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Dokumentenidentifikation DE3937122C2 18.12.1997
Titel Schaltungsanordnung mit Sicherheitsfunktion
Anmelder Elan Schaltelemente GmbH, 35435 Wettenberg, DE
Erfinder Gosens, Udo, 46242 Bottrop, DE
Vertreter Stoffregen, H., Dipl.-Phys. Dr.rer.nat., Pat.-Anw., 63450 Hanau
DE-Anmeldedatum 10.11.1989
DE-Aktenzeichen 3937122
Offenlegungstag 16.05.1991
Veröffentlichungstag der Patenterteilung 18.12.1997
Veröffentlichungstag im Patentblatt 18.12.1997
IPC-Hauptklasse H01H 47/00
IPC-Nebenklasse H03K 19/007   

Beschreibung[de]

Die Erfindung bezieht sich auf eine Schaltungsanordnung mit Sicherheitsfunktion, die mindestens zwei zwangsgeführte Relais enthält, die in Freigabestromkreisen angeordnete Schließerkontakte aufweisen, wobei jeweils ein Schließerkontakt des einen Relais mit einem Schließerkontakt des anderen Relais im jeweiligen Freigabestromkreis in Reihe gelegt ist.

Eine Schaltungsanordnung der vorstehend beschriebenen Gattung ist aus der Firmendruckschrift "SRB - Grundbaustein für Sicherheitsstromkreise", Seiten 6 und 7 der Fa. ELAN bekannt. Diese Schaltungsanordnung enthält drei zwangsgeführte Relais bzw. Hilfsschütze. Das erste Relais ist mit seiner Spule in Reihe mit je einem Öffnerkontakt, einem Ein-Tastschalter, einem Aus-Tastschalter und einem Not-Aus-Schalter an eine Steuerspannungsquelle angeschlossen. Die Reihenschaltung eines Schließerkontakts mit der Parallelschaltung je eines Schließerkontakts zweier weiterer Relais ist als Selbsthaltekreis zwischen der Spule des ersten Relais und dem Aus-Tastschalter angeordnet. Das zweite Relais ist mit seiner Spule über die Parallelschaltung je eines Schließerkontakts des ersten und zweiten Relais mit dem Aus- Tastschalter verbunden. Das dritte Relais ist über die Parallelschaltung eines Schließerkontaktes des ersten Relais und eines Schließerkontakts des dritten Relais an den Aus-Tastschalter angeschlossen. Bei der bekannten Schaltung werden zwangsgeführte Relais verwendet, mit denen eine Verbesserung bezüglich der Sicherheit erreicht wird. Befinden sich die Komponenten der Schaltung in einwandfreiem Zustand, dann zieht zuerst das erste Relais an und geht in Selbsthaltung, wenn die anderen Relais noch abgefallen sind. Danach ziehen die anderen Relais an, wodurch das erste Relais zum Abfallen gebracht wird. Bei einem Fehler in einem der drei Hilfsschütze wird der Freigabestromkreis entweder nicht geschlossen, wenn ein Fehler beim Einschalten bereits vorhanden ist, oder unterbrochen, wenn der Fehler während des Betriebes auftritt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Schaltungsordnung der eingangs beschriebenen Gattung dahingehend weiterzuentwickeln, daß mit möglichst wenig Relais eine sehr hohe Zuverlässigkeit erreicht wird.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß jeweils ein Öffnerkontakt jedes Relais einerseits mit einem Ein-Tastschalter, der in Reihe mit einem Aus-Tastschalter und einem Not-Aus-Schalter an einen Pol einer Steuerspannungsquelle angeschlossen ist, und andererseits mit einem Eingang eines fehlersicheren UND-Glieds verbunden ist, das ausgangsseitig mit den Spulen der beiden Relais verbunden ist, und daß die Spulen gemeinsam über die Reihenschaltung je eines Schließerkontakts der Relais in einem Selbsthaltezweig mit dem Aus-Tastschalter verbunden sind. Bei dieser Schaltungsanordnung erübrigt sich ein Relais, das bei einwandfrei arbeitender Schaltung nach dem Einschalten die beiden anderen Relais einschaltet und dann wieder abfällt. Die Anordnung arbeitet mit nur zwei zwangsgeführten Relais, bei denen gewährleistet ist, daß die Öffnerkontakte geöffnet sind, bevor die Schließerkontakte geschlossen sind. Das fehlersichere UND-Glied, das auch als "Fail-Safe"- Schaltung bezeichnet wird, geht bei einem internen Fehler in den sicheren Zustand über, in dem kein Ausgangssignal auftritt. Bei einem Fehler im fehlersicheren UND-Glied kann die Anordnung deshalb nicht eingeschaltet werden.

Die oben beschriebene Schaltung arbeitet nach den Regeln gemäß VDE 0113, Abschnitt 5.7.1b und e, wobei vorteilhafterweise auch von elektronischen Bauteilen Gebrauch gemacht wird. Eine Besonderheit ist darin zu sehen, daß zwangsgeführte Relais mit einem "Faile-Safet"-UND in einer Art und Weise verknüpft werden, die eine neue sichere Not-Aus-Schaltung zum Ergebnis hat. Das "Faile-Safe"-UND-Glied hat in dieser Schaltung sowohl eine Speicher- als auch eine Kontrollfunktion. Zum einen übernimmt es die UND-Verknüpfung der beiden zwangsgeführten Relais, also der elektromechanischen Teile dieser Schaltung, zum anderen dient es der Kontrolle und Speicherung des einwandfreien Funktionieren eines der Komponenten dieser Schaltung. Sollte eine dieser Komponenten, sei sie nun elektronisch oder elektromechanisch, einen Defekt aufweisen, so reagiert die Schaltung mit einer Betriebshemmung, wodurch der geforderte "sichere Zustand" erreicht wird.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform ist vorgesehen, daß die Relais abfallverzögert sind. Es reicht eine geringe Abfallverzögerung aus, die verhindert, daß ein Relaisflattern auftreten kann. Insbesondere beträgt die Abfallverzögerung einige Millisekunden.

Vorzugsweise ist ein Relais mit seinem zweiten Anschluß unmittelbar mit dem zweiten Pol der Steuerspannungsquelle verbunden, während das andere Relais mit seinem zweiten Anschluß über einen weiteren Kontakt des Not-Aus-Schalters an den zweiten Pol der Steuerspannungsquelle gelegt ist. Der Vorteil dieser Anordnung besteht darin, daß eine Sicherheit gegen Querschlüsse erreicht wird.

Bei einer weiteren zweckmäßigen Ausführungsform sind zwei weitere zwangsgeführte Relais mit ihren Spulen jeweils parallel zu den Spulen der anderen Relais angeordnet, wobei Öffnerkontakte der weiteren Relais in Reihe zwischen dem Ein-Tastschalter und den parallelen Öffnerkontakten der anderen Relais angeordnet sind und wobei Schließerkontakte der weiteren Relais in Reihe mit den Schließerkontakten der anderen Relais im Selbsthaltezweig angeordnet sind. Diese Anordnung wird dann eingesetzt, wenn die Schließerkontakte der ersten beiden Relais nicht für die gewünschte Zahl von Freigabestromkreisen ausreichen. Durch die weiteren Relais werden zusätzliche Schließerkontakte für Freigabestromkreise verfügbar gemacht, wobei für alle Freigabestromkreise die gleiche Zuverlässigkeit vorhanden ist.

Die Erfindung bezieht sich im wesentlichen auf Sicherheitsstromkreise wie Not-Aus-Kreise, Folgebeschaltungen für Schutztürabsicherung, Zustimmtasterbetrieb oder andere Bewegungsabläufe, die Personenschutzfunktionen erfüllen. Nachfolgend werden in der Zeichnung dargestellte Ausführungsbeispiele beschrieben.

Es zeigen:

Fig. 1 ein Schaltbild einer Anordnung mit Sicherheitsfunktion und

Fig. 2 ein Schaltbild einer anderen Anordnung mit Sicherheitsfunktion.

Eine für das Ein- und Ausschalten von Industriemaschinen verwendete Schaltungsanordnung mit Sicherheitsfunktion enthält zwei zwangsgeführte Relais (K1), (K2), deren Spulen in Fig. 1 und 2 mit (K1S) und (K2S) bezeichnet sind. An einen Pol (1) einer Steuerspannungsquelle ist eine Sicherung (2) angeschlossen, der ein Öffnerkontakt (3) eines Not-Aus-Schalters (4) nachgeschaltet ist. In Reihe mit dem Öffnerkontakt (3) ist der Kontakt eines Aus-Tastschalters (5) angeordnet. Der Aus-Tastschalter (5) ist an seiner einen Anschlußstelle einerseits mit einem Ein-Tastschalter (6) und andererseits mit einem Schließerkontakt (K11) des Relais (K1) verbunden, der in Reihe mit einem Schließerkontakt (K21) des Relais (K2) angeordnet ist.

Dem Ein-Tastschalter (6) sind parallel ein Öffnerkontakt (K12) des ersten Relais (K1) und ein Öffnerkontakt (K22) des zweiten Relais (K2) nachgeschaltet. Mit dem Öffnerkontakt (K12) ist ein Eingang (E1) eines fehlersicheren UND-Glieds (7) verbunden, dessen zweiter Eingang (E2) an den Öffnerkontakt (K22) des zweiten Relais angeschlossen ist. Das fehlersichere UND-Glied gibt nur bei einwandfreier Arbeitsweise und bei Beaufschlagung beider Eingänge mit z. B. High-Signalen, d. h. Signalen, denen ein bestimmter binärer Wert zugeordnet ist, an seinem Ausgang (8) ein entsprechendes Signal ab. Fehlersichere UND-Glieder, die auch als "Fail-Safe"-UND-Glieder bezeichnet werden, sind an sich bekannt.

An den Ausgang des UND-Glieds (7) sind die Spulen (K1S) und (K2S) je mit einem Anschluß gelegt. Der zweite Anschluß der Spule (K1S) ist an den zweiten Pol (9) der Steuerspannungsquelle angeschlossen, der mit Masse in Verbindung steht. Parallel zur Spule (K1S) ist ein aus einem Kondensator (10) und einem Widerstand (11) bestehendes RC-Glied gelegt, durch das eine Abfallverzögerung des Relais (K1) erzielt wird. Der zweite Anschluß der Spule (K2S) ist über einen zweiten Öffnerkontakt (12) des Not-Aus-Schalters (4) mit dem Pol (9) verbunden. Parallel zu der Spule (K2S) ist die Reihenschaltung eines Kondensators (13) und eines Widerstands (14) angeordnet. Die aus diesen beiden Bauelementen bestehende RC-Schaltung bewirkt eine Abfallverzögerung des Relais (K2).

Jedes der Relais (K1) und (K2) besitzt weitere Schließerkontakte. Beispielsweise enthalten die Relais (K1) und (K2) jeweils vier Schließerkontakte (K13), (K14), (K15), (K16) und (K23), (K24), (K25) und (K26). Jeweils zwei Schließerkontakte (K14), (K24) bzw. (K15), (K25) bzw. (K13), (K23) und (K16), (K26) sind in Reihe in einem Freigabestromkreis (15), (16), (17), (18) angeordnet. In einem Anzeigestromkreis sind je ein Öffnerkontakt (K17) des ersten Relais (K1) und ein Öffnerkontakt (K27) des zweiten Relais (K2) in Parallelschaltung angeordnet. Die Reihenschaltung der Schließerkontakte (K21) und (K11) ist als Selbsthaltekreis mit den Spulen (K1S) und (K2S) verbunden.

Die Fig. 1 zeigt in Kreisen angeordnete Ziffern, die den entsprechend gekennzeichneten Kontaktanschlüssen von kommerziell erhältlichen Relais Not-Aus-Schaltern, Ein-Tastschaltern oder Aus-Tastschaltern entsprechen.

Nach Anlegen der Versorgungsspannung und Betätigen des Ein- Tastschalters (6) werden die beiden Eingänge (E1) und (E2) des UND-Gliedes (7) über die in Reihe befindlichen Öffnerkontakte mit Spannungen beaufschlagt.

Das UND-Glied (7) steuert durch, und die Relais (K1) und (K2) ziehen an. Danach gehen die Relais (K1), (K2) über die in Reihe geschalteten Schließerkontakte (K11) und (K22) in Selbsthaltung. Damit kein Relaisflattern auftritt, sind die Relais abfallverzögert beschaltet. Es reichen Verzögerungszeiten von wenigen Millisekunden aus. Wenn die Relais (K1) und (K2) angezogen haben, schalten die Freigabestromkreise (15) bis (18) durch. Die Schaltung ist nach den Kriterien der VDE 0113 Abschnitt 5.7 konzipiert, d. h. sie ist einfehlersicher.

Tritt z. B. ein Fehler an einem der Kontakte auf (Verschweißen), dann wird dieser Fehler beim nächsten Zyklus, d. h. beim nächsten Einschalten erfaßt, und es wird mit einer Betriebshemmung reagiert.

Die Fig. 2 zeigt eine Schaltungsanordnung mit Sicherheitsfunktion, die bei einer vorgegebenen Zahl von für die Freigabestromkreise an einem Relais verfügbaren Kontakte mehr Kontakte für Freigabestromkreise aufweist. Gleiche Elemente in den Fig. 1 und 2 sind mit den gleichen Bezugsziffern versehen.

Die in Fig. 1 dargestellte Anordnung kann in Form einer Baugruppe ausgebildet sein, die Steckverbindungsanschlüsse (19), (20), (21), (22), (23), (24), (25) und (26) aufweist.

Neben den beiden zwangsgeführten Relais (K1) und (K2) enthält die in Fig. 2 dargestellte Anordnung noch zwei zwangsgeführte Relais (K1A) und (K2A), durch die die Zahl der Kontakte für die Freigabestromkreise erhöht wird. Die Spulen der Relais (K1A) und (K2A) sind in Fig. 2 mit (K1AS) und (K2AS) bezeichnet. Die Spule (K1AS) ist über die Steckverbinderanschlüsse (21), (22) zu der Spule (K1S) parallel geschaltet. Die Spule (K2AS) ist über die Steckverbinderanschlüsse (23), (24) zu der Spule (K2S) parallel gelegt. Das Relais (K1A) enthält einen Öffnerkontakt (K1A1), der in Reihe mit einem Öffnerkontakt (K2A1) des Relais (K2A) angeordnet ist. Die beiden Öffnerkontakte (K1A1) und (K2A1) sind zwischen dem Ein-Tastschalter (5) und den Öffnerkontakten (K12), (K22) angeordnet, wobei die Verbindung über die beiden Steckkontaktanschlüsse (19), (20) hergestellt ist.

Ein Schließerkontakt (K1A2) des Relais (K1A) und ein Schließerkontakt (K2A2) des Relais (K2A) sind in Reihe zu den Schließerkontakten (K11), (K12) im Selbsthaltekreis der Relais (K1), (K2), (K1A) und (K2A) angeordnet. Die Verbindung der Schließerkontakte (K1A2) und (K2A2) zu der Baugruppe wird über die Steckverbinderkontakte (25), (26) hergestellt.

Das Relais (K1) enthält bei der in Fig. 2 dargestellten Anordnung z. B. noch die Schließerkontakte (K13), (K14) und (K15) sowie den Öffnerkontakt (K17). Das Relais (K2) enthält bei der Anordnung gemäß Fig. 2 noch die Schließerkontakte (K23), (K24) und den Öffnerkontakt (K27). Die Öffnerkontakte (K14) und (K23) sowie (K15) und (K24) sind nicht näher bezeichneten Freigabestromkreisen in Reihe geschaltet. Die Schließerkontakte (K17) und (K27) sind in einem Meldekreis parallel geschaltet. Der Schließerkontakt (K13) ist frei verfügbar. Anstelle des Schließerkontakts (K13) kann auch ein Öffnerkontakt des Relais (K1) in einem in der Zeichnung gestrichelt dargestellten Stromkreis angeordnet sein.

Die weiteren Relais (K1A) und (K2A) enthalten jeweils weitere Schließerkontakte (K1A3), (K1A4), (K1A5) und (K2A3), (K2A4) und (K2A5), die paarweise in Reihe in Freigabestromkreisen angeordnet sind. Weiterhin sind Öffnerkontakte (K1A6) und (K2A6) in einem Meldekreis parallel geschaltet.

Durch die Anordnung des Kontakts (12) in der Verbindungsleitung des Relais (K2) bzw. der Relais (K2), (K2A) zum Masseanschluß wird die Schaltung gemäß Fig. 1 bzw. 2 querschlußsicher, d. h. es wird eine weitere Verbesserung der Zuverlässigkeit erreicht.

Die Ziffern in Kreisen bezeichnen bei der in Fig. 2 dargestellten Anordnung ebenfalls Anschlüsse von kommerziell verfügbaren Relais.

Es sei noch darauf hingewiesen, daß unter Relais auch Hilfsschütze zu verstehen sind.

Die oben beschriebenen Schaltungen vermeiden die Nachteile von Sicherheitsschaltungen mit zwei nicht zwangsgeführten Relais. Gegenüber Sicherheitsschaltungen mit zwangsgeführten Relais haben die Schaltungen den Vorteil eines einfacheren Aufbaus, wodurch sich auch Einsparungen im Raumbedarf ergeben.


Anspruch[de]
  1. 1. Schaltungsanordnung mit Sicherheitsfunktion, die mindestens zwei zwangsgeführte Relais enthält, die in Freigabestromkreisen angeordnete Schließerkontakte aufweisen, wobei jeweils ein Schließerkontakt des einen Relais mit einem Schließerkontakt des anderen Relais im jeweiligen Freigabestromkreis in Reihe gelegt ist, dadurch gekennzeichnet, daß jeweils ein Öffnerkontakt (K12, K22) jedes Relais einerseits mit einem Ein-Tastschalter (6), der in Reihe mit einem Aus-Tastschalter (5) und einem Not-Aus-Schalter (4) an einen Pol (1) einer Steuerspannungsquelle angeschlossen ist, und andererseits mit einem Eingang (E1, E2) eines fehlersicheren UND-Glieds (7) verbunden ist, das ausgangsseitig mit den Spulen (K1S, K2S) der beiden Relais verbunden ist und daß die Spulen (K1S, K2S) gemeinsam über die Reihenschaltung je eines Schließerkontakts (K11, K21) der Relais in einem Selbsthaltekreis mit dem Aus-Tastschalter (5) verbunden sind.
  2. 2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Relais abfallverzögert sind.
  3. 3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Abfallverzögerung der Relais einige Millisekunden beträgt.
  4. 4. Schaltungsanordnung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß ein Relais mit seinem zweiten Anschluß unmittelbar mit dem zweiten Pol (9) der Steuerspannungsquelle verbunden ist und daß das andere Relais mit seinem zweiten Anschluß über einen weiteren Kontakt (12) des Not-Aus-Schalters (4) an den zweiten Pol der Steuerspannungsquelle gelegt ist.
  5. 5. Schaltungsanordnung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zwei weitere zwangsgeführte Relais mit ihren Spulen (K1AS, K2AS) jeweils parallel zu den Spulen der anderen Relais angeordnet sind, daß Öffnerkontakte (K1A1, K2A1) der weiteren Relais in Reihe zwischen dem Ein-Tastschalter (5) und den parallelen Öffnerkontakten (K12, K22) der anderen Relais angeordnet sind und daß Schließerkontakte (K1A2, K2A2) der weiteren Relais in Reihe mit den Schließerkontakten (K11, K21) der anderen Relais im Selbsthaltezweig angeordnet sind.






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