenti­ al liegen.

2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der gemeinsame Potentialan­ schluß (GND) ein externer Nulleiter oder bei galvanischer Trennung der Schutzleiter (PE) ist.

3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Wechselspannung über zwei Gleichrichter (V1, V2) gleichgerichtet wird, denen Glättungskondensatoren (C1, C2) zu­ geordnet sind.

4. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß den Kondensa­ toren (C1, C2) Schutzdioden (V3, V4) parallelge­ schaltet sind.

5. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß in die Wech­ selstromleitung eine Sicherung (F1) geschaltet ist.

6. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Wechsel­ spannung über einen kurzschlußfesten Transforma­ tor (T1, T2) zugeführt wird.