DE102019129158A1

DE102019129158A1 - Verfahren zum Betreiben einer Ein/Ausschalteinrichtung und Schaltungsanordnung

Info

Publication number: DE102019129158A1
Application number: DE102019129158.5A
Authority: DE
Inventors: Claas Steffen; Simon Egli
Original assignee: Leister Technologies AG
Current assignee: Leister Technologies AG
Priority date: 2019-10-29
Filing date: 2019-10-29
Publication date: 2021-04-29

Abstract

Verfahren und Schaltungsanordnung zur Überwachung des Schaltzustandes eines zwischen einer Gleichspannungsversorgungseinrichtung (1) und einer Last (2) angeordneten Halbleiterrelais (7; 8), wobei eine Einrichtung (9; 10) zur Erfassung des Spannungspotentials am Halbleiterrelais (7; 8) sowohl zwischen Gleichspannungsversorgung (1) und Halbleiterrelais (7; 8) als auch zwischen Halbleiterrelais (7; 8) und Last (2) angeordnet ist. Die Einrichtung (9; 10) zur Erfassung des Spannungspotentials ist eine Optokopplerschaltung. Das Verfahren und die Schaltungsanordnung erlauben eine hohe Anzahl von Schaltzyklen mit kurzer Taktzeit bei hoher Ausfahlsicherheit.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum sicheren Betreiben einer eine Gleichspannungsversorgungseinrichtung, ein Lasersystem und eine zwischen Gleichspannungsversorgungseinrichtung und Lasersystem angeordnete Ein-Ausschalteinrichtung aufweisende Laseranordnung mit einer Sicherheitssteuerung für das Abschalten der Laseranordnung beim Auslösen von Sicherheitssensoren. Die Erfindung betrifft außerdem eine Schaltungsanordnung zur Überwachung des Schaltzustandes eines zwischen einer Gleichspannungsversorgungseinrichtung und einer Last angeordneten Halbleiterrelais.
Zum sicheren Betrieb von Lasern gehört die Überwachung der Sicherheitssensoren (Türen des Gehäuses, Schlüsselschalter, Interlocks usw.). Wenn diese Sensoren oder Schaltkreise ausgelöst werden, muss das Lasersystem sicher abgeschaltet werden. Das Lasersystem besteht üblicherweise aus einem Lasertreiber (als Stromquelle) und einem Lasermodul, das den Laser und zugehörige Laserelektronik umfasst. Die Unterbrechung des Lasersystems erfolgt, indem die Spannungsversorgung für den Lasertreiber unterbrochen wird. Hierzu befindet sich zwischen der Gleichspannungsversorgungseinrichtung eine entsprechende Ein/Ausschalteinrichtung, die von einer Sicherheitssteuerung, in der alle Informationen der Sicherheitssensoren zusammenfließen, entsprechend gesteuert wird. Üblicherweise wird die Unterbrechung der Spannungsversorgung für den Lasertreiber mittels Schützen realisiert und mit deren Hilfskontakten überwacht. Häufig werden sehr hohe Taktfrequenzen in einer Produktion gefahren und der Laser über die Schütze stromlos geschaltet. Bei hohen Strömen verschleißen die Schütze sehr schnell durch Abbrand an den Kontakten und müssen häufig ersetzt werden. Grundsätzlich ist es bekannt, für solche Anwendungsfälle Halbleiterrelais (Solid State Relais (SSR)) einzusetzen. Jedoch besitzen diese Halbleiterrelais keine zwangsgeführten Hilfskontakte, welche für die Überwachung des Schaltzustands genutzt werden könnten.
Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, zum sicheren Betreiben einer Last, insbesondere einer Laseranordnung, eine Möglichkeit vorzuschlagen, das Abschalten der Last und die Überwachung der Schaltzustände verschleißarm zu realisieren.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 sowie einer Schaltungsanordnung mit den Merkmalen des Anspruchs 4 gelöst. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen sind den jeweils rückbezogenen Unteransprüchen zu entnehmen.
Gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren wird als Ein/Ausschalteinrichtung ein erstes Halbleiterrelais für ein erstes Spannungspotential, das zu dem Lasertreiber führt, verwendet. Gleichzeitig wird sowohl zwischen Gleichspannungsversorgungseinrichtung und erstem Halbleiterrelais als auch zwischen erstem Halbleiterrelais und Laseranordnung das Spannungspotential am ersten Halbleiterrelais erfasst und der Sicherheitssteuerung zur Verfügung gestellt. Die Spannungserfassung kann auf verschiedene Art und Weisen erfolgen, wobei bevorzugt Optokoppler verwendet werden, was gleichzeitig zu einer Potentialtrennung führt. Der Schaltzustand des Halbleiterrelais, das insbesondere ein SSR ist, wird der Sicherheitssteuerung zur Verfügung gestellt, damit diese über die entsprechenden Informationen verfügt. Durch die Detektion der Spannung vor und nach dem Halbleiterrelais (von der Gleichspannungsversorgung aus gesehen) mittels einer Optokopplerschaltung wird Aufschluss über den Schaltzustand des Halbleiterrelais erhalten und ersetzt den üblichen Hilfskontakt bei einem Schütz durch einen entsprechenden Rückmeldekanal. Damit kann eine wartungsarme Laseranordnung trotz hohem Produktionsdurchsatz realisiert werden. Bei einer hohen Anzahl von Schaltzyklen kann damit eine kurze Taktzeit realisiert werden, ohne die schaltenden Elemente regelmäßig austauschen zu müssen.
Gemäß einer bevorzugten Ausbildung des Verfahrens ist als Ein/Ausschalteinrichtung ein zweites Halbleiterrelais für ein zweites Spannungspotential zu dem Lasertreiber vorgesehen, wobei sowohl zwischen Gleichspannungsversorgungseinrichtung und Halbleiterrelais als auch zwischen zweitem Halbleiterrelais und Lasersystem das Spannungspotential am zweiten Halbleiterrelais erfasst und der Abschalteinrichtung zur Verfügung gestellt wird. Damit wird zur Erhöhung der Sicherheit das Abschalten des Lasersystems redundant aufgebaut. Es wird somit für das Pluspotential und für das Minuspotential der zu schaltenden Spannungsversorgung jeweils ein Halbleiterrelais für die Abschaltung eingesetzt.
Ein derartiges Verfahren und eine derartige Schaltungsanordnung ermöglicht somit den Einsatz von SSR mit einer Sicherheit auf dem Niveau entsprechend einer Verwendung mit Schützen, jedoch mit einer deutlich längeren Lebensdauer.
Zur Überwachung des Schaltzustandes einer Last ist grundsätzlich nur ein Halbleiterrelais erforderlich. Eine entsprechende Schaltungsanordnung gemäß Anspruch 4 weist daher lediglich ein Halbleiterrelais auf, wobei vorzugsweise das Spannungspotential mittels eines Optokopplers erfasst wird. Eine Schaltungsanordnung zum sicheren Betreiben einer Laseranordnung weist vorzugsweise ein erstes und ein zweites Halbleiterrelais auf, wobei jeweils zwischen Gleichspannungsversorgung und Halbleiterrelais als auch zwischen Halbleiterrelais und Laseranordnung als Last das Spannungspotential am jeweiligen Halbleiterrelais erfasst und verglichen wird.
Die vorstehend in der Beschreibung genannten Merkmale und Merkmalskombinationen sowie die nachfolgend in der Figurenbeschreibung genannten und/oder in den Figuren allein gezeigte Merkmale und Merkmalskombinationen sind nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar. Auch können einzelne Merkmale der unabhängigen oder nebengeordneten Ansprüche durch andere offenbarte Merkmale oder Merkmalskombinationen ersetzt werden. Sämtlich aus den Ansprüchen, der Beschreibung und der Zeichnung hervorgehenden Merkmale und/oder Vorteile können sowohl für sich als auch in verschiedensten Kombinationen erfindungswesentlich sein.
In der einzigen Figur, wird in einem Blockschaltbild die Erfindung prinzipiell dargestellt. Die Figur zeigt eine Laseranordnung 12 mit einer Gleichspannungsversorgung 1, die in dem Ausführungsbeispiel als 24 Volt oder 48 Volt Gleichspannungsversorgung ausgebildet ist, aber prinzipiell auch jede andere Spannung sein kann. Die Gleichspannungsversorgung 1 ist mit dem Plus- und Minuspol über einen Schalter 7 in Form eines SSR und einem Schalter 8 in Form eines SSR mit einem Lasersystem 2 verbunden. Das Lasersystem 2 weist einen Lasertreiber 3 als Stromquelle für ein Lasermodul 4 auf, welches eine Laser- und Steuerungselektronik umfasst. Das Lasersystem gibt den Laserstrahl 5 ab. Mit den Bezugsziffern 9 und 10 sind Optokopplermodule einer Optokopplerschaltung dargestellt, mittels denen das Spannungspotential auf beiden Seiten des Halbleiterschalters 7 (Optokopplermodul 9) bzw. des Halbleiterschalters 8 (Optokopplermodul) das Spannungsniveau erfasst und an eine Sicherungssteuerung 6 übertragen wird. Die Sicherungssteuerung 6 verarbeitet die für eine Abschaltung des Lasersystems 2 eingehenden Sensorsignale (durch die Pfeile 11' symbolisiert), die ein Abschalten aus Sicherheitsgründen auslösen, und steuert die Schalter 7 bzw. 8. Die Optokopplermodule 9 bzw. 10 liefern die entsprechenden Signale über den Schaltzustand des jeweiligen Schalters 7, 8 ebenfalls an die Sicherheitssteuerung 6, die dort bearbeitet werden, um den Zustand des jeweiligen Schalters 7, 8 bei Schaltmaßnahmen entsprechend zu berücksichtigen. Die Schaltung für die Rückführung ist in dem Ausführungsbeispiel derart aufgebaut, dass sie das Spannungspotential vor und hinter dem jeweiligen SSR erfasst, vergleicht und anschliessend ein entsprechendes Signal an die Sicherheitssteuerung 6 gibt. Dies erfolgt digital derart, dass bei geschaltetem SSR der jeweilige Optokoppler 9 bzw. 10 überbrückt wird und daher nicht schaltet, folglich das Signal an die Sicherheitssteuerung 6 „0“ ist. Ist das SSR nicht geschaltet, fliesst der Strom über den jeweiligen Optokoppler 9 bzw. 10, folglich ist das Signal an die Sicherheitssteuerung 6 „1‟.

Claims

Verfahren zum sicheren Betreiben einer eine Gleichspannungsversorgungseinrichtung (1), ein Lasersystem (2) und eine zwischen Gleichspannungsversorgungseinrichtung (1) und Lasersystem (2) angeordnete Ein/Ausschalteinrichtung (7; 8) aufweisenden Laseranordnung (12) mit einer Sicherheitssteuerung (6) für das Abschalten des Lasersystems (2) beim Auslösen von Sicherheitssensoren, dadurch gekennzeichnet, dass als Ein/Ausschalteinrichtung ein erstes Halbleiterrelais (7) für ein erstes Spannungspotenzial verwendet wird und sowohl zwischen Gleichspannungsversorgungseinrichtung (1) und erstem Halbleiterrelais (7) als auch zwischen erstem Halbleiterrelais (7) und Laseranordnung (2) das Spannungspotenzial am ersten Halbleiterrelais (7) erfasst und der Sicherheitssteuerung (6) zur Verfügung gestellt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass als Ein/Ausschalteinrichtung ein zweites Halbleiterrelais (8) für ein zweites Spannungspotenzial verwendet wird und sowohl zwischen Gleichspannungsversorgungseinrichtung (1) und Halbleiterrelais (8) als auch zwischen zweitem Halbleiterrelais (8) und Lasersystem (2) das Spannungspotenzial am zweiten Halbleiterrelais (2) erfasst und der Sicherheitssteuerung (6) zur Verfügung gestellt wird.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Spannungspotenzial mittels einer Optokopplerschaltung (9; 10) erfasst wird.
Schaltungsanordnung zur Überwachung des Schaltzustandes eines zwischen einer Gleichspannungsversorgungseinrichtung (1) und einer Last (2) angeordneten Halbleiterrelais (7, 8), dadurch gekennzeichnet, dass eine Einrichtung (9; 10) zur Erfassung des Spannungspotenzials am Halbleiterrelais (7; 8) zwischen Gleichspannungsversorgung (1) und Halbleiterrelais (7; 8) und zwischen Halbleiterrelais (7; 8) und Last (2) angeordnet ist.
Schaltungsanordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Einrichtung zur Erfassung des Spannungspotenzials eine Optokopplerschaltung umfasst.
Schaltungsanordnung nach Anspruch 4 oder 5 zum sicheren Betreiben einer Laseranordnung (2) als Last, dadurch gekennzeichnet, dass ein erstes Halbleiterrelais (7) für ein erstes Spannungspotenzial und ein zweites Halbleiterrelais (8) für ein zweites Spannungspotenzial vorgesehen sind.