DE10022722A1 - Sicherheitsschaltgerät zum sicheren Ein- und Ausschalten eines elektrischen Verbrauchers - Google Patents

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Sicherheitsschaltgerät (10) zum sicheren Ein- und Ausschalten eines elektrischen Verbrauchers (24), insbesondere eines elektrischen Antriebs, mit einem elektromechanischen Schaltgerät (12), das zumindest einen verstellbaren Arbeitskontakt (14) aufweist, mit einem Netzteil (26) zum Erzeugen einer Betriebsspannung (U'¶B¶) für das Schaltelement (12) und mit einer Absenkeinheit (30), die die dem Schaltelement (12) zugeführte Betriebsspannung (U'¶B¶) in Abhängigkeit von einem Betriebszustand des Schaltelements (12) von einem höheren (U¶1¶) auf einen niedrigeren (U¶2¶) Spannungswert absenkt. Die Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß das Netzteil (26) ein variables Netzteil mit veränderbarer Ausgangsspannung (U¶A¶) ist und daß die Absenkeinheit (30) in Abhängigkeit von dem Betriebszustand die Ausgangsspannung (U¶A¶) des Netzteils (26) bestimmt.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Sicherheitsschaltgerät zum sicheren Ein- und Ausschalten eines elektrischen Ver­ brauchers, insbesondere eines elektrischen Antriebs, mit einem elektromechanischen Schaltelement, das zumindest einen ver­ stellbaren Arbeitskontakt aufweist, mit einem Netzteil zum Er­ zeugen einer Betriebsspannung für das Schaltelement, und mit einer Absenkeinheit, die die dem Schaltelement zugeführte Be­ triebsspannung in Abhängigkeit von einem Betriebszustand des Schaltelements von einem höheren auf einen niedrigeren Span­ nungswert absenkt.

Ein derartiges Sicherheitsschaltgerät ist aufgrund seiner Ver­ wendung bekannt.

Gattungsgemäße Sicherheitsschaltgeräte werden vor allem im in­ dustriellen Bereich verwendet, um elektrisch angetriebene Ma­ schinen, wie beispielsweise eine Presse oder ein Fräswerkzeug, ein- und vor allem sicher auszuschalten. Sie dienen bspw. in Verbindung mit einem mechanisch betätigbaren Notaus-Taster da­ zu, um die Maschine in einer Notfallsituation schnell und si­ cher abzuschalten. Hierzu ist die Stromversorgung der abzu­ schaltenden Maschine über den verstellbaren Arbeitskontakt des Schaltelements geführt. Häufig sind aus Sicherheitsgründen so­ gar 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.

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 seiner­ seits 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 Sicherheitsschalt­ geräten ist, daß ein nur gewisses Maß an Wärme bis zur thermi­ schen Zerstörung in das Gehäuse der Schaltgeräte eingebracht werden darf. Ein Großteil dieser Wärme entsteht aufgrund ohm­ scher 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 Aufwen­ dung einer höheren Energie gegen eine mechanische Vorspannkraft bewegt werden müssen.

Zum Absenken der Betriebsspannung sind bei gattungsgemäßen Si­ cherheitsschaltgeräten bislang zwei verschiedene Verfahren be­ kannt. Im ersten Fall wird dann, wenn die Arbeitskontakte des Schaltelements in ihre Arbeitsstellung gegangen sind, ein Vor­ widerstand in den Stromkreis des Schaltelements geschaltet. Die ursprünglich anliegende Betriebsspannung teilt sich dann auf den Vorwiderstand und das Schaltelement auf, so daß das Schalt­ element selbst eine abgesenkte Betriebsspannung erhält. Dieses Verfahren besitzt jedoch den Nachteil, daß auch der Vor­ widerstand Wärme infolge ohmscher Verluste erzeugt, so daß sich insgesamt nur eine vergleichsweise geringe Reduzierung der thermischen Belastung erreichen läßt.

Bei der zweiten bekannten Alternative wird in dem Stromkreis, der die Betriebsspannung zu dem Schaltelement führt, ein Tran­ sistor angeordnet, der über eine Steuerschaltung getaktet wird. Durch eine Taktung mit variabler Pulsbreite (Pulsweitenmodula­ tion) 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 sei­ ner Verlustleistung produziert. Darüber hinaus ist in diesem Fall die Ansteuerung des Transistors vergleichsweise aufwendig.

Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine wei­ tere Alternative anzugeben, wie die thermische Belastung bei einem Sicherheitsschaltgerät der eingangs genannten Art redu­ ziert werden kann.

Diese Aufgabe wird bei dem eingangs genannten Sicherheits­ schaltgerät dadurch gelöst, daß das Netzteil ein variables Netzteil mit veränderbarer Ausgangsspannung ist und daß die Ab­ senkeinheit in Abhängigkeit von dem Betriebszustand die Aus­ gangsspannung des Netzteils bestimmt.

Im Unterschied zu den bisher bekannten Maßnahmen erfolgt das Absenken der Betriebsspannung hier, indem die Absenkeinheit di­ rekt die Ausgangsspannung des Netzteils beeinflußt. Dies setzt die Verwendung eines Netzteils mit variabler Ausgangsspannung voraus, was bei bisher bekannten, gattungsgemäßen Sicherheits­ schaltgeräten unüblich ist. Im Unterschied zum Stand der Tech­ nik 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 Ab­ leiten oder ein "Vernichten" eines vom Netzteil zunächst be­ reitgestellten, jedoch nicht benötigten Anteils der Betriebs­ spannung kann somit entfallen.

Die Maßnahme ist im Vergleich zu gattungsgemäßen Sicherheits­ schaltgeräten einfacher, da schaltbare Vorwiderstände bzw. die Maßnahmen zum Takten und zur Pulsweitenwodulation der Betriebs­ spannung entfallen können. Darüber hinaus entfallen auch die zu diesem Zweck bisher benötigten Bauelemente, die jedes für sich infolge von Verlustleistungen Wärme erzeugen. Schließlich wer­ den bei der erfindungsgemäßen Lösung auch die Netzteilverluste reduziert, da bereits vom Netzteil selbst eine geringere Be­ triebsspannung erzeugt wird.

Insgesamt kann die thermische Belastung des erfindungsgemäßen Sicherheitsschaltgeräts daher deutlich reduziert werden. Zudem ist die erfindungsgemäße Anordnung einfacher als die bisher be­ kannter Schaltgeräte.

Die genannte Aufgabe ist daher vollständig gelöst.

In einer Ausgestaltung der Erfindung ist die dem Schaltelement zugeführte Betriebsspannung über einen zusätzlichen Energie­ speicher gepuffert.

Als Energiespeicher findet dabei bevorzugt ein Kondensator Ver­ wendung, der zusätzlich, d. h. außerhalb des Netzteils, angeord­ net ist. Die Maßnahme besitzt den Vorteil, daß das Schalt­ element eine sehr gleichmäßige und stabile Betriebsspannung er­ hält, was die Gefahr von Störungen und fehlerhaften Schaltvor­ gängen reduziert. Dies ist vor allem im Hinblick auf den Si­ cherheitsaspekt der Schaltgeräte von Vorteil.

In einer weiteren Ausgestaltung benötigt das Schaltelement zum Aktivieren des Arbeitskontakts eine maximale Schaltleistung und das Netzteil weist eine elektrische Nennleistung auf, die ge­ ringer als die maximale Schaltleistung ist.

Bei dieser Ausgestaltung der Erfindung ist das Netzteil im Hin­ blick auf die maximal erforderliche Schaltleistung unterdimen­ sioniert. Das Netzteil ist für sich genommen nicht in der Lage, die zum Aktivieren der Arbeitskontakte erforderliche Schaltlei­ stung 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 Ener­ giespeiche ist dabei im Gegensatz zu dem Netzteil im Hinblick auf die maximale Schaltleistung dimensioniert.

Im Arbeitsbetrieb des Sicherheitsschaltgeräts ist demgegenüber nur eine geringere Halteleistung für die Arbeitskontakte erfor­ derlich. Diese geringere Leistung kann auch von einem im Hin­ blick auf die erforderliche Schaltleistung unterdimensionierten Netzteil zur Verfügung gestellt werden kann.

Die Maßnahme besitzt den Vorteil, daß aufgrund der geringeren Nennleistung ein Netzteil mit kleineren Transformator verwendet werden kann, wodurch die Baugröße reduziert ist. Das erfin­ dungsgemäße Sicherheitsschaltgerät dieser Ausgestaltung kann daher sehr klein bauend realisiert werden.

In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist der Betriebs­ zustand das Erreichen einer Arbeitsstellung des Arbeits­ kontakts.

Diese Maßnahme besitzt den Vorteil, daß das Absenken der Be­ triebsspannung so früh wie möglich erfolgt. Hierdurch werden die thermischen Belastungen des Sicherheitsschaltgeräts früh­ zeitig reduziert.

In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist die Ausgangs­ spannung des Netzteils in Abhängigkeit von einem Betriebs­ parameter des Schaltelements geregelt.

In dieser Ausgestaltung der Erfindung wird nicht nur die Ar­ beitsposition des Arbeitskontakts, sondern es werden darüber hinaus weitere Betriebsparameter, wie beispielsweise eine Be­ triebstemperatur, 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 gewähr­ leistet.

In einer Ausgestaltung der zuvor genannten Maßnahme ist der Be­ triebsparameter eine Betriebstemperatur des Schaltelements.

Diese Maßnahme ist besonders vorteilhaft, da der ohmsche Wider­ stand von Spulen mit zunehmender Temperatur steigt. Da bei steigendem Widerstand der Stromfluß und damit die Stärke des Magnetfeldes abnimmt, müßte ohne eine temperaturabhängige Rege­ lung der Betriebsspannung eine Spannungsreserve berücksichtigt werden, um einen fehlerfreien Betrieb des Sicherheitsschalt­ geräts 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.

In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist der Be­ triebsparameter ein Haltestrom des Schaltelements.

Bei dieser Ausgestaltung der Erfindung wird die jeweils er­ forderliche Betriebsspannung mit Hilfe eines Stromfühlers be­ stimmt, der in dem Stromkreis für das Schaltelement angeordnet ist. Die Ausgangsspannung des Netzteils wird von der Ab­ senkeinheit daher jeweils so bestimmt, daß ein konstanter Hal­ testrom fließen kann. Der Haltestrom für das Schaltelement wird gleichsam eingeprägt. Auch mit dieser Maßnahme ist eine optima­ le Regelung der Betriebsspannung zur Reduzierung von thermi­ schen Belastungen möglich.

In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung weist das Sicher­ heitsschaltgerät ein Zeitglied mit einer definierten Zeitkon­ stante auf und das Absenken der Betriebsspannung erfolgt in Ab­ hängigkeit von der definierten Zeitkonstante.

Diese Maßnahme ist schaltungstechnisch sehr einfach und kosten­ günstig zu realisieren und kann daher zur Kostenreduktion an­ stelle einer Regelung der Betriebsspannung verwendet werden. Sie kann darüber hinaus jedoch auch in Ergänzung zu einer Rege­ lung Anwendung finden, um den Beginn des eigentlichen Regelvor­ gangs zu bestimmen.

In einer weiteren Ausgestaltung der zuvor genannten Maßnahme beinhaltet das Zeitglied das Schaltelement.

Diese Ausgestaltung besitzt den Vorteil, daß das Zeitglied im­ plizit, d. h. ohne die Verwendung zusätzlicher Bauelemente, sehr kostengünstig realisiert werden kann. Besonders bevorzugt wird das Zeitglied in diesem Fall dadurch realisiert, daß ein Ener­ giespeicher, der dem Schaltelement die erforderliche Betriebs­ spannung 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 ih­ rem Maximalwert auf den genannten höheren Spannungswert in ei­ ner Zeitspanne absinkt, die der definierten Zeitkonstante ent­ spricht.

In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung weist das Sicher­ heitsschaltgerät einen Startschalter mit einer Einschalt­ sicherung auf, die den Startschalter nur bei Vorliegen des hö­ heren Spannungswerts der Betriebsspannung freigibt.

Mit dieser Maßnahme ist gewährleistet, daß das Sicher­ heitsschaltgerät die Arbeitskontakte des Schaltelements tat­ sächlich auch aktivieren kann, wenn der Startschalter betätigt wird. Infolgedessen ist das Verhalten des Sicherheitsschalt­ geräts für einen Bediener transparenter und leichter nachvoll­ ziehbar. Die Gefahr von Fehlbedienungen wird reduziert, was insbesondere im Hinblick auf den Sicherheitsaspekt der Schalt­ geräte von Vorteil ist.

Es versteht sich, daß die vorstehend genannten und die nach­ stehend 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.

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine schematische Darstellung eines ersten Aus­ führungsbeispiels der Erfindung;

Fig. 2 eine schematische Darstellung eines zweiten Aus­ führungsbeispiels der Erfindung;

Fig. 3 zwei Spannungs-Zeit-Diagramme, aus denen die Funkti­ on des Sicherheitsschaltgeräts gemäß Fig. 1 ersicht­ lich ist; und

Fig. 4 zwei Spannungs-Zeit-Diagramme eines weiteren Ausfüh­ rungsbeispiels.

In Fig. 1 ist ein erfindungsgemäßes Sicherheitsschaltgerät in seiner Gesamtheit mit der Bezugsziffer 10 bezeichnet.

Das Sicherheitsschaltgerät 10 weist ein elektromechanisches Schaltelement 12 in Form eines Relais auf. Das Schaltelement 12 besitzt im vorliegenden Ausführungsbeispiel drei parallel zu­ einander angeordnete Arbeitskontakte 14, die seriell zwischen jeweils einer Eingangsklemme 18 und einer Ausgangsklemme 20 des Sicherheitsschaltgeräts 10 angeordnet sind. An die Eingangs­ klemmen 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 ange­ schlossen. Beispielhaft ist hier als elektrischer Verbraucher 24 ein elektrischer Antrieb dargestellt. Der elektrische An­ trieb bewegt beispielsweise einen Fräskopf oder eine Presse.

Abweichend von der hier gezeigten Darstellung besitzen Sicher­ heitsschaltgeräte der gezeigten Art häufig zwei zueinander red­ undante Schaltelemente 12, deren Arbeitskontakte 14 jeweils se­ riell zueinander angeordnet sind. Durch diese Redundanz wird ein sicheres Abschalten des elektrischen Verbrauchers auch bei Versagen eines Schaltelements 12 gewährleistet. Diese Aus­ führung ist für sich genommen im Stand der Technik hinreichend bekannt und wurde hier aus Gründen der Übersichtlichkeit nicht dargestellt.

Mit der Bezugsziffer 26 ist ein Netzteil bezeichnet, das hier gemäß einer bevorzugten Ausführung der Erfindung ein Schalt­ netzteil ist. Das Netzteil 26 kann über zwei Anschlußklemmen 28 in an sich bekannter Weise an eine Stromversorgung angeschlos­ sen werden. In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel ist dies die Stromversorgung 22, die auch den elektrischen Verbraucher 24 versorgt (hier nicht dargestellt).

Das Netzteil 26 ist ein variables Netzteil mit einer veränder­ baren Ausgangsspannung.

Mit der Bezugsziffer 30 ist eine schematisch dargestellte Ab­ senkeinheit 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 räum­ lich ebenso in dem Netzteil 26 integriert sein. Dies ist bevor­ zugterweise dann der Fall, wenn das Netzteil 26 bereits von sich aus die nachfolgend beschriebenen Eingangssignale zum Ein­ stellen 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 kombi­ niert.

In dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel erhält die Ab­ senkeinheit 30 das Ausgangssignal eines Temperaturfühlers 32, der die Betriebstemperatur S des Schaltelements 12 ermittelt. Die Absenkeinheit 30 bestimmt in Abhängigkeit von der erhalte­ nen Betriebstemperatur S die Ausgangsspannung U_A des Netzteils 26.

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 U_A des Netz­ teils 26 auf und bildet einen kapazitiven Energiespeicher. Par­ allel zu dem Kondensator 34 ist ein Spannungssensor 36 angeord­ net, der den jeweils am Kondensator 34 anliegenden Spannungs­ wert bestimmt. Das Ausgangssignal des Spannungssensors 36 ist einem Startschalter 38 zugeführt, der seriell in der Spannungs­ zuführung von dem Kondensator 34 zu dem Schaltelement 12 ange­ ordnet ist. Der Startschalter 38 besitzt in dem vorliegenden Ausführungsbeispiel eine hier nicht näher dargestellte Ein­ schaltsicherung, die den Startschalter für einen Bediener nur dann freigibt, wenn der von dem Spannungssensor 36 bestimmte Spannungswert ausreicht, um die Arbeitskontakte 14 in ihre Ar­ beitsstellung zu bewegen. Dieser erforderliche Spannungswert ist bevorzugt der höhere Spannungswert im Sinne der vorliegen­ den Erfindung.

Die in diesem Ausführungsbeispiel an dem Schaltelement 12 an­ liegende Spannung ist mit U_B' bezeichnet. Sie unterscheidet sich von der Ausgangsspannung U_A des Netzteils und damit von der hier am Kondensator 34 anliegenden Spannung U_B 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.

Gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung ist der Startschalter 38 über ein Zeitglied 40 mit der Absenkein­ heit 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 ge­ wählt, daß das Schaltelement 12 innerhalb der sich ergebenden Zeitspanne die Arbeitskontakte 14 in ihre Arbeitsstellung be­ wegt hat. Die Absenkeinheit 30 kann daher bei Vorliegen des ge­ nannten Signals die Ausgangsspannung U_A 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 be­ zeichnet, und er entspricht bevorzugt dem niedrigeren Span­ nungswert im Sinne der vorliegenden Erfindung.

In einer Variante dieses Ausführungsbeispiels kann das Zeit­ glied 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 Zeitkonstan­ te T. Die Funktionsweise dieser Variante ist nachfolgend anhand Fig. 4 näher erläutert.

In Fig. 2 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel eines er­ findungsgemäßen Sicherheitsschaltgeräts in seiner Gesamtheit mit dem Bezugszeichen 50 bezeichnet. Gleiche Bezugszeichen be­ zeichnen dabei dieselben Elemente wie in Fig. 1.

Im Gegensatz zu dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 1 wird die Ausgangsspannung U_A des Netzteils 26 bei dem Sicherheits­ schaltgerät 50 nicht in Abhängigkeit von einer Betriebs­ temperatur ϑ des Schaltelements 12, sondern in Abhängigkeit von dem erforderlichen Haltestrom I_H geregelt. Der Haltestrom I_H bezeichnet dabei denjenigen Strom, der erforderlich ist, um die Arbeitskontakte 14 des Schaltelements 12 in ihrer aktiven Ar­ beitsstellung zu halten.

Zum Bestimmen des dem Schaltelement 12 zugeführten Stroms I_H ist beim vorliegenden Ausführungsbeispiel seriell zu dem Start­ schalter 38 ein Widerstand 52 angeordnet, dessen jeweiliger Spannungsabfall in an sich bekannter Weise mit Hilfe eines Spannungssensors 54 gemessen wird. Das Ausgangssignal des Span­ nungssensors 54 ist der Absenkeinheit 30 zugeführt, die in Ab­ hängigkeit davon die Ausgangsspannung U_A des Netzteils 26 bestimmt. Im übrigen entspricht die Funktionsweise des Sicher­ heitsschaltgeräts 50 derjenigen des Sicherheitsschaltgeräts 10.

Stellvertretend auch für weitere Ausführungsbeispiele ist in Fig. 3 anhand zweier Spannungs-Zeit-Diagramme die Funktions­ weise des Sicherheitsschaltgeräts 10 erläutert, wobei in diesen Diagrammen das Zeitglied 40 berücksichtigt ist.

Das obere Zeitdiagramm zeigt den Verlauf der Spannung U_B über dem Kondensator 34. Zeitgleich darunter ist der Verlauf der am Schaltelement 12 anliegenden Betriebsspannung U'_B dargestellt.

Nach Inbetriebnahme des Sicherheitsschaltgeräts 10 wird der Kondensator 34 über das Netzteil 26 auf einen höheren Span­ nungswert, der hier mit U₁ bezeichnet ist, aufgeladen. Der Spannungswert U₁ wird zum Zeitpunkt t₀ erreicht. Ab diesem Zeitpunkt besitzt der Kondensator 34 die erforderliche Span­ nung, um dem Schaltelement 12 die zum Aktivieren seiner Ar­ beitskontakte 14 erforderliche Leistung zu liefern. Zum Zeit­ punkt t₁ wird der Startschalter 38 von einer Bedienperson betä­ tigt. Eine Betätigung des Startschalters 38 zu einem früheren Zeitpunkt als t₀ hätte keine Auswirkung, da die Einschalt­ sicherung den Startschalter aufgrund des noch nicht ausreichend geladenen Kondensators 34 noch nicht freigegeben hat.

Durch das erfolgreiche Betätigen des Startschalters 38 wird der Kondensator 34 mit dem Schaltelement 12 verbunden. Die Be­ triebsspannung U'_B springt daher auf den Wert der am Konden­ sator 34 anliegenden Spannung U_B.

Nach Ablauf der durch das Zeitglied 40 vorgegebenen Zeitspanne T steuert die Absenkeinheit 30 das Netzteil 26 derart an, daß die Spannungen U_H bzw. U'_B auf einen niedrigeren Spannungswert U₂ absinken. Die Zeitspanne T ist dabei so gewählt, daß die Ar­ beitskontakte 14 des Schaltelements 12 zu diesem Zeitpunkt be­ reits in ihre aktive Arbeitsstellung bewegt worden sind.

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 Zeit­ diagrammen der Fig. 3 anhand einer punktierten Linie 60 darge­ stellt. Wie zu erkennen ist, liegt die Nennspannung des Netz­ teils 26 unterhalb des Spannungswerts U₁, auf den der Kondensa­ tor 34 vor dem Betätigen des Startschalters 38 aufgeladen sein muß. Das Netzteil 26 ist daher im Hinblick auf die maximal er­ forderliche Schaltleistung unterdimensioniert.

In der bereits erwähnten Variante des in Fig. 1 gezeigten Aus­ führungsbeispiels 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 Fig. 4 darge­ stellt. Nach dem Betätigen des Startschalters 38 zum Zeitpunkt t₁ kann sich der Kondensator 34 über das Schaltelement 12 ent­ laden. Die Spannung U_B am Kondensator 34 sinkt entsprechend ab. Der Kondensator 34 und die Entladewiderstände sind dabei so di­ mensioniert, daß die Spannung U_B 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.

Claims (10)

1. Sicherheitsschaltgerät zum sicheren Ein- und Ausschalten eines elektrischen Verbrauchers (24), insbesondere eines elektrischen Antriebs, mit einem elektromechanischen Schaltelement (12), das zumindest einen verstellbaren Ar­ beitskontakt (14) aufweist, mit einem Netzteil (26) zum Erzeugen einer Betriebsspannung (U'_B; U_B) für das Schalt­ element (12), und mit einer Absenkeinheit (30), die die dem Schaltelement (12) zugeführte Betriebsspannung (U'_B; U_B) in Abhängigkeit von einem Betriebszustand des Schalt­ elements (12) von einem höheren (U₁) auf einen niedrigeren (U₂) Spannungswert absenkt, dadurch gekennzeichnet, daß das Netzteil (26) ein variables Netzteil mit veränderbarer Ausgangsspannung (U_A) ist und daß die Absenkeinheit (30) in Abhängigkeit von dem Betriebszustand die Ausgangs­ spannung (U_A) des Netzteils (26) bestimmt.

2. Sicherheitsschaltgerät nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die dem Schaltelement (12) zugeführte Be­ triebsspannung (U'_B; U_B) über einen zusätzlichen Energie­ speicher (34) gepuffert ist.

3. Sicherheitsschaltgerät nach Anspruch 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß das Schaltelement (12) zum Aktivieren des Arbeitskontakts (14) eine maximale Schaltleistung benötigt, und daß das Netzteil (26) eine elektrische Nenn­ leistung aufweist, die geringer als die maximale Schalt­ leistung ist.

4. Sicherheitsschaltgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der genannte Betriebszustand das Erreichen einer Arbeitsstellung des Arbeitskontakts (14) ist.

5. Sicherheitsschaltgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausgangsspannung (U_A) des Netzteils (26) in Abhängigkeit von einem Betriebsparameter (ϑ; I_H) des Schaltelements (12) geregelt ist.

6. Sicherheitsschaltgerät nach Anspruch 5, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Betriebsparameter eine Betriebstempera­ tur (ϑ) des Schaltelements (12) ist.

7. Sicherheitsschaltgerät nach Anspruch 5 oder 6, dadurch ge­ kennzeichnet, daß der Betriebsparameter (I_H) ein Halte­ strom des Schaltelements (12) ist.

8. Sicherheitsschaltgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß es ein Zeitglied (40) mit ei­ ner definierten Zeitkonstante (T) aufweist und daß das Ab­ senken der Betriebsspannung (U'_B) in Abhängigkeit von der definierten Zeitkonstante (T) erfolgt.

9. Sicherheitsschaltgerät nach Anspruch 8, dadurch gekenn­ zeichnet, daß das Zeitglied (40) das Schaltelement (12) beinhaltet.

10. Sicherheitsschaltgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß es einen Startschalter (38) mit einer Einschaltsicherung aufweist, die den Start­ schalter (38) nur bei Vorliegen des höheren Spannungswerts (U₁) der Betriebsspannung (U'_B; U_B) freigibt.