-
Die
Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Überwachen des
Zustandes einer Schutzeinrichtung einer Maschine, insbesondere einen
Sicherheitsschalter zum Überwachen des geschlossenen Zustandes
einer Schutztür oder dergleichen, mit einer Zuhaltefunktion
für die Schutzeinrichtung.
-
Aus
der
DE 43 28 297 C1 ist
ein Sicherheitsschalter bekannt, in dessen Schalterkopf ein beispielsweise
an einer Schutztür einer Schutzeinrichtung festgelegter
Betätiger einführbar ist und dabei ein Schaltrad
dreht. Innerhalb des Schaltergehäuses ist ein Schaltstößel
in Anlage an der Umfangsfläche des Schaltrades gehalten.
Bei einem Drehwinkel, welcher der geschlossenen Position der Schutztür entspricht,
rastet der Schaltstößel in eine hierfür
auf der Umfangsfläche des Schaltrades vorgesehene Rastvertiefung
ein und schließt dadurch ein Kontaktpaar. Auf diese Weise
ist der eingeführte Zustand des Betätigers und
mithin die geschlossene Position der Schutztür elektrisch
signalisierbar.
-
Für
viele Anwendungen, beispielsweise bei Schutzhauben an Werkzeugmaschinen
oder dergleichen, ist es erforderlich, dass der Sicherheitsschalter außerdem
eine Zuhaltefunktion bereitstellt, d. h. dass der Betätiger
in dem Schalterkopf arretierbar ist, insbesondere hinsichtlich des
Herausführens aus dem Schalterkopf arretierbar ist, und
dadurch die Schutzeinrichtung in dem geschlossenen Zustand arretierbar
ist. Bei dem bekannten Sicherheitsschalter wird hierzu der Schaltstößel
federkraftbelastet oder magnetkraftbelastet in der Rastvertiefung
gehalten, und somit eine Drehbewegung der Kurvenscheibe blockiert.
Wird im arretierten geschlossenen Zustand der Schutzeinrichtung
an der Schutztür gewaltsam mit hoher Kraft gezogen, kann
es zu einer Beschädigung des Sicherheitsschalters und demzufolge
zu einer Fehlfunktion kommen, durch welche die Schutzfunktion des
Sicherheitsschalters nicht mehr gewährleistet ist.
-
Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine gattungsgemäße
Vorrichtung bereitzustellen, welche die Nachteile des Standes der
Technik überwindet. Insbesondere soll eine Vorrichtung
bereitgestellt werden, die auch bei Einwirkung unzulässig
hoher Betätigungskräfte die Sicherheitsfunktion
gewährleistet. Die Herstellung, Montage und Wartung der
Vorrichtung soll vereinfacht und dadurch zeit- und kostensparend
sein.
-
Diese
Aufgabe ist durch die im Anspruch 1 bestimmte Vorrichtung gelöst.
Besondere Ausführungsarten der Erfindung sind in den Unteransprüchen
bestimmt.
-
In
einer Ausführungsart ist die Aufgabe gelöst durch
eine Vorrichtung zum Überwachen des Zustandes einer Schutzeinrichtung
einer Maschine, insbesondere durch einen Sicherheitsschalter zum Überwachen
des geschlossenen Zustandes einer Schutztür oder dergleichen,
wobei die Vorrichtung ein Schaltergehäuse und einen Betätiger
aufweist, der in einem geschlossenen Zustand der Schutzeinrichtung
mit einem in dem Schaltergehäuse beweglich gelagerten Schalterbetätigungselement
zusammenwirkt und dadurch der geschlossene Zustand der Schutzeinrichtung
signalisierbar ist, und wobei die Vorrichtung eine Zuhalteeinrichtung
aufweist, durch welche der geschlossene Zustand der Schutzeinrichtung
lösbar arretierbar ist. Durch eine überhöhte
Kraft auf den Betätiger entgegen der Wirkung der Zuhalteeinrichtung
ist das Schalterbetätigungselement in eine Fail-Safe-Position
bringbar, aus der heraus das Schalterbetätigungselement
mittels des Betätigers nicht mehr in eine Position überführbar
ist, in welcher die Vorrichtung den zugehaltenen Zustand der Schutzeinrichtung
signalisiert. In dieser Fail-Safe-Position des Schalterbetätigungselements
signalisiert die Vorrichtung den nicht-zugehaltenen Zustand der Schutzeinrichtung.
-
Die überhöhte
Kraft auf den Betätiger kann beispielsweise von der Bedienperson
dadurch ausgeübt werden, dass gewaltsam an der Schutztür
gezogen wird, an welcher der Betätiger angebracht ist. Bei
den bekannten Sicherheitsschaltern kann dies dazu führen,
dass das Schalterbetätigungselement in eine Position überführt
wird, in der zwar ordnungsgemäß der nicht mehr
zugehaltene und auch nicht mehr geschlossene Zustand der Schutzeinrichtung
signalisiert wird, wobei aber der Sicherheitsschalter beschädigt
wird; bei einem anschließenden Schließen der Schutzeinrichtung
besteht dann die Gefahr, dass der beschädigte Sicherheitsschalter
keine hundertprozentige Funktionsgarantie mehr bietet, dass aber nach
wie vor der geschlossene und gegebenenfalls auch der zugehaltene
Zustand signalisiert werden kann. Dies führt im Ergebnis
dazu, dass für die dem Sicherheitsschalter nachgeordnete
Steuereinrichtung nicht erkennbar ist, dass der Sicherheitsschalter durch
das gewaltsame Betätigen beschädigt ist.
-
Durch
die erfindungsgemäße Vorrichtung wird bei einer
unzulässigüberhöhten Krafteinwirkung das
Schalterbetätigungselement in eine Fail-Safe-Position gebracht,
aus der heraus das Schalterbetätigungselement allein aufgrund
eines Verschiebens des Betätigers nicht mehr herausführbar
ist. Insbesondere signalisiert die Vorrichtung in dieser Fail-Safe-Position
den nicht-zugehaltenen und gegebenenfalls auch den nicht-geschlossenen
Zustand der Schutzeinrichtung unabhängig von der Position
des Betätigers und verhindert dadurch einen Betrieb der
innerhalb der Schutzeinrichtung angeordneten Maschine. Mithin gewährleistet
die erfindungsgemäße Vorrichtung einen sicheren
(safe) Betriebszustand der Maschine.
-
In
einer Ausführungsart ist das Schalterbetätigungselement
in der Fail-Safe-Position blockiert und behält diese blockierte
Position unabhängig von der Stellung des Betätigers
bei. Hierzu kann das Schalterbetätigungselement mit einem
in dem Schaltergehäuse angeordneten Blockierelement kraft- und/oder
formschlüssig verbunden sein. In einer Ausführungsart
wird ein Formschluss dadurch erreicht, dass das Schalterbetätigungselement
oder ein Abschnitt hiervon durch die überhöhte
Kraft derart verschiebbar oder auslenkbar ist, dass das Schalterbetätigungselement
in formschlüssigen Eingriff mit einem in dem Schaltergehäuse
vorzugsweise ortsfest angeordneten Blockierelement kommt und dadurch
die Fail-Safe-Position des Schalterbetätigungselements
blockiert ist.
-
In
einer Ausführungsart wird ein Kraftschluss dadurch erreicht,
dass das Schalterbetätigungselement durch die überhöhte
Kraft in eine klemmende Verbindung mit dem Blockierelement bringbar
ist, die keine weitere Bewegung des Schalterbetätigungselements
zulässt. Hierzu kann das Schalterbetätigungselement
einen verdickten Abschnitt aufweisen, insbesondere einen verdickten
und vorzugsweise pilzkopfförmigen Endabschnitt, mit dem
das Schalterbetätigungselement in klemmende Verbindung
mit dem Blockierelement bringbar ist.
-
In
einer Ausführungsart ist das Blockierelement durch ein
Führungselement für eine beispielsweise linear
bewegliche Lagerung des Schalterbetätigungselements in
dem Schaltergehäuse gebildet. Das Schalterbetätigungselement
kann mindestens abschnittsweise zylindrisch, insbesondere kreiszylindrisch
gebildet sein. Zur beweglichen Lagerung kann in dem Schaltergehäuse
eine Lagerhülse oder Lagerbüchse angeordnet sein,
die vorzugsweise endseitig mindestens einen Schlitz aufweist. Durch
die überhöhte Kraft auf den Betätigen
kann dessen Ende, das beispielsweise im geschlossenen und zugehaltenen Zustand
der Schutzeinrichtung in eine Rastausnehmung einer Kurvenbahn eingreift,
plastisch verformbar sein, insbesondere verbiegbar. Durch dieses
Verbiegen kann ein Abschnitt des Schalterbetätigungselements
in der Fail-Safe-Position in einen Schlitz der Lagerhülse
einführbar sein und dort klemmend festlegbar sein.
-
In
einer Ausführungsart weist die Vorrichtung ein elektrisches
Schalterelement mit einem Zwangsöffnerkontakt auf, und
in der Fail-Safe-Position des Schalterbetätigungselements
ist der Zwangsöffnerkontakt geöffnet. Über
den Zwangsöffnerkontakt kann ein Steuerstrom für
die innerhalb der Schutzeinrichtung angeordnete Maschine geführt
sein, so dass gewährleistet ist, dass bei geöffnetem
Zwangsöffnerkontakt der Betrieb der Maschine unterbrochen
ist. Zwangsöffnerkontakte sind prinzipiell aus den gleichen
Elementen aufgebaut wie Schalter mit Schließerkontakten.
Allerdings werden die Schaltkontakte bei einem Zwangsöffnerkontakt
durch die äußere Kraft geöffnet und zwar
auch dann, wenn eine in dem Schalterelement angeordnete Feder bricht
oder wenn die Kontakte verschweißt sind. Diese sogenannte
Zwangsöffnung kann durch eine formschlüssige,
starre Verbindung zwischen dem Schaltstößel und
der Kontaktbrücke erreicht werden. Vorzugsweise weisen
Zwangsöffnerkontakte keine elastischen Teile auf.
-
In
einer Ausführungsart weist die Vorrichtung eine in dem
Schaltergehäuse, insbesondere in einem an einem Schaltergrundgehäuse
festlegbaren Schalterkopfgehäuse, drehbar gelagerte Kurvenscheibe auf,
die ihrerseits eine Kurvenbahn bildet, an welcher das Schalterbetätigungselement
in Anlage gehalten ist. Die Kurvenbahn weist eine von der Kreisform
abweichende Kontur auf, so dass das in Radialrichtung an der Kurvenscheibe
in Anlage gehaltene Schalterbetätigungselement unterschiedliche
Positionen abhängig vom Drehwinkel der Kurvenscheibe einnimmt und
dementsprechend unterschiedliche Kontakte geschaltet werden können.
Der Betätiger dreht seinerseits die Kurvenscheibe. Die
Anlage des Schalterbetätigungselements an der Kurvenscheibe
kann durch eine Federkraft und/oder durch eine Magnetkraft bereitgestellt
werden. Sofern die Kurvenbahn der Kurvenscheibe Rastvertiefungen
aufweist, kann durch das Schalterbetätigungselement auch
eine Zuhaltung bereitgestellt werden, indem die Anlagekraft dafür
sorgt, dass das Schalterbetätigungselement in die Rastausnehmung
einrastet und dadurch die Drehung der Kurvenscheibe blockiert.
-
In
einer Ausführungsart weist die Zuhalteeinrichtung einen
Elektromagneten auf, der koaxial zu dem Schalterbetätigungselement
angeordnet ist. Dadurch ist eine besonders platzsparende und vorzugsweise
langgestreckte Bauform der Vorrichtung erreichbar. Vorzugsweise überdeckt
eine Spule des Elektromagneten mindestens abschnittsweise das Schalterbetätigungselement,
das seinerseits als Anker des Elektromagneten ausgebildet sein kann.
-
Weitere
Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus
den Unteransprüchen und der nachfolgenden Beschreibung,
in der unter Bezugnahme auf die Zeichnungen mehrere Ausführungsbeispiele
im Einzelnen beschrieben sind. Dabei können die in den
Ansprüchen und in der Beschreibung erwähnten Merkmale
jeweils einzeln für sich oder in beliebiger Kombination
erfindungswesentlich sein.
-
1 zeigt
eine schematische Draufsicht auf eine Gesamtanordnung mit einer
erfindungsgemäßen Vorrichtung,
-
2 bis 5 zeigen
eine erfindungsgemäße Vorrichtung in vier unterschiedlichen
Zuständen,
-
6 zeigt
eine perspektivische Ansicht des Führungselements, und
-
7 zeigt
eine perspektivische Ansicht des Führungselements zusammen
mit dem Schalterbetätigungselement.
-
Die 1 zeigt
eine schematische Draufsicht auf eine Gesamtanordnung mit einer
erfindungsgemäßen Vorrichtung 1 zum Überwachen
des Zustandes einer Schutzeinrichtung 2 einer Maschine 3,
insbesondere des geschlossenen Zustandes einer Schutztür,
mit der eine Raumtrenneinrichtung verschließbar ist, um
beispielsweise das Bedienpersonal vor einer Gefährdung
durch die im Betrieb befindliche Maschine 3 zu schützen.
Die Einrichtung 2 weist ein erstes Teil 4 auf,
beispielsweise einen Rahmen für die Schutzeinrichtung 2.
Das erste Teil 4 weist eine Öffnung 5 auf,
die durch ein zweites Teil 6 schließbar ist, beispielsweise
durch eine Schutztür, die entsprechend dem Doppelpfeil 10 gegenüber dem
ersten Teil 4 bewegbar ist und durch Lagerelemente 11 beweglich
gelagert ist. Die Vorrichtung 1 weist einen Sicherheitsschalter
auf, der ein vorzugsweise am feststehenden ersten Teil 4 der
Schutzeinrichtung 2 angeordnetes Schalterelement 7 und
einen vorzugsweise am beweglichen zweiten Teil 6 angeordneten
Betätiger 8 umfasst.
-
Die 2 bis 5 zeigen
eine erfindungsgemäße Vorrichtung 1 zum Überwachen
des Zustandes der Schutzeinrichtung 2 der Maschine 4 in
vier unterschiedlichen Zuständen. Die Vorrichtung 1 weist ein
Schaltergrundgehäuse 22 auf, in dem das elektrische
Schalterelement 7 der Vorrichtung 1 angeordnet
ist, von dem im Ausführungsbeispiel lediglich der Zwangsöffnerkontakt 18 dargestellt
ist. An dem Schaltergrundgehäuse 22 ist ein Schalterkopfgehäuse 24 lösbar
festlegbar, in dem eine um die Drehachse 20 drehbar gelagerte
Kurvenscheibe 12 angeordnet ist.
-
Das
Schalterkopfgehäuse 24 weist zwei rechtwinklig
zueinander verlaufende Einführkanäle 26, 28 für
den in den 2 bis 5 nicht
dargestellten Betätiger 8 auf. Das Schalterbetätigungselement 14 ist
mit seinem axialen Ende in radialer Anlage an der Kurvenscheibe 12 gehalten.
Aufgrund der von der Kreisform abweichenden Kurvenbahn 15 wird das
Schalterbetätigungselement 14 beim Drehen der Kurvenscheibe 12 in
seiner Längsrichtung verschoben. Hierzu ist das Schalterbetätigungselement 14 in einem
in dem Schaltergrundgehäuse 22 angeordneten und
vorzugsweise mindestens abschnittsweise hohlzylindrischen Führungselement 30 linear
beweglich geführt. Ein Kraftspeicher 16 wirkt
auf das Schalterbetätigungselement 14 derart,
dass es in Anlage an der Kurvenscheibe 12 gehalten ist.
Ein bestrombarer Elektromagnet 40 kann die Anlagekraft
des Kraftspeichers 16 aufheben.
-
Die 2 zeigt
die Vorrichtung 1 in einem Zustand, in dem die Schutzeinrichtung 2 nicht
geschlossen ist und daher der Betätiger 8 nicht
in das Schalterkopfgehäuse 24 eingeführt
ist. Demgegenüber zeigt die 3 den Zustand
der Vorrichtung 1, in dem die Schutzeinrichtung 2 geschlossen
ist und dadurch der (nicht dargestellte) Betätiger 8 in
das Schalterkopfgehäuse 24 eingeführt
ist und die Kurvenscheibe 12 ausgehend von der in 2 dargestellten
Ausgangsposition um etwa 90° entgegen dem Uhrzeigersinn
gedreht hat. Dadurch wird die an der Außenumfangsfläche
der Kurvenscheibe 12 angeordnete Rastnut 13 in
eine dem Schalterbetätigungselement 14 gegenüberliegende
Position gedreht. Aufgrund der Wirkung des Kraftspeichers 16 rastet
das Schalterbetätigungselement 14 in die Rastnut 13 ein
und schließt dabei den Zwangsöffnerkontakt 18.
In diesem Zustand ist die Schutzeinrichtung 2 durch die
Vorrichtung 1 zugehalten und die innerhalb der Schutzeinrichtung 2 angeordnete
Maschine 4 kann von einer der Vorrichtung 1 nachgeschalteten
Steuereinrichtung in Betrieb gesetzt werden. Eine Aufhebung der
Zuhaltung erfolgt durch den Elektromagneten 40, der beim
Bestromen das Schalterbetätigungselement 14 als
Anker des Elektromagneten 40 gegen die Wirkung des Kraftspeichers 16 aus
der Rastnut 13 herauszieht.
-
Die 4 zeigt
einen Zustand der Vorrichtung 1, in dem durch überhöhte
Krafteinwirkung auf das zweite Teil 6 der Schutzeinrichtung 2,
beispielsweise auf die Schutztür, mittels des Betätigers 8 und damit
der Kurvenscheibe 12 auch eine hohe Kraft auf das Schalterbetätigungselement 14 ausgeübt
wird, durch welche sich das axiale Ende des Schalterbetätigungselements 14 anfänglich
gegebenenfalls auch elastisch, im weiteren Verlauf aber plastisch
verformt. In dem in der 4 dargestellten Zustand bleibt
das Schalterbetätigungselement 14 zunächst noch
in seiner die Schutzeinrichtung 2 zuhaltenden Stellung und
hält dadurch den Zwangsöffnerkontakt 18 geschlossen.
-
Kommt
es zu einer weiteren Erhöhung der Kraft und damit einhergehend
zu einem weiteren Verformen des axialen Endes des Schalterbetätigungselements 14,
wird dieses plastisch verformt, wie in der 5 dargestellt.
Insbesondere kommt das Schalterbetätigungselement 14 dadurch
außer Eingriff mit der Rastnut 13, woraufhin der
Betätiger 8 gezogen werden kann und damit die
Schutzeinrichtung 2 geöffnet werden kann. Dieser
Zustand wird durch das Öffnen des Zwangsöffnerkontakts 18 auch
zuverlässig signalisiert.
-
Durch
die Verformung des Schalterbetätigungselements 14 kommt
dessen axial endseitiger Abschnitt in klemmenden Eingriff mit einem
an der axialen Endseite des Führungselements 30 angeordneten
Schlitz 32. Dadurch wird das Schalterbetätigungselement 14 in
eine Fail-Safe-Position gebracht, aus der heraus das Schalterbetätigungselement 14 mittels
des Betätigers 8 nicht mehr in eine Position überführbar
ist, in welcher die Vorrichtung 1 den zugehaltenen Zustand
der Schutzeinrichtung 2 signalisiert. Auch wenn die Schutzeinrichtung 2 erneut
geschlossen wird und dadurch der Betätiger 8 wieder
in das Schalterkopfgehäuse 24 eintritt und dabei
die Kurvenscheibe 12 derart dreht, dass die Rastnut 13 dem
Schalterbetätigungselement 14 gegenüberliegt, ist
durch den klemmenden Eingriff des Schalterbetätigungselements 14 in
den Schlitz 32 verhindert, dass das Schalterbetätigungselement 14 nochmals
den Zwangsöffnerkontakt 18 schließt,
weil die vom Kraftspeicher 16 aufgebrachte Federkraft nicht
ausreicht, um den klemmenden Eingriff des Schalterbetätigungselements 14 in
den Schlitz 32 aufzuheben. Dies hat zur Folge, dass auch
dann, wenn die Schutzeinrichtung 2 erneut geschlossen wird
und die Kurvenscheibe 12 ordnungsgemäß dreht,
die Vorrichtung 1 nach wie vor in der Fail-Safe-Position
verharrt und den nicht-zugehaltenen Zustand der Schutzeinrichtung 2 ordnungsgemäß signalisiert.
-
Die 6 zeigt
eine perspektivische Ansicht des Führungselements 30,
das im Zentrum eine von einem inneren Hülsenabschnitt 33 ausgebildete
hohlzylindrische Führungsfläche 31 für
das Schalterbetätigungselement 14 aufweist. Endseitig
weist das Führungselement 30 im Bereich der Führungsfläche 31 insgesamt
vier, jeweils um einen Winkel von 90° zueinander versetzt
angeordnete Schlitze 32 auf, die in den inneren Hülsenabschnitt 33 eingebracht
sind. Radial außenseitig weist das Führungselement 30 einen
Ring 34 auf, wobei in den ringförmigen Aufnahmeraum
zwischen innerem Hülsenabschnitt 33 und Ring 34 ein
Anschlusszapfen des Schalterkopfgehäuses 24 einsetzbar
ist. An einem dem Schaltergrundgehäuse 22 zugewandten
Abschnitt weist das Führungselement 30 einen hülsenförmigen
Abschnitt 35 auf, der auf der Außenseite eine
Rillung 36 oder auch ein Außengewinde aufweist,
mittels dem das Führungselement 30 dichtend an
dem Schaltergrundgehäuse 22 festlegbar ist.
-
Die 7 zeigt
eine perspektivische Ansicht des Führungselements zusammen
mit dem Schalterbetätigungselement 14, das an
seinem dem Schalterkopfgehäuse 24 zugewandten
Endabschnitt zunächst einen ersten Abschnitt 37 mit
geringerem Außendurchmesser und anschließend einen
zweiten Abschnitt 38 mit wieder größerem
Außendurchmesser aufweist. Der erste Abschnitt 37 kann
dazu dienen, die plastische Verformung soweit zu ermöglichen,
dass der zweite Abschnitt 38 in einem der Schlitze 32 klemmend
festlegbar ist, ohne dass das Schalterbetätigungselement 14 bei
dieser Verformung bricht.
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
-
Diese Liste
der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert
erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information
des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen
Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt
keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
-
Zitierte Patentliteratur
-