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Die
vorliegende Erfindung betrifft ein Sicherheitsschaltgerät zum fehlersicheren
Abschalten eines elektrischen Verbrauchers, insbesondere einer elektrisch
angetriebenen Maschine, mit
- – einem
Signalverarbeitungsteil zum Aufnehmen und Auswerten eines eingangsseitigen
Schaltsignals,
- – zumindest
einem Schaltelement, insbesondere einem Halbleiter-Schaltelement,
das gesteuert vom Signalverarbeitungsteil ein ausgangsseitiges Schaltsignal
zum Abschalten des Verbrauchers bereitstellt, und
- – einem
Löschglied
zum Abbauen von rückwirkenden
Spannungsspitzen beim Abschalten des Verbrauchers.
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Die
Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zum fehlersicheren Abschalten
eines elektrischen Verbrauchers, insbesondere einer elektrisch angetriebenen
Maschine, mit den Schritten
- – Aufnehmen
und Auswerten eines eingangsseitigen Schaltsignals,
- – Abschalten
des Verbrauchers in Abhängigkeit von
dem eingangsseitigen Schaltsignal, und
- – Unterdrücken von
Spannungsspitzen beim Abschalten des Verbrauchers mit Hilfe eines
Löschgliedes.
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Ein
gattungsgemäßes Sicherheitsschaltgerät, in dem
ein entsprechendes Verfahren implementiert ist, wird von der Anmelderin
der vorliegenden Erfindung unter der Typenbezeichnung PNOZ® vertrieben.
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Sicherheitsschaltgeräte im Sinne
der vorliegenden Erfindung sind dazu vorgesehen, technische Anlagen
und Geräte
fehlersicher zu steuern und insbesondere fehlersicher abzuschalten,
wenn dies erforderlich ist, um beispielsweise eine Gefährdung für Bedienpersonal
zu vermeiden. „Fehlersicher" bedeutet dabei,
dass der erfolgreiche Abschaltvorgang selbst dann sichergestellt
sein muss, wenn in dem Sicherheitsschaltgerät oder dessen Umgebung ein Fehler
auftritt, beispielsweise also ein Bauteil des Sicherheitsschaltgerätes ausfällt. Gattungsgemäße Sicherheitsschaltgeräte sind
daher in aller Regel redundant aufgebaut, und sie benötigen in
zahlreichen Ländern
eine gesonderte Zulassung durch eine zuständige Aufsichtsbehörde. Im
Hinblick auf die vorliegende Erfindung sind Sicherheitsschalt geräte solche,
die zumindest die Kategorie 3 der Europäischen Norm EN 954-1 oder eine
vergleichbare Sicherheitsnorm erfüllen und darüber hinaus
solche, die speziell für
eine entsprechende sicherheitskritische Anwendung vorgesehen sind.
Dabei ist die Erfindung allerdings nicht auf Sicherheitsschaltgeräte im engeren Sinne
beschränkt,
sondern sie umfasst gleichermaßen
auch Sicherheitssteuerungen und Feldbus-basierte Sicherheitssysteme,
die über
ggf. komplexe Steuerungsaufgaben hinaus die Funktionalität eines Sicherheitsschaltgerätes der
nachfolgend näher
beschriebenen Art realisieren.
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Der
Signalverarbeitungsteil des Sicherheitsschaltgerätes dient zum Aufnehmen und
Auswerten eines eingangsseitigen Schaltsignals, das bei üblichen
Anwendungen bspw. von einem Not-Aus-Taster, einer Schutztür, einer
Lichtschrankenanordnung, Zwei-Hand-Bedienschaltern
oder anderen Sicherheitsgebern erzeugt wird. Der Signalverarbeitungsteil wertet
das Schaltsignal in fehlersicherer Weise aus und steuert in Abhängigkeit
davon zumindest ein, in aller Regel jedoch mehrere ausgangsseitige
Schaltelemente. Das Ausgangssignal der Schaltelemente ist einem
oder mehreren Aktoren zugeführt,
wie bspw. Schützen, über deren
Arbeitskontakte die Stromzufuhr einer überwachten Maschine geführt ist.
Des Weiteren werden mit Hilfe gattungsgemäßer Sicherheitsschaltgeräte häufig auch
Magnetventile ein- oder ausgeschaltet, die Bestandteil eines hydraulischen
Antriebs sind.
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Schützen, Magnetventilen
und vergleichbaren Aktoren ist gemeinsam, dass sie für das Sicherheitsschaltgerät eine induktive
Last darstellen. Dies hat zur Folge, dass beim Abschalten eine Überspannungsspitze
auftritt, deren Höhe
die normale Arbeits spannung deutlich übersteigen kann. Die Ausgänge gattungsgemäßer Sicherheitsschaltgeräte weisen daher
in aller Regel ein Löschglied
auf, häufig
eine sog. Löschdiode,
die antiparallel zu der Eingangsspule des Schützes oder Magnetventils geschaltet ist.
Ein Sicherheitsschaltgerät
mit einer solchen Löschdiode
ist bspw. aus der
DE
199 54 460 A1 bekannt.
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Die
Löschglieder
bei den bekannten Sicherheitsschaltgeräten besitzen jedoch zwei grundsätzliche
Nachteile, die je nach praktischer Realisierung unterschiedlich
stark ausgeprägt
sein können.
Ein erster Nachteil besteht darin, dass beim Abschalten der Strom
durch die Schützspule
langsamer abklingt, was den Abschaltvorgang verzögert. Ein zweiter Nachteil
ist ein unerwünschter
Wärmeeintrag
in das Sicherheitsschaltgerät,
der insbesondere dadurch entsteht, dass der Signalverarbeitungsteil
die ausgangsseitigen Schaltelemente zu Testzwecken häufig aus- und wieder einschalten
muss. Die beim Ausschalten auftretende Spannungsspitze wird über das im
Sicherheitsschaltgerät
angeordnete Löschglied abgebaut,
wobei die in der Schützspule
gespeicherte Energie innerhalb des Sicherheitsschaltgerätes in Ohmsche
Verlustleistung umgewandelt wird.
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Vor
diesem Hintergrund ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung,
ein Sicherheitsschaltgerät
der eingangs genannten Art anzugeben, bei dem der Wärmeeintrag
in das Sicherheitsschaltgerät
vermindert ist.
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Diese
Aufgabe wird bei einem Sicherheitsschaltgerät der eingangs genannten Art
dadurch gelöst,
dass das Löschglied
zumindest eine erste und eine zweite Löschbetriebsart aufweist, die
alternativ zueinander aktivierbar sind.
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Die
Aufgabe wird ferner durch ein Verfahren der eingangs genannten Art
gelöst,
bei dem das Löschglied
zumindest eine erste und eine zweite Löschbetriebsart aufweist, die
alternativ zueinander aktiviert werden, wobei bevorzugt das Löschglied zum
Abschalten des Verbrauchers von der ersten in die zweite Löschbetriebsart
umgeschaltet wird.
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Die
Erfindung basiert damit auf der Idee, das Löschglied bei einem Sicherheitsschaltgerät variabel auszubilden.
Dies macht es möglich,
das Löschglied für verschiedene
Situationen und Anforderungen unterschiedlich zu gestalten und jeweils
auf den gewünschten
Einsatzzweck hin zu optimieren. Das Löschglied erhält damit
verschiedene Löschbetriebsarten,
die je nach Einsatzzweck und Situation aktivierbar sind.
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Für eine Sicherheitsabschaltung
ist das Löschglied
bevorzugt so ausgelegt, dass ein möglichst schnelles Abklingen
des Stroms in der induktiven Last erreicht wird. Der Wärmeeintrag
in das Sicherheitsschaltgerät
ist in dieser Situation von untergeordneter Bedeutung, da es hierbei
in erster Linie auf das schnelle und sichere Abschalten des Verbrauchers
ankommt.
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Da
bei gattungsgemäßen Sicherheitsschaltgeräten eine
Sicherheitsabschaltung vergleichsweise selten auftritt, stellt der
Wärmeeintrag
in dieser Situation ein vergleichsweise geringes Problem dar. Anders
verhält
es sich allerdings mit den regelmäßig durchgeführten Abschalttests.
Da diese im Betrieb des Sicherheitsschaltgeräts regelmäßig auftreten und zudem kein übergeordneter
Sicherheitszweck entgegensteht, ist es von Vorteil, das Löschglied
in diesem Fall nicht vorrangig auf optimale Geschwindigkeit hin,
sondern auf möglichst
geringen Wärmeeintrag
hin zu optimieren.
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Die
Unterschiedlichen Ziele können
gemeinsam dadurch erreicht werden, dass das Löschglied für unterschiedliche Löschbetriebsarten
ausgelegt ist. Darüber
hinaus kann ein Löschglied
mit unterschiedlichen Löschbetriebsarten
auch einfacher auf individuelle Eigenschaften von verschiedenen
(induktiven) Lasten hin optimiert werden.
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Die
genannte Aufgabe ist damit vollständig gelöst.
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In
einer Ausgestaltung der Erfindung ist die Löschbetriebsart von dem Signalverarbeitungsteil einstellbar.
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Diese
Ausgestaltung besitzt den Vorteil, dass der Signalverarbeitungsteil
die volle Kontrolle über
die Funktion des Löschgliedes
besitzt, so dass bei einer vom Signalverarbeitungsteil ausgelösten Sicherheitsabschaltung
eine optimal kurze Abklingzeit gewährleistet ist.
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In
einer weiteren Ausgestaltung besitzt der Signalverarbeitungsteil
einen ersten Betriebszustand, bei dem der Verbraucher eingeschaltet
ist, sowie einen zweiten Betriebszustand, mit dem der Verbraucher
abgeschaltet wird. Bevorzugt befindet sich das Löschglied beim ersten Betriebszustand
in der ersten Löschbetriebsart
und beim zweiten Betriebszustand in der zweiten Löschbetriebsart.
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Diese
Ausgestaltung macht von der zugrunde liegenden Idee optimalen Gebrauch,
indem sie die Löschbetriebsart
insbesondere bei einer Sicherheitsabschaltung wechselt. Während die
Sicherheitsabschaltung nämlich
vor allem dann dazu dient, den angeschlossenen Verbraucher in einen
gefahrlosen Zustand zu überführen, bleibt
der angeschlossene Verbraucher im stationären Betrieb von den internen Funktionsabläufen des
Sicherheitsschaltgerätes häufig weitgehend
unberührt.
Selbst wenn zu Testzwecken das zumindest eine ausgangsseitige Schaltelement
kurzzeitig geöffnet
wird, bleibt der angeschlossene Verbraucher auf Grund der Trägheit der Aktoren
häufig
unbeeinflusst. Der Wechsel der Löschbetriebsarten
beim Abschalten des Verbrauchers ermöglicht eine optimale Anpassung
an die unterschiedlichen Interessenlagen im stationären Überwachungsbetrieb
und bei einer Sicherheitsabschaltung.
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In
einer weiteren Ausgestaltung ist der Signalverarbeitungsteil dazu
ausgebildet, in seinem ersten Betriebszustand das zumindest eine
Schaltelement impulsweise auszuschalten.
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Diese
Ausgestaltung knüpft
an das vorher Gesagte an, da ein Wechsel der Löschbetriebsart besonders vorteilhaft
ist, wenn zwischen Abschaltvorgängen
zu Testzwecken und „echten" Sicherheitsabschaltungen
unterschieden wird. Auf Grund der unterschiedlichen Interessenlagen
ist der Wechsel der Löschbetriebsart
hier besonders wirkungsvoll.
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In
einer weiteren Ausgestaltung besitzt das Löschglied in der ersten Löschbetriebsart
eine niedrige Ansprechschwelle und in der zweiten Löschbetriebsart
eine hohe Ansprechschwelle.
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In
dieser Ausgestaltung ist das Löschglied besonders
darauf hin optimiert, den Wärmeeintrag
in das Sicherheitsschaltgerät
wäh rend
der Abschalttests zu minimieren, und andererseits bei einer Sicherheitsabschaltung
ein möglichst
schnelles Abklingen des Stroms durch die induktive Last zu ermöglichen.
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In
einer weiteren Ausgestaltung ist parallel zu dem Schaltelement ein Überspannungs-Schutzelement
angeordnet.
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Diese
Ausgestaltung bietet in Ergänzung
zu den verschiedenen Löschbetriebsarten
einen verbesserten Schutz des ausgangsseitigen Schaltelements und
ermöglicht
eine schnellere Sicherheitsabschaltung. So kann das Löschglied
in der zweiten Löschbetriebsart
auf die Sicherheitsabschaltung hin optimiert werden, ohne Rücksicht
auf den Schutz des ausgangsseitigen Schaltelements zu nehmen.
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In
einer weiteren Ausgestaltung besitzt das Überspannungsschutzelement eine
dritte Ansprechschwelle, die höher
ist als die niedrige Ansprechschwelle des Löschgliedes.
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Diese
Maßnahme
knüpft
an den zuvor genannten Gedanken an. Sie besitzt darüber hinaus den
besonderen Vorteil, dass die in der induktiven Last gespeicherte
Energie während
der Abschalttests „draußen" gehalten wird, d.h.
nicht über
das Überspannungsschutzelement
in Ohmsche Verlustwärme
umgesetzt wird. Ein weiterer Vorteil dieser Maßnahme ist, dass die induktive
Last nach Beendigung des Abschalttests nicht oder nur zu einem geringen
Teil neu aufgeladen werden muss, was die Durchführung der Abschalttests erleichtert.
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In
einer weiteren Ausgestaltung beinhaltet das Löschglied ein schaltbares Halbleiterbauelement,
vorzugsweise einen Thyristor, als Löschelement.
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Schaltbare
Halbleiterbauelemente und insbesondere Thyristoren haben sich auf
Grund ihrer geringen Durchlassspannung im durchgeschalteten Zustand
als besonders wirkungsvoll erwiesen, um den Wärmeeintrag in das Schaltgerät bei der
Durchführung
von Abschalttests zu minimieren.
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In
einer weiteren Ausgestaltung ist das schaltbare Halbleiterbauelement
in dem Sicherheitsschaltgerät
integriert.
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Diese
Ausgestaltung erleichtert die Installation des neuen Sicherheitsschaltgerätes, da
das Löschglied
nicht zusätzlich
zu dem Sicherheitsschaltgerät
von Anwenderseite her zu verdrahten ist. Andererseits ist die Integration
des Löschgliedes
in das Sicherheitsschaltgerät
hier möglich,
ohne die thermische Belastung des Sicherheitsschaltgerätes überproportional
zu erhöhen.
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Es
versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachstehend
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.
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Ausführungsbeispiele
der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden in der
nachfolgenden Beschreibung näher
erläutert.
Es zeigen:
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1 ein schematisches Blockschaltbild
eines Ausführungsbeispiels
des neuen Sicherheitsschaltgerätes,
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2 ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel eines
Löschgliedes
bei dem neuen Sicherheitsschaltgerät aus 1,
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3 eine vereinfachte Darstellung
des Signalverlaufs am Ausgang des neuen Sicherheitsschaltgerätes aus 1 ohne Berücksichtigung
von Ausschalt-Spannungsspitzen, und
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4 eine vereinfachte Darstellung
des Betragssignalverlaufs beim Abschalten einer induktiven Last.
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In 1 ist ein Ausführungsbeispiel
eines neuen Sicherheitsschaltgerätes
in seiner Gesamtheit mit der Bezugsziffer 10 bezeichnet.
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Das
Sicherheitsschaltgerät 10 besitzt
einen Signalverarbeitungsteil 12, der hier vereinfacht
mit zwei redundanten Mikrocontrollern 14, 16 dargestellt ist.
Die beiden redundanten Mikrocontroller 14, 16 überwachen
sich gegenseitig, was durch einen Pfeil 18 angedeutet ist.
Es versteht sich, dass jeder der beiden Mikrocontroller 14, 16 über eine
geeignete Peripherie (Speicher, Kommunikationsinterfaces etc.) verfügt, die
hier der Einfachheit halber nicht dargestellt ist. Darüber hinaus
können
auch mehr als nur zwei redundante Kanäle für die Signalverarbeitung vorhanden
sein.
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Das
Sicherheitsschaltgerät 10 besitzt
zwei redundante ausgangsseitige Schaltelemente 20, 22, die
hier gemäß einer
bevorzugten Ausführung
als elektronische Schaltelemente (Halbleiterbauelemente, hier als
MOS-Transistoren) dargestellt sind. Bei derartigen Schaltelementen
kommen die Vorteile der vorliegenden Erfindung besonders wirkungsvoll
zum Tragen, wenngleich die Erfindung hierauf nicht beschränkt ist.
Jedem Schaltelement 20, 22 ist ein Schutzelement 24, 26 parallel
geschaltet. Die Schutzelemente 24, 26 überbrücken hier
die Source-Drain-Strecke der beiden Schaltelemente 20, 22 und
sie sind hier gemäß einem
bevorzugten Ausführungsbeispiel
jeweils in Form von zwei gegenläufigen Zener-Dioden
realisiert.
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Die
Ausgangssignale der beiden Schaltelemente 20, 22 sind über Ausgänge 28, 30 zwei
extern angeschlossenen Aktoren 32, 34 zugeführt. Die
Aktoren 32, 34 sind hier als Schütze dargestellt,
deren jeweilige Arbeitskontakte in Reihe zueinander angeordnet sind. Über die
Arbeitskontakte der Schütze 32, 34 ist
eine dreiphasige Stromversorgung 36 mit einem hier beispielhaft
angenommenen Antrieb 38 verbunden. Der Antrieb 38 kann
beispielsweise ein Stellantrieb für einen automatisiert arbeitenden
Roboter oder ein Förderband
sein. In weiteren Ausführungsbeispielen
sind die Aktoren 32, 34 Magnetventile, mit denen
beispielsweise die Arbeitsbewegung einer hydraulischen Presse gesteuert
wird.
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Das
Sicherheitsschaltgerät 10 besitzt
des Weiteren zwei Löschglieder 40, 42,
von denen jeweils eins parallel zu dem entsprechenden Ausgang 28, 30 an
das Schaltelement 20, 22 angeschlossen ist. Eine
bevorzugte Realisierung für
die Löschglieder 40, 42 ist
nachfolgend an Hand 2 näher erläutert. Wie
in 1 dargestellt ist,
werden die Löschglieder 40, 42 hier
von dem Signalverarbeitungsteil 12 angesteuert und in ihren
Löschbetriebsarten
umgeschaltet (wird nachfolgend näher
erläutert).
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Eingangsseitig
nimmt das Sicherheitsschaltgerät 10 die
Signale von einem oder mehreren Sicherheitsgebern auf, die hier
beispielhaft als Schutztürsensor 44,
als Lichtschrankenanordnung 46 und als Not-Aus-Taster 48 dargestellt
sind. Diese gemeinsame Darstellung der Sicherheitsgeber ist beispielhaft,
da in der Praxis Sicherheitsschaltgeräte häufig speziell für einen
Typ von Sicherheitsgeber ausgelegt sind. Es gibt jedoch auch Sicherheitsschaltgeräte, an die
verschiedene Arten von Sicherheitsgebern anschließbar sind,
wie hier dargestellt. Darüber
hinaus versteht es sich, dass die Erfindung nicht auf Sicherheitsschaltgeräte zur Auswertung
der hier gezeigten Sicherheitsgeber beschränkt ist, sondern auch Sicherheitsschaltgeräte für andere
Arten von Signalgebern beinhaltet. Insbesondere kann als Signalgeber
auch ein vorhergehendes Sicherheitsschaltgerät fungieren, wie dies beispielsweise
in der WO 01/67610 A1 beschrieben ist.
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Die
Erfindung ist hier am Beispiel eines Sicherheitsschaltgerätes 10 dargestellt,
bei dem der Signalverarbeitungsteil 12 und die Schaltelemente 20, 22 sowie
die Löschglieder 40, 42 in
einem gemeinsamen Gerätegehäuse 50 angeordnet
sind. Das Sicherheitsschaltgerät 10 kann
damit als kompaktes Bauteil in einer Gesamtanlage integriert werden,
beispielsweise durch Montage und Verdrahtung in einem Schaltschrank.
Wie bereits eingangs erwähnt, ist
die Erfindung jedoch hierauf nicht beschränkt. Abweichend hiervon kann
die Erfindung gleichermaßen auch
bei einer komplexen Sicherheitssteuerung Anwendung finden, wie sie
beispielsweise von der Anmelderin unter der Typenbezeichnung PSS® angeboten
wird, oder bei einem Feldbus-basierten System mit verteilten Schaltelementen.
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Bei
der nachfolgenden Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels
für das
Löschglied 40 bezeichnen
gleiche Bezugszeichen dieselben Elemente wie zuvor.
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In 2 ist das Löschglied 40 in
einem bevorzugten schaltungstechnischen Aufbau dargestellt. Es beinhaltet
einen Spannungsteiler bestehend aus zwei Widerständen 60, 62,
wobei das freie Ende des Widerstandes 60 mit dem Ausgang
des Schaltelements 20 verbunden ist, und wobei das freie
Ende des Widerstands 62 auf Masse liegt. Parallel zum Widerstand 60 befinden
sich eine Kapazität 64 und
eine in Durchlassrichtung angeordnete Schutzdiode 66. Des
Weiteren ist parallel zu dem Spannungsteiler 60, 62 ein
Thyristor 68 angeordnet, wobei dessen Steueranschluss mit
dem Verbindungspunkt der beiden Widerstände 60, 62 verbunden
ist. Der Thyristor 68 erhält damit eine Steuerspannung,
die durch das Teilerverhältnis
des Spannungsteilers 60, 62 bestimmt wird.
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Des
Weiteren besitzt das Löschglied 40 eine Serienschaltung
bestehend aus einem Widerstand 70 und einem Schalter, der
hier in einer ersten Schaltstellung 72 (geöffnet) dargestellt
ist. Die zweite (geschlossene) Schaltstellung ist bei der Bezugsziffer 74 angedeutet.
Die Serienschaltung aus Widerstand 70 und Schalter 72/74 liegt
parallel zum Widerstand 60. Dies bedeutet, dass sich mit
Hilfe des Schalters 72/74 das Teilerverhältnis des
Spannungsteilers 60, 62 und damit die am Zündanschluss
des Thyristors 68 anliegende Zündspannung variieren lassen.
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In 3 ist das Ausgangssignal
des Sicherheitsschaltgerätes 10 an
den Ausgängen 28, 30 vereinfacht
dargestellt. Mit einer Flanke 80 wird die Spannung an den
Ausgängen 28, 30 des
Sicherheitsschaltgerätes 10 eingeschaltet.
Die Schütze 32, 34 werden
dadurch bestromt und schließen
ihre Arbeitskontakte. Infolgedessen ist der Antrieb 38 mit
der Stromversorgung 36 verbunden und läuft an.
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Während der
Antrieb 38 läuft
(Arbeitsbetrieb), überwacht
das Sicherheitsschaltgerät 10 die am
Eingang anliegenden Sensorsignale der Sicherheitsgeber 44, 46, 48.
Der Signalverarbeitungsteil 12 wertet die eingangsseitigen
Schaltsignale der Sicherheitsgeber fehlersicher aus und löst ggf.
eine Sicherheitsabschaltung des Antriebs 38 aus, was mit
einer Flanke 82 in 3 dargestellt
ist. Zur Sicherheitsabschaltung öffnet
der Signalverarbeitungsteil 12 die Schaltelemente 20, 22,
so dass die Spannung an den Ausgängen 28, 30 abfällt und
infolgedessen die Arbeitskontakte der Schütze 32, 34 geöffnet werden. Hierdurch
wird der Antrieb 38 von der Stromversorgung 36 getrennt.
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Während des
Arbeitsbetriebs, der nachfolgend auch als erster Betriebszustand
bezeichnet ist, führt
der Signalverarbeitungsteil 12 regelmäßige Abschalttests durch, indem
er die Schaltelemente 20, 22 kurzzeitig (impulsweise) öffnet und
wieder schließt.
Zwei derartige Abschalttests sind in dem Ausgangssignal in 3 bei der Bezugsziffer 84 dargestellt.
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Die
Abschaltimpulse 84 sind üblicherweise kürzer als
die Abfallzeit der Schütze 32, 34,
so dass der Antrieb 38 trotz der Abschaltimpulse 84 ungehindert
weiterläuft.
Gegebenenfalls können
die Abschaltimpulse 84 für einen ungestörten Betrieb
des Antriebs 38 auch vor den Schützen 32, 34 ausgefiltert sein. Über eine
hier nicht dargestellte Rückleseleitung
kann der Signalverarbeitungsteil 12 das erfolgreiche Öffnen der
Schaltelemente 20, 22 überprüfen. Der Signalverarbeitungsteil 12 kann
damit sicherstellen, dass die Schaltelemente 20, 22 für den Fall
einer Sicherheitsabschaltung zuverlässig funktionieren.
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Wie
den einschlägigen
Fachleuten auf diesem Gebiet bekannt ist, hat das (auch kurzzeitige) Abschalten
einer induktiven Last eine Spannungsspitze zur Folge, die in 4 im Betragsverlauf vereinfacht
dargestellt ist (Bezugsziffer 86). Die Rückwirkung
derartiger Spannungsspitzen 86 auf die Ausgänge des
Sicherheitsschaltgerätes 10 werden
durch die Löschglieder 40, 42 abgefangen.
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Die
Funktionsweise der Löschglieder 40, 42 ist
nun wie folgt:
Im Arbeitsbetrieb baut sich bei einem Abschaltimpuls 84 die
Spannungsspitze 86 auf. Diese erzeugt über den Spannungsteiler 60, 62 eine
Zündspannung
am Zündanschluss
des Thyristors 86. Die Dimensionierung des Spannungsteilers 60, 62 ist
so gewählt, dass
die Ansprechschwelle des Thyristors 68 niedriger ist als
die Ansprechschwelle der Schutzelemente 24, 26.
In 4 sind die beiden
genannten Ansprechschwellen mit den Bezugsziffern 88 und 90 bezeichnet.
Beim Überschreiten
der Ansprechschwelle 88 zündet der Thyristor 68 und
schließt
damit einen Entladestromkreis über
den Schütz 32.
Da der Thyristor eine niedrige Durchlassspannung von etwa 1,4 Volt
besitzt, wird dabei nur verhältnismäßig wenig Wärme in das
Sicherheitsschaltgerät 10 eingebracht.
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Sobald
das Schaltelement 20, 22 am Ende des Abschalttests
wieder geschlossen wird oder wenn der Löschstrom durch den Schütz 32 weit
genug abgeklungen ist, geht der Thyristor 68 wieder in seinen
Sperrzustand über.
Die Ansprechschwelle 88 des Thyristors 68 wird
dabei im Wesentlichen durch das Teilerverhältnis des Spannungsteilers 60, 62 bestimmt.
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Wenn
nun der Signalverarbeitungsteil 12 eine Sicherheitsabschaltung
auslösen
möchte,
bringt er das Löschglied 40, 42 durch
Betätigen
des Schalters 72/74 in seine zweite Löschbetriebsart.
Auf Grund des veränderten
Teilerverhältnisses
des Spannungsteilers zündet
der Thyristor 68 nun erst bei einer höheren Ansprechschwelle, die
in 4 bei der Bezugsziffer 92 angedeutet
ist. Die Ansprechschwelle 92 ist in 4 höher
als die Ansprechschwelle 90 des Schutzelements 24, 26 dargestellt, d.h.
in diesem Fall spricht das Schutzelement 24, 26 bereits
vor dem Thyristor 68 an. Die Ansprechschwellen 90, 92 können jedoch
auch in etwa gleich oder in umgekehrter Reihenfolge als in 4 gezeigt gewählt werden.
Durch die freie Dimensionierung der Ansprechschwelle 92 für eine Sicherheitsabschaltung
kann das Entmagnetisierverhalten der Schütze 32, 34 unabhängig von
thermischen Betrachtungen im Arbeitsbetrieb auf optimale Geschwindigkeit
eingestellt werden. Gegebenenfalls kann eine Löschung der Spannungsspitze 86 vollständig unterbunden werden,
indem der Widerstand 70 durch einen Kurzschluss (R = 0
Ohm) ersetzt wird.
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Der
Vollständigkeit
halber sei erwähnt,
dass die Kapazität 64 zur
Glättung
der Spannung zwischen dem Zündanschluss
und der Kathode des Thyristors dient, während die Schutzdiode 66 den
Thyristor 68 gegen unzulässig hohe Inversspannungen schützt.
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Mit
der gezeigten Anordnung für
das Löschglied 40, 42 konnte
der Wärmeeintrag
aufgrund von Abschalttests bei Sicherheitsschaltgeräten der
Anmelderin von etwa 12 Watt auf ca. 1 Watt reduziert werden. Dies
ermöglicht
eine kompaktere Bauweise der Sicherheitsschaltgeräte und reduziert
zudem die Gefahr von thermisch bedingten Ausfällen, d.h. die Fehlersicherheit
der Sicherheitsschaltgeräte
mit den neuen Löschgliedern 40, 42 wurde
erhöht.