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Anwendungsgebiet
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Die
vorliegende Erfindung ist allgemein anwendbar im Bereich der Sicherheitsvorrichtungen und
bezieht sich insbesondere auf einen Sicherheitsschalter von der
Art, die im Oberbegriff von Anspruch 1 beschrieben ist.
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Bekanntermaßen ist
es in zahlreichen industriellen Anwendungen notwendig, den Zugang
zu Gefahrenzonen während
des Betriebs einiger Anlagen oder Maschinen zu verhindern. Zu diesem
Zweck werden im Allgemeinen Schutzschranken verwendet, welche die
Bediener während
des Betriebs in einem Sicherheitsabstand halten. Die Schranken umfassen eine
oder mehrere Türen
für den
Zugang zu den Gefahrenzonen, ausgestattet mit Sicherheitsschaltern, die
das Öffnen
der Tür
nur dann gestatten, wenn die Maschine angehalten ist.
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Im
Allgemeinen umfassen die Sicherheitsschalter, die in diesem Umfeld
verwendet werden, ein Antriebselement, das mit der Tür fest verbunden
(einteilig) ist, und einen stationären schachtelförmigen Körper. Insbesondere
beschreibt EP-A-977228 einen Schalter mit mindestens einer Öffnung im
schachtelförmigen
Körper,
die geeignet ist, das Antriebselement aufzunehmen, wenn die Tür geschlossen
ist, einem drehbaren Nocken, der mit dem Antriebselement und einem
beweglichen Kolben zusammenwirkt, einem Paar elektrischer Kontakte
und einem Elektromagneten, der auf den Kolben wirkt und seitlich
von den elektrischen Kontakten in Bezug auf die Bewegungsachse des
Kolbens angebracht ist. In einer ersten Position des Kolbens sind
beide elektrischen Kontakte geschlossen, und der Kolben selbst blockiert
die Rotation des Nockens und verhindert so das Öffnen der Tür. Wenn der Elektromagnet aktiviert wird,
verschiebt er den Kolben in eine zweite mittlere Position, ermöglicht so
die Rotation des Nockens und öffnet
einen der beiden elektrischen Kontakte. Wenn schließlich das
Antriebselement entnommen wird, was das Öffnen der Tür erlaubt, dreht sich der Nocken
und verschiebt den Kolben in eine dritte Position und verursacht
so das Öffnen
beider elektrischer Kontakte.
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Ein
Nachteil dieser Lösung
besteht darin, dass die elektrischen Kontakte seitlich gegenüber dem
Elektromagneten versetzt angeordnet sind. Der Magnet produziert
während
seines Betriebs Wärme, die
zu einer unvermeidlichen Erwärmung
der elektrischen Kontakte führt.
Dieser Umstand macht es erforderlich, die maximale Stärke des
Stroms zu verringern, der durch die elektrischen Kontakte fließen kann.
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Außerdem werden
die Schutzschranken, auf denen der schachtelförmige Körper montiert werden soll,
im Allgemeinen mit Metallprofilen gebaut. Daher führt die
Positionierung der elektrischen Kontakte und des Elektromagneten
im schachtelförmigen
Körper
nebeneinander im Allgemeinen dazu, dass die Breite des Letzteren
die Breite der Metallprofile der Schranke übersteigt, mit daraus resultierenden
Installationsschwierigkeiten.
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Zusätzlich umfasst
der Schalter eine Rückstellfeder
für den
Kolben, die entlang derselben Achse wirkt, welche gegenüber der
Wirkungsachse des Elektromagneten versetzt ist. Somit wird jedes
Mal, wenn der Schalter betätigt
wird, ein Drehmoment auf den Kolben ausgeübt, das dazu neigt, ihn zu
drehen und so eine Gleitreibung mit daraus folgenden Verschleißerscheinungen
zu erzeugen, die frühzeitig und
nicht einheitlich auftreten.
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DE-A-199
37 947 beschreibt einen Sicherheitsschalter, der ähnlich dem
oben beschriebenen ist, bei dem das Paar von elektrischen Kontakten
auf einer Achse mit dem Elektromagneten angeordnet ist, der zwischen
dem drehbaren Nocken und den elektrischen Kontakten angebracht ist.
Um die mechanische Verbindung zwischen dem drehbaren Nocken und
den Kontakten zu ermöglichen,
wird ein Schaft verwendet, der durch den Elektromagneten geführt wird.
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Ein
offenkundiger Nachteil dieser Lösung
besteht darin, dass der Schalter bemerkenswert komplex ist und dass
der Schaft, der durch den Elektromagneten geführt wird, das Bohren eines
Lochs durch diesen erfordert, wodurch der Magnetfluss reduziert
wird.
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Darstellung
der Erfindung
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Ein
Hauptziel der vorliegenden Erfindung ist es, die oben erwähnten Nachteile
zu eliminieren und einen Sicherheitsschalter herzustellen, der ökonomisch
vorteilhaft ist.
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Ein
spezifisches Ziel ist es, einen Schalter herzustellen, der einen
mäßig großen Umfang
hat und der leicht auf den Metallprofilen der Schutzschranken montiert
werden kann.
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Ein
weiteres Ziel der Erfindung ist es, einen Schalter herzustellen,
der auf Türen
mit Rechts- oder Linksöffnung
montiert werden kann und flexibler zu verwenden ist.
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Ein
anderes spezifisches Ziel ist es, einen Schalter herzustellen, der
zuverlässig
ist und im Laufe der Zeit seine Eigenschaften unverändert beibehält.
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Ein
zusätzliches
Ziel ist es, einen Schalter herzustellen, der effizient ist und Überhitzungen
während
des Betriebs vermeidet.
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Diese
Ziele sowie andere, die im Folgenden besser verständlich werden,
werden in Übereinstimmung
mit Anspruch 1 mit einem Sicherheitsschalter, insbesondere für Schutzschranken,
erreicht, der einen schachtelförmigen
Körper
umfasst, der mindestens eine Zugangsöffnung hat und eine Längsachse bestimmt,
ein Antriebselement, das in die Zugangsöffnung einführbar ist, mindestens ein Paar
beweglicher elektrischer Kontakte und ein Paar entsprechender fester
elektrischer Kontakte, mindestens einen drehbaren Nocken, der ausgebildet
ist, die beweglichen elektrischen Kontakte zu verschieben und mit dem
Antriebselement beim Einführen
oder Herausnehmen des Letzteren aus der Zugangsöffnung zusammenzuwirken, einen
Elektromagneten, der ausgebildet ist, den drehbaren Nocken selektiv
zu blockieren und die beweglichen elektrischen Kontakte zu verschieben,
dadurch gekennzeichnet, dass die beweglichen und festen elektrischen
Kontakte in Längsrichtung
zwischen dem drehbaren Nocken und dem Elektromagneten angeordnet
sind, wobei der Letztere einen beweglichen Kern entlang der Längsachse
hat, um die Breitenmaße
zu reduzieren und die Montage des Schalters zu erleichtern.
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Dank
dieser speziellen Konfiguration ist es möglich, den Schalter leicht
auf den Metallprofilen der beweglichen oder festen Schutzschranken
und insbesondere auf schwenkbar Türen mit Links- oder Rechtsöffnung zu
montieren.
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Kurze Beschreibung
der Zeichnungen
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Weitere
Merkmale und Vorteile der Erfindung werden hauptsächlich aus
der detaillierten Beschreibung einiger bevorzugter, aber nicht ausschließlicher Ausführungsformen
eines Sicherheitsschalters gemäß der Erfindung
ersichtlich, die als nicht einschränkende Beispiele mit Hilfe
der beiliegenden Zeichnungen verdeutlicht werden, worin:
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1 und 2 jeweils
perspektivische Ansichten eines Schalters gemäß der Erfindung in zwei verschiedenen
Positionen darstellen;
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3 und 4 jeweils
Schnittansichten des Schalters in 1 in derselben
ersten Position darstellen;
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5 und 6 jeweils
Schnittansichten des Schalters in 1 in der
zweiten Position von 2 darstellen;
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7 und 8 jeweils
Schnittansichten des Schalters in 1 in einer
dritten Position darstellen.
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Detaillierte Beschreibung
einer bevorzugten Ausführungsform
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Mit
besonderer Bezugnahme auf die genannten Zeichnungen wird ein Sicherheitsschalter gemäß der Erfindung
beschrieben, allgemein gekennzeichnet durch das Bezugszeichen 1,
insbesondere für
Schutzschranken.
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Der
Schalter 1 umfasst einen schachtelförmigen Körper 2, der auf einem
stationären
Teil einer Schutzschranke (nicht in den Figuren gezeigt) angeordnet
werden kann, und ein Antriebselement 3, das auf einem beweglichen
Teil der Schranke, z. B. eine Tür,
angeordnet werden kann. Alternativ dazu kann der schachtelförmige Körper 2 an
einen beweglichen Teil der Schranke und das Antriebselement 3 an
einen stationären
Teil derselben angeordnet werden. Der schachtelförmige Körper 2 erstreckt sich
hauptsächlich
entlang einer Längsachse
L und hat mindestens eine Zugangsöffnung 4, in die das
Antriebselement 3 eingeführt werden kann. Wie in 1 dargestellt,
kann ein Paar von Zugangsöffnungen 4, 4' bereitgestellt
werden, die an benachbarten, im Wesentlichen rechtwinklig zueinander
stehenden Wänden angebracht
sind.
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Im
Inneren des schachtelförmigen
Körpers 2 befinden
sich mindestens ein Paar beweglicher elektrischer Kontakte 5 und
ein Paar entsprechender fester elektrischer Kontakte 6,
die geeignet sind, mit einer externen Steuerungseinheit (nicht in
den Figuren dargestellt) verbunden zu werden, um den Zustand des
Schalters 1 anzuzeigen. Vorteilhaft können zusätzliche elektrische bewegliche
bzw. feste Kontakte 5', 6' angebracht
werden.
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Der
Schalter 1 schließt
weiterhin mindestens einen Nocken 7 ein, der um eine Achse
R herum drehbar ist, die im Wesentlichen rechtwinklig zur Längsachse
L sein kann. Der Nocken 7 befindet sich nahe der Zugangsöffnung 4 und
ist so gebaut, dass er mit dem Antriebselement 3 zusammenwirken kann,
wenn dieses in die Zugangsöffnung 4 eingeführt oder
dort herausgenommen wird. Insbesondere kann der Nocken 7 bei
jedem Einführen
und Entfernen des Antriebselements 3 sich in geeigneten
Winkeln drehen. Die Struktur des Nockens 7 ermöglicht es,
eine Drehung des Nockens 7 in eine geeignete Verschiebung
der beweglichen elektrischen Kontakte 5 umzuwandeln und
erlaubt außerdem
das Antriebselement 3 selektiv zu blockieren.
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Der
Schalter 1 umfasst auch einen Elektromagneten 8,
der ausgebildet ist, die beweglichen elektrischen Kontakte 5 zu
verschieben.
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Eine
Besonderheit der Erfindung besteht darin, dass die beweglichen 5 und
festen 6 elektrischen Kontakte in Längsrichtung zwischen dem drehbaren Nocken 7 und
dem Elektromagneten 8 angeordnet sind. Auf diese Art und
Weise ist es möglich,
dem schachtelförmigen
Körper 2 eine
ausgestreckte Form in Richtung der Längsachse L zu verleihen und
die Breitenmaße
zu verringern, um die Montage des Schalters 1 auf den Schutzschranken
zu erleichtern.
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Im
Detail kann der Elektromagnet 8 einen beweglichen Kern 9 entlang
der Längsachse
L innerhalb einer festen Wicklung 10 enthalten. Außerdem ermöglicht es
die spezielle Anordnung des Elektromagneten 8, einen Kern 9 zu
verwenden, der im Wesentlichen voll und frei von inneren Hohlräumen ist, um
den Verlust an elektromagnetischem Fluss zu reduzieren und die Wirksamkeit
des Elektromagneten 8 zu erhöhen.
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Die
beweglichen elektrischen Kontakte 5 können auf einem einzigen Schieber 11 montiert
werden, der entlang der Längsachse
L verschiebbar ist, und es können
erste Verbindungsmittel 12 zwischen dem beweglichen Kern 9 und
dem Schieber 11 vorgesehen werden. Die ersten Verbindungsmittel 12 können so
geformt sein, dass sie dem Schieber 11 eine erste Translation
mit vorbestimmter Länge
H verleihen. Insbesondere kann der bewegliche Kern 9 ein
transversal verbreitertes Ende 13 haben, das ausgebildet
ist, in Kontakt mit einem vorstehenden Rand 14 zu treten,
der fest mit dem Schieber 11 verbunden ist. Auf diese Art
bewegt sich, wenn der Elektromagnet 8 aktiviert wird, der
bewegliche Kern 9 zum Inneren der festen Wicklung 10,
und das verbreiterte Ende 13, in Kontakt mit dem vorstehenden Rand 14,
zieht den Schieber 11 und überträgt auf diesen die erste Translation
mit der Länge
H. Die Länge H
der ersten Translation kann so sein, dass ein erster beweglicher
elektrischer Kontakt 5 selektiv mit dem entsprechenden
festen elektrischen Kontakt 6 geschlossen wird.
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Der
Schalter 1 kann einen Stößel 15 umfassen, der
entlang einer Richtung verschiebbar ist, die im Wesentlichen parallel
zur Längsachse
L ist. Der Stößel 15 ist
dazu bestimmt, um mit dem drehbaren Nocken 7 zusammenzuwirken,
und kann insbesondere eine Seitenfläche 16 aufweisen,
die ausgebildet ist, mit einer Anschlagwand 17 des drehbaren
Nockens 7 in Kontakt zu treten, und eine geformte Kopfoberfläche 18,
die ausgebildet ist, mit einer schrägen Fläche 19 dieses drehbaren
Nockens 7 in Kontakt zu treten.
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Im
Detail kann, wenn der Stößel 15 sich
in einer ausgefahrenen Position befindet, die in 1, 3 und 4 dargestellt
ist, die Anschlagwand 17 an die Seitenfläche 16 anschlagen
und den drehbaren Nocken 7 blockieren, wodurch sie das
Herausziehen des Antriebselements 3 verhindert. Wenn sich hingegen
der Stößel 15 in
einer mittleren Position befindet, die in 2, 5 und 6 dargestellt
ist, tritt die Anschlagwand 17 nicht in Kontakt mit der
Seitenfläche 16,
und der Nocken 7 kann sich drehen. In dieser Anordnung
kann das Antriebselement 3 aus der Zugangsöffnung 4 herausgenommen
werden. Das Herausnehmen des Antriebselements 3 verursacht
eine Rotation des Nockens 7, und die schräge Fläche 19 wirkt
auf die geformte Kopfoberfläche 18, um
die Bewegung des Stößels 15 von
der mittleren Position in eine zurückgezogene Position zu verursachen,
die in 7 und 8 dargestellt ist.
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Wie
in den beigefügten
Zeichnungen dargestellt, können
zweite Verbindungsmittel 20 zwischen dem Stößel 15 und
dem Schieber 11 bereitgestellt werden. Auf diese Art wirkt,
wenn der Elektromagnet 8 die erste Translation auf den
Schieber 11 überträgt, Letzterer über die
zweiten Verbindungsmittel 20 auf den Stößel 15 und bestimmt
dessen Verschiebung von der ausgefahrenen Position in die mittlere
Position.
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Weiterhin
können
die zweiten Verbindungsmittel 20 den Stößel 15 und den Schieber 11 in Längsrichtung
zwischen sich blockieren. Dank dieser Anordnung führt, wenn
der drehbare Nocken 7 den Stößel 15 aus der mittleren
Position in die zurückgezogene
Position verschiebt, der Schieber 11 eine zweite Translation
mit vorbestimmter Länge
aus. Diese zweite Translation kann eine solche Länge haben, dass sie selektiv
einen zweiten beweglichen elektrischen Kontakt 5 mit dem
entsprechenden festen elektrischen Kontakt 6 schließt.
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Nützlicher
weise können
die ersten Verbindungsmittel 12 ein relatives Spiel aufweisen,
das ausgebildet ist, die zweite Translation des Schiebers zu ermöglichen
und gleichzeitig den Kern 9 des Elektromagneten 8 im
Wesentlichen unbewegt zu lassen. Insbesondere ist, wenn der Elektromagnet 8 aktiv
ist und das verbreiterte Ende 13 im Kontakt mit dem vorstehenden
Rand 14 des Schiebers 11 steht, der Abstand J
zwischen dem verbreiterten Ende 13 und einer gegenüberliegenden
Wand 21 des Schiebers 11 maximal, wie in 6 dargestellt.
Wenn der drehbare Nocken 7 die zweite Translation auf den
Schieber 11 überträgt, reduziert
sich der Abstand J auf den Mindestwert, dargestellt durch den Buchstaben
K in 8. Auf diese Art ist offensichtlich, dass die
Länge der
zweiten Translation gleich der Differenz zwischen dem Maximalabstand
J und dem Minimalabstand K ist.
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Operativ,
wenn das Antriebselement 3 erneut in die Zugangsöffnung 4 eingeführt wird,
dreht sich der Nocken 7 und ermöglicht es dem Stößel 15,
aus der zurückgezogenen
Position in die mittlere Position zurückzukehren, und dem Schieber 11,
die zweite Translation in umgekehrter Richtung durchzuführen. Analog
dazu kann, wenn der Elektromagnet deaktiviert wird, der Stößel 15 aus
der mittleren Position in die ausgefahrene Position zurückkehren,
und der Schieber 11 kann die erste Translation in umgekehrter
Richtung durchführen.
Der Schalter 1 kann elastische Mittel 22 zur Rückführung des
Kerns 9 des Elektromagneten 8 umfassen, die entlang
der Längsachse
L wirken. Außerdem
können
diese elastischen Rückführungmittel 22 auch
direkt oder indirekt auf den Stößel 15 und
den Schieber 11 wirken.
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Die
Zugangsöffnung 4 und
praktischerweise die Zusatzöffnung 4' können in
einer Kappe 23 des schachtelförmigen Körpers 2 bereitgestellt
werden. Um die Montage des Schalters 1 auf Schranken verschiedener
Art zu erleichtern, kann die Kappe 23 in verschiedenen
Winkelpositionen gegenüber
der Längsachse
L positionierbar sein. In einigen bevorzugten Ausführungsformen
wird die Änderung
der Winkelposition der Kappe 23 gegenüber dem übrigen Teil des schachtelförmigen Körpers 2 durch
Entfernen geeigneter Schrauben (nicht in den Zeichnungen dargestellt)
aus den entsprechenden Aufnahmesitzen 24, Drehen der Kappe 23 und
erneutes Festziehen der Schrauben durchgeführt. Das Drehen der Kappe 23 kann
in Stufen stattfinden, die im Wesentlichen 90° betragen.
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Außerdem können die
zweiten Verbindungsmittel 20 beweglich und in verschiedenen
Konfigurationen montierbar sein, um die Positionierung des drehbaren
Nockens 7 und der Kappe 23 in verschiedenen Winkelpositionen
in Bezug auf die Längsachse
L zu ermöglichen.
Im Detail können
die zweiten Verbindungsmittel 20 einen Spannbügel 25 umfassen,
der einen ersten Kopplungsteil 26 zur Kopplung mit dem
Stößel 15 und
einen zweiten Kopplungsteil 27 zur Kopplung mit dem Schieber 11 hat.
Der erste Kopplungsteil 26 kann einen zumindest teilweise kreisförmigen Sitz 28 aufweisen,
der ausgebildet ist, den Stößel 15 in
Längsrichtung
zu blockieren und eine relative Drehung des Letzteren um die Längsachse
L zu ermöglichen.
Auf diese Art kann sich der Stößel 15 gemeinsam
mit dem drehbaren Nocken 7 und der Kappe 23 drehen,
wenn die Winkelposition der Letzteren gegenüber dem schachtelförmigen Körper 2 geändert wird.
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Vorteilhaft
kann der Schalter 1 einen Versorgungsstromkreis 29 umfassen,
der ausgebildet ist, die Leistung zu drosseln, die während der
Aktivierung des Elektromagneten 8 an diesen übertragen
wird, um Überhitzung
zu vermeiden. Insbesondere kann der Versorgungsstromkreis 29 einen
Gleichrichter umfassen, der geeignet ist, sowohl die Versorgung mit
Gleichstrom als auch mit Wechselstrom zu ermöglichen.
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Wie
in 1 und 2 dargestellt, kann der schachtelförmige Körper 2 eine
Vielzahl von Öffnungen 30 haben,
die an benachbarten, rechtwinklig zueinander stehenden Wänden angebracht
sind, um das Einführen
elektrischer Kabel (nicht in den Zeichnungen dargestellt) zu erleichtern.
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Aus
dem oben Beschriebenen wird deutlich, dass der Schalter gemäß der Erfindung
die oben genannten Anforderungen erfüllt und Insbesondere, dank
der gestreckten Form und der reduzierten Breitenmaße, eine
leichte Montage auf verschiedenen Arten von Schutzschranken ermöglicht.
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Der
Schalter gemäß der Erfindung
ist für zahlreiche
Modifikationen und Varianten zugänglich, die
alle in das erfinderische Konzept passen, das in den beigefügten Ansprüchen zum
Ausdruck gebracht ist. Alle Details können durch andere tech nisch gleichwertige
Elemente ersetzt werden, und die Materialien können je nach den Erfordernissen
verschieden sein, ohne vom Schutzumfang der Erfindung abzuweichen.
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Obwohl
der Schalter mit speziellem Bezug auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben
wurde, werden die in der Beschreibung und in den Ansprüchen verwendeten
Bezugszeichen zum besseren Verständnis
der Erfindung verwendet und stellen keine Einschränkung des
beanspruchten Schutzumfangs dar.