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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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Stand der Technik
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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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Aus
der
DE 100 41 129
C1 ist ein Sicherheitsschalter bekannt, worin ein Stößel mit
einem Stößelkopfteil
und einem Stößelende,
der einen Verriegelungsabschnitt bildet, mit einem Nocken in Verbindung
steht, um bei einer Translation der des Stößels die Nocke in eine Drehbewegung
zu versetzen.
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Aus
der
JP 7-127 795 A oder
der
JP 2003-331
696 A ist ein Sicherheitsschalter gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs
1 bekannt.
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Daher
liegt der Erfindung die Aufgabe zu Grunde, einen langgestreckten
Sicherheitsschalter bereitzustellen, bei dem auf einfache Weise
drei Schaltzustände
elektrisch abgefühlt
werden können.
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Die
obige Aufgabe wird von einem Sicherheitsschalter gemäß Hauptanspruch
1 gelöst.
Weitere vorteilhafte Ausführungen
der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.
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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 schwenkbaren 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 einführbar
ist. 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 zusammenwirkt,
wenn dieses in die Zugangsöffnung 4 eingeführt oder
dort herausgenommen wird. Der Nocken 7 dreht sich bei jedem
Einführen
und Entfernen des Antriebselements 3 in geeigneten Winkeln.
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 enthält
der Elektromagnet 8 einen beweglichen Kern 9 entlang
der Längsachse
L innerhalb einer festen Wicklung 10. 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 sind auf einem einzigen
Schieber 11 montiert, der entlang der Längsachse L verschiebbar ist,
und erste Verbindungsmittel 12 werden zwischen dem beweglichen
Kern 9 und dem Schieber 11 vorgesehen. Die ersten
Verbindungsmittel 12 sind so geformt, dass sie dem Schieber 11 eine
erste Translation mit vorbestimmter Länge H verleihen. Der bewegliche
Kern 9 hat ein transversal verbreitertes Ende 13,
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 ist derart gewählt, dass ein erster beweglicher elektrischer
Kontakt 5 selektiv mit dem entsprechenden festen elektrischen
Kontakt 6 geschlossen wird.
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Der
Schalter 1 umfasst einen Stößel 15, 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 weist eine Seitenfläche 16 auf,
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 schlägt,
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 an
und der drehbare Nocken 7 wird blockiert, 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, werden zweite Verbindungsmittel 20 zwischen dem
Stößel 15 und
dem Schieber 11 bereitgestellt. 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 hat eine Länge, die derart gewählt ist,
dass sie selektiv einen zweiten beweglichen elektrischen Kontakt 5 mit
dem entsprechenden festen elektrischen Kontakt 6 schließt.
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Nützlicher
weise haben die ersten Verbindungsmittel 12 ein relatives
Spiel, 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 umfasst elastische Mittel 22 zur
Rückführung des
Kerns 9 des Elektromagneten 8, 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' werden in einer
Kappe 23 des schachtelförmigen
Körpers 2 bereitgestellt.
Um die Montage des Schalters 1 auf Schranken verschiedener
Art zu erleichtern, ist die Kappe 23 in verschiedenen Winkelpositionen
gegenüber
der Längsachse
L positionierbar. Die Änderung
der Winkelposition der Kappe 23 gegenüber dem übrigen Teil des schachtelförmigen Körpers 2 ist
durch Entfernen geeigneter Schrauben (nicht in den Zeichnungen dargestellt) aus
den entsprechenden Aufnahmesitzen 24, Drehen der Kappe 23 und
erneutes Festziehen der Schrauben durchführbar. Das Drehen der Kappe 23 findet
in Stufen statt, die im Wesentlichen 90° betragen.
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Außerdem sind
die zweiten Verbindungsmittel 20 beweglich und in verschiedenen
Konfigurationen montierbar, um die Positionierung des drehbaren Nockens 7 und
der Kappe 23 in verschiedenen Winkelpositionen in Bezug
auf die Längsachse
L zu ermöglichen.
Im Detail umfassen die zweiten Verbindungsmittel 20 einen
Spannbügel 25,
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 weist einen zumindest teilweise
kreisförmigen
Sitz 28 auf, 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
umfasst der Schalter 1 einen Versorgungsstromkreis 29,
der ausgebildet ist, die Leistung zu drosseln, die während der
Aktivierung des Elektromagneten 8 an diesen übertragen
wird, um Überhitzung
zu vermeiden. Insbesondere umfasst 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, hat der schachtelförmige Körper 2 eine
Vielzahl von Öffnungen 30,
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, wie in an
anliegenden Ansprüchen
angegeben, 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.