DE9411982U1

DE9411982U1 - Sicherheitsschalteranordnung

Info

Publication number: DE9411982U1
Application number: DE9411982U
Authority: DE
Original assignee: Leuze Electronic GmbH and Co KG
Current assignee: Leuze Electronic GmbH and Co KG
Priority date: 1994-07-23
Filing date: 1994-07-23
Publication date: 1994-09-29
Anticipated expiration: 2004-07-24

Description

Leuze electronic GmbH + Co.
73277 Owen/Teck

Die Erfindung betrifft eine Sicherheitsschalteranordnung gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Derartige Sicherheitsschalteranordnungen werden insbesondere bei gefahrbringenden Arbeitsmitteln eingesetzt. Die Arbeitsmittel können von Arbeitsmaschinen gebildet sein, von denen eine Gefährdung des Bedienpersonals ausgeht. Um eine ungewollte und gegebenenfalls gefahrbringende Aktivierung des Arbeitsmittels zu verhindern, ist die Zuführung des Sensorsignals zum Arbeitsmittel zweikanalig ausgelegt. Das Sensorsignal kann von einer Lichtschranke geliefert werden, die beispielsweise den Vorraum des Arbeitsmittels überwacht. Ist der Strahlengang der Lichtschranke frei, d.h. es befindet sich keine Person im Strahlengang, wird durch das Sensorsignal das Arbeitsmittel eingeschaltet.

Zur Erhöhung der Betriebssicherheit der Anordnung wird das Sensorsignal dem Arbeitsmittel über zwei Auswertekanäle mit jeweils einem Schalter und einem Aktor zugeführt. Dabei wird das Arbeitsmittel nur dann aktiviert, wenn beide Aktoren aktiviert sind.

Durch diese Maßnahme ist gewährleistet, daß bei Fehlfunktion innerhalb eines Auswertekanals, beispielsweise durch einen Kurzschluß, das Arbeitsmittel nicht unkontrolliert aktiviert wird.

Nachteilig hierbei ist jedoch, daß ein Querschluß zwischen beiden Auswertekanälen zu Fehlfunktionen führen kann. Entsteht zwischen den Auswertekanälen eine Kurzschlußbrücke, so kann das Arbeitsmittel bereits dann aktiviert werden, wenn nur ein Schalter in einem Auswertekanal geschlossen wird. Dadurch besteht die Gefahr, daß sich das Arbeitsmittel in einen unsicheren Betriebszustand befindet. Dies ist insbesondere dann der Fall, wenn in jedem Auswertekanal der Aktor dem Schalter nachgeschaltet ist und die Kurzschlußbrücke jeweils zwischen Schalter und Aktor entsteht.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Sicherheitsschalteranordnung so auszubilden, daß ein Querschluß zwischen den Auswertekanälen nicht zu einem unsicheren Betriebszustand des Arbeitsmittels führt

Zur Lösung dieser Aufgabe sind die Merkmale des Anspruchs 1 vorgesehen.

Vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung sind in den Ansprüchen 2 und 3 beschrieben.

Erfindungsgemäß sind in den Auswertekanälen der Sicherheitsschalteranordnung Optokoppler mit jeweils einem Sende- und einem Empfangselement vorgesehen.

Jedem Sendeelement ist eine Zenerdiode mit einer definierten Durchbruchspannung vorgeschaltet. Die Durchbruchspannungen U₂₁ und U₂₂ der Zenerdioden sind so gewählt, daß die Beziehungen Vz U_B < U₂₁ < U_B bzw. Vi U_B < U₂₂ < U_B erfüllt sind.
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Bei fehlerfreiem Betrieb liegt die Betriebsspannung U_B bei Schließen der Schalter an den Optokopplern an. Bei den Zenerdioden übersteigt die anliegende Spannung die Durchbruchspannung U₂₁ bzw. U₂₂, so daß die Optokoppler aktiv sind und damit auch an den Aktoren die Betriebsspannung U_B anliegt, die zur Aktivierung der Aktoren führt und damit zur Inbetriebnahme des Arbeitsmittels.

Entsteht durch einen internen Fehler ein Querschluß zwischen beiden Auswertekanälen, so führt dieser Querschluß durch den Einsatz der Optokoppler nicht zu einem unsicheren Betriebszustand.

Der Grund hierfür liegt darin, daß durch die erfindungsgemäße Sicherheitsschalteranordnung bei einem Querschluß für beliebige Schalterstellungen erreicht wird, daß an wenigstens einem Aktor eine Spannung anliegt, die erheblich kleiner ist als die Betriebsspannung U_B, die zur Aktivierung der Aktoren ausreicht.

Somit ist ausgeschlossen, daß beide Aktoren gleichzeitig aktiviert werden und daß das Arbeitsmittel in Betrieb gesetzt wird.

Durch den Einsatz der Optokoppler und der Zenerdioden kann demzufolge die durch Querschluß zwischen den Auswertekanälen hervorgerufene Gefahr eines unsicheren Betriebszustandes des Arbeitsmittels mit geringem Schaltungsaufwand sicher ausgeschlossen werden.
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Die Erfindung wird im nachstehenden anhand der Zeichnungen erläutert. Es zeigen:

Fig. 1: Eine schematische Darstellung eines mit einer Sicherheitsschalter-

anordnung beschalteten Arbeitsmittels,

Fig. 2: Prinzipschaltbild der erfindungsgemäßen Sicherheitsschalteranord

nung,

Fig. 3: Strom-Spannungskennlinien der Zenerdioden der Optokoppler.

In Fig. 1 ist ein Arbeitsmittel 1, beispielsweise eine Arbeitsmaschine dargestellt, die mit einer Sicherheitsschalteranordnung 2 beschaltet ist Die Sicherheitsschalteranordnung 2 dient zum Ein- und Ausschalten der Stromversorgung des Arbeitsmittels 1.

Am Eingang der Sicherheitsschalteranordnung 2 ist ein Sensor vorgesehen, der im vorliegenden Fall von einer Lichtschranke mit einem Sender 3 und einem Empfänger 4 gebildet ist. Der vom Sender 3 emittierte Sendelichtstrahl 5 dient zur Vorraumüberwachung des Arbeitsmittels 1. Tritt eine Person in den Strahlengang des Sensors, wird der Sendelichtstrahl 5 unterbrochen. Damit diese Person nicht gefährdet wird, darf dann das Arbeitsmittel 1 nicht in Betrieb genommen werden.

Erst wenn die Person aus dem Gefahrenbereich tritt und den Sendelichtstrahl 5 freigibt, so daß dieser auf den Empfänger 4 trifft, kann das Arbeitsmittel 1 in Betrieb gesetzt werden. Hierfür ist dem Empfänger 4 der Lichtschranke die Si-

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cherheitsschalteranordnung 2 nachgeschaltet.

Der prinzipielle Aufbau der Sicherhheitsschalteranordnung 2 ist in Fig. 2 dargestellt. Die Auswertekanäle 6, 7 der Sicherheitsschalteranordnung 2 liegen zwisehen Massepotential 0 und der Versorgungsspannung U_B. Jeder Auswertekanal 6, 7 weist jeweils zwei parallel geschaltete Leitungen 6a, 6b bzw. 7a, 7b auf, die über einen Optokoppler Kl, K2 gekoppelt sind. Jeder Optokoppler weist ein Sende- und ein Empfangselement auf. Das Sendeelement ist von einer Leucht-. diode 10, 11 gebildet. Das Empfangselement besteht aus einem Fototransistor 12, 13. Den Leuchtdioden 10, 11 ist jeweils eine Zenerdiode 8,9 mit definierter Durchbruchspannung U₂₁, U₂₂ vorgeschaltet.

Im ersten Auswertekanal 6 ist dem Sendeelement des Optokopplers Kl der Schalter S1 vorgeschaltet und dem Empfangselement des Optokopplers Kl der Aktor Al nachgeschaltet. Im zweiten Auswertekanal 7 ist dem Sendeelement des Optokopplers K2 der Schalter S2 nachgeschaltet und dem Empfangselement des Optokopplers K2 der Aktor A2 vorgeschaltet. Zweckmäßigerweise sind die Aktoren Al, A2 als Relais ausgebildet.

Die Durchbruchspannungen U₂₁, U₂₂ liegen im Bereich ^XA U_B < U₂₁, U₂₂ < U_B.

Vorzugsweise sind die Zenerdioden 8, 9 identisch aufgebaut mit einer Durchbruchspannung U₂₁ = U₂₂ = U₂. Die Zenerdioden 8, 9 sperren den Strom unterhalb der Durchbruchspannungen U₂₁, U₂₂. Ist die an einer Zenerdiode 8,9 anliegende Spannung größer als U₂₁, U₂₂, so ist diese auf Durchlaß geschaltet und die Leuchtdiode 10, 11 unter Strom gesetzt, so daß von der Leuchtdiode 10, 11 emittiertes Sendelicht zum Fototransistor 12, 13 gelangt und dort einen Photostrom erzeugt, welcher den Aktor Al, A2 aktiviert

Bei fehlerfreiem Betrieb wird das Arbeitsmittel 1 durch Schließen der beiden Schalter S1, S2 in Betrieb gesetzt. Bei Schließen der Schalter S1, S2 sind die an den Zenerdioden 8, 9 anliegenden Spannungen größer als die Durchbruchspannungen U₂₁, U₂₂, so daß die Aktoren Al, A2 über die Optokoppler Kl, K2

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aktiviert werden.

Im vorliegenden Ausführungsbeispiel werden Relais eingesetzt, die bei einer Spannung U_a aktiviert werden. U_a liegt im Bereich U_a < U_B. Somit ist gewährleistet, daß die Relais bei geschlossenen Schaltern Sl, S2 aktiviert, d. h. geschlossen sind und das Arbeitsmittel in Betrieb setzen, da in diesem Fall die an den Relais anliegende Spannung den Wert U_a übersteigt. Ist wenigstens einer der beiden Schalter Sl, S2 geöffnet, ist die Einschaltbedingung für das Arbeitsmittel 1 nicht erfüllt.

In Fig. 2 ist der Fehlerfall eines Querschlusses 14 dargestellt. Dieser Fehlerfall kann beispielsweise durch ein Verschweißen zweier benachbarter Leitungen entstehen. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel sind zwei Leitungen 6a, 7a unterschiedlicher Auswertekanäle 6, 7 quergeschlossen. Dies stellt den gefährlichsten Fall eines Querschlusses 14 dar, da durch den redundanten Aufbau der Sicherheitsschalteranordnung 2 Schaltungsfehler innerhalb eines Auswertekanals 6, 7 nicht zu einem unsicheren Betriebszustand des Arbeitsmittels 1 führen können.

Je nachdem, ob der erste und zweite Schalter Sl, S2 geöffnet oder geschlossen sind, sind bei dem dargestellten Querschluß 14 vier Fehlerfälle zu unterscheiden.

Für den Fall, daß beide Schalter Sl, S2 geöffnet sind, entsteht durch den Querschluß 14 eine Reihenschaltung der Sendeelemente der Optokoppler Kl, K2. Insbesondere sind die Zenerdioden 8, 9 in Reihe geschaltet. Somit addieren sich die Durchbruchspanmmgen U₂₁, U₂₂ der Zenerdioden 8, 9 zu einem effektiven Schwellwert U₂₁ + U₂₂ (Fig. 3). Für den Fall identischer Zenerdioden 8, 9 beträgt der Schwellwert 2 U₂.

Da die Durchbruchspannungen im Bereich ¹A U_B < U₂₁, U₂₂ < U_B liegen, liegt der Schwellwert U₂₁ + U₂₂ in jedem Fall oberhalb der Betriebsspannung U_B. Demzufolge fließt kein Strom durch die Optokoppler Kl, K2, so daß die Akto-

ren Al, A2 gesperrt bleiben. Dies bedeutet, daß das Arbeitsmittel 1 nicht in Betrieb gesetzt wird und im sicheren Zustand verbleibt.

Für den Fall, daß beide Schalter Sl, S2 geschlossen sind, wird die Versorgungsspannung U_B kurzgeschlossen, so daß eine nicht dargestellte Sicherung der Versorgungsspannung anspricht und den Betrieb des Arbeitsmittels 1 stoppt.

Für den Fall, daß der erste Schalter Sl geschlossen und der zweite Schalter S2 geöffnet ist, ist das Sendeelement des zweiten Optokopplers K2 mit der Leitung 6a des ersten Auswertekanals 6 über den Querschluß 14 kurzgeschlossen, so daß der zweite Optokoppler K2 inaktiv bleibt und demzufolge der zweite Aktor A2 nicht aktiviert wird.

Somit verbleibt, obwohl der erste Aktor Al aktiv ist, das Arbeitsmittel 1 im sicheren Zustand, d. h. es wird nicht in Betrieb genommen.

Für den Fall, daß der zweite Schalter S2 geschlossen und der erste Schalter Sl geöffnet ist, ist das Sendeelement des ersten Optokopplers Kl mit der Leitung 7a des zweiten Auswertekanals 7 über den Querschluß 14 kurzgeschlossen, so daß durch das Sendeelement des ersten Optokopplers Kl kein Strom fließt. Somit bleibt der erste Optokoppler Kl inaktiv und damit auch der erste Aktor Al. Daher verbleibt das Arbeitsmittel 1 im sicheren Zustand, obwohl der zweite Aktor A2 aktiviert ist.

Claims

Leuze electronic GmbH + Co. 73277 Owen/Teck Sicherheitsschalteranordnung 5 Schutzansprüche

1. Sicherheitsschalteranordnung zum Ein- und Ausschalten der Stromversorgung eines bei einer Betriebsspannung U_B arbeitenden Arbeitsmittels mittels eines Sensorsignals, welches dem Arbeitsmittel über zwei Auswertekanäle mit jeweils einem Schalter und einem Aktor zugeführt wird, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Auswertekanal (6, 7) zwei parallel geschaltete Leitungen (6a, 6b, 7a, 7b) aufweist, die jeweils über einen ein Sende- und Empfangselement aufweisenden Optokoppler (Kl, K2) gekoppelt sind, wobei den Sendeelementen jeweils eine Zenerdiode (8, 9) mit definierter Durchbruchsspannung (U₂₁ bzw. U₂₂) vorgeschaltet ist, wobei im ersten Auswertekanal 6 dem Sendeelement des Optokopplers Kl der Schalter S1 vorgeschaltet und dem Empfangselement des Optokopplers Kl der Aktor Al nachgeschaltet ist, und wobei im zweiten Auswertekanal 7 dem Sendeelement des Optokopplers K2 der Schalter S2 nachgeschaltet und dem Empfangselement des Optokopplers K2 der Aktor A 2 vorgeschaltet ist, und daß die Durchbruchspannungen im Bereich ¹A U_B < U₂₁, U₂₂ < U_B liegen.

2. Sicherheitsschalteranordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Aktoren (Al, A2) von zwei identischen Relais gebildet sind, die oberhalb einer Spannung U_a aktiv sind, wobei U_a im Bereich U_a < U_B Hegt.

3. Sicherheitsschalteranordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Zenerdioden (8, 9) identisch mit Durchbruchspannungen U₂₁ = U₂₂ = U₂ ausgebildet sind.