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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.
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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.
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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 zuhaltbar ist.
Bei dem bekannten Sicherheitsschalter wird hierzu der Schaltstößel
federkraftbelastet oder magnetkraftbelastet in der Rastvertiefung
gehalten, und somit eine Drehbewegung der Kurvenscheibe blockiert.
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Bei
dem bekannten Sicherheitsschalter kommt es beim Schließen
der Schutztür zu einem automatischen Einrasten des Schaltstößels
in die Rastvertiefung, so dass der Schaltstößel
automatisch die arretierte Position einnimmt. Dadurch ist der geschlossene
Zustand der Schutztür zwangsläufig mit dem zugehaltenen
Zustand der Schutzeinrichtung verknüpft. Möchte
der Anwender die Schutztür vor Inbetriebnahme der innerhalb
der Schutzeinrichtung angeordneten Maschine noch einmal öffnen,
muss er zunächst die Zuhalteeinrichtung deaktivieren. Hierzu müssen
Bedienelemente vorgesehen und installiert werden, deren Betätigung
aus Sicherheitsgründen außerdem steuerungstechnisch überwacht
werden muss, beispielsweise um zu verhindern, dass die Zuhalteeinrichtung
deaktiviert wird, solange die Maschine sich noch in einem gefährlichen
Betriebszustand befindet.
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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 mit hoher Betriebssicherheit und möglichst
geringem Aufwand die Möglichkeit bietet, die Schutzeinrichtung
zu schließen und zuzuhalten und dennoch bei Bedarf und
unter Einhaltung der sicherheitstechnischen Anforderungen und Bestimmungen
die Schutzeinrichtung öffnen zu können.
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Diese
Aufgabe ist durch die im Anspruch 1 bestimmte Vorrichtung gelöst.
Besondere Ausführungsarten der Erfindung sind in den Unteransprüchen
bestimmt.
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In
einer Ausführungsart ist die Aufgabe mit einer Vorrichtung
zum Überwachen des Zustandes einer Schutzeinrichtung einer
Maschine, insbesondere Sicherheitsschalter zum Überwachen
des geschlossenen Zustandes einer Schutztür oder dergleichen,
wobei die Vorrichtung einen Betätiger und einen Schalterkopf
aufweist, und der Betätiger in einem geschlossenen Zustand
der Schutzeinrichtung mit dem Schalterkopf zusammenwirken kann und
dadurch der geschlossene Zustand der Schutzeinrichtung signalisierbar
ist, und wobei die Vorrichtung eine Zuhalteeinrichtung aufweist,
durch welche der Betätiger an dem Schalterkopf lösbar
arretierbar ist und dadurch der geschlossene Zustand der Schutzeinrichtung
zuhaltbar ist, dadurch gelöst, dass der Betätiger
in eine erste Position in Bezug auf den Schalterkopf bringbar ist,
in welcher der Betätiger bereit zum Arretieren ist, aber
noch nicht arretiert ist, und dass die Vorrichtung ein Sensorelement
aufweist, mit dem die erste Position des Betätigers erkennbar
und signalisierbar ist.
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Dadurch
ist es möglich, die Schutzeinrichtung in einen geschlossenen
Zustand zu bringen und insbesondere diesen Zustand auch zu erkennen
und zu signalisieren, ohne dass gleichzeitig die Zuhaltung aktiviert
ist. Dies ist insbesondere bei Schutzeinrichtungen mit mehreren
beweglichen Teilen, beispielsweise mit mehreren Schutztüren,
von Vorteil, da in diesem Fall zunächst alle Schutztüren
geschlossen werden können, der geschlossene Zustand der
jeweiligen Schutztür auch individuell oder mit einem Sammelsignal
signalisierbar ist, und anschließend entweder automatisch
oder durch manuelles Betätigen die Zuhaltung aktivierbar
ist.
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In
einer Ausführungsart ist das Sensorelement in dem Schalterkopf
angeordnet. Dadurch entfällt eine separate Montage und
Verdrahtung des Sensorelements. In einer Ausführungsart
ist das Sensorelement durch ein in der Vorrichtung ohnehin schon
vorhandenes Bauelement betätigbar, insbesondere durch ein
in der Zuhalteeinrichtung ohnehin schon vorhandenes Bauelement betätigbar.
Auch dadurch ist der zusätzliche Aufwand reduzierbar und damit
auch die Betriebssicherheit verbessert.
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In
einer Ausführungsart verursacht der Betätigen
beim Überführen in die erste Position eine Änderung
einer auf das Sensorelement wirkenden Kraft. Diese Kraftänderung
ist von dem Sensorelement erkennbar und signalisierbar. Dadurch
ist eine hohe Betriebssicherheit und eine Unempfindlichkeit gegen
Verunreinigungen gewährleistet. Außerdem sind
Kraftänderungen im Vergleich zur Detektion einer absoluten
Kraft vergleichsweise einfach und vor allem sicher zu detektieren,
weil ein Kriechverhalten des Sensorelements in der Signalauswertung
einfach eliminierbar ist.
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In
einer Ausführungsart verursacht der Betätigen
beim Überführen in die erste Position eine Reduktion
der auf das Sensorelement wirkenden Kraft. Eine Kraftreduktion ist
mit einfachen Mitteln zuverlässig detektierbar. Außerdem
ist dadurch eine Überbeanspruchung bei der Betätigung
des Sensorelements zuverlässig ausgeschlossen.
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In
einer Ausführungsart ist mittels eines in dem Schalterkopf
angeordneten ersten Kraftspeichers in einer Ausgangsposition eine
Ausgangskraft auf das Sensorelement ausübbar, die beim Überführen
des Betätigers in die erste Position reduzierbar oder aufhebbar
ist. Diese Ausgangskraft hält das Sensorelement und/oder
ein Sensorbetätigungselement des Sensorelements in einer
Ausgangsposition, die dem nicht-geschlossenen Zustand der Schutzeinrichtung
entspricht. Beispielsweise kann durch den ersten Kraftspeicher,
beispielsweise eine Schraubenfeder, ein Sensorbetätigungselement
in Anlage an dem Sensorelement gehalten sein, und eine Reduktion
oder Aufhebung der Anlagekraft ist von dem Sensorelement erkennbar
und signalisierbar.
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In
einer Ausführungsart ist der Betätiger mittels
eines zweiten Kraftspeichers in Richtung auf den Schalterkopf vorgespannt.
Die Kraft des zweiten Kraftspeichers kann dabei der Kraft des ersten
Kraftspeichers entgegenwirken, so dass beim Überführen des
Betätigers in die erste Position die auf das Sensorelement
wirkende resultierende Kraft geringer ist als die von dem ersten
Kraftspeicher aufgebrachte Ausgangskraft.
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In
einer Ausführungsart weist die Zuhalteeinrichtung ein Löseelement
zum Lösen der Arretierung des Betätigers auf.
In der ersten Position ist der Betätiger in Anlage an dem
Löseelement. Das Sensorelement kann die auf das Löseelement
wirkende Kraft erkennen und signalisieren. Wenn beim Überführen des
Betätigers in die erste Position durch den auf den Betätiger
wirkenden zweiten Kraftspeicher sich die auf das Löseelement
wirkende resultierende Kraft ändert, ist dies von dem Sensorelement
erkennbar und signalisierbar.
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In
einer Ausführungsart ruft der Betätiger in der
ersten Position eine Änderung des elektrischen Widerstandes
des Sensorelements hervor und dadurch ist die erste Position des
Betätigers signalisierbar. Das Detektieren einer Widerstandsänderung
ist dabei schaltungstechnisch einfach und außerdem zuverlässig
möglich, insbesondere unempfindlich gegenüber elektrischen
oder magnetischen Störfeldern. Die Widerstandsänderung
kann dabei durch eine geometrische Verformung des Widerstandswerkstoffes und/oder
der Widerstandsbahnen hervorgerufen sein, und/oder durch den piezoresistiven
Effekt.
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In
einer Ausführungsart ruft der Betätiger in der
ersten Position eine Änderung der Kapazität des Sensorelements
hervor und dadurch ist die erste Position des Betätigers
signalisierbar. Kapazitätsänderungen sind mit
geringen elektrischen Leistungen detektierbar.
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In
einer Ausführungsart weist der Schalterkopf einen Lesekopf
auf, mittels dem die arretierte Position des Betätigers
elektrisch kontaktlos erkennbar und signalisierbar ist. Hierzu kann
der Betätiger im einfachsten Fall eine Leiterschleife aufweisen,
so dass beim Annähern des Betätigers an den Lesekopf ein
von dem Lesekopf ausgesendetes elektromagnetisches Feld veränderbar
ist. In dem Betätiger kann auch ein sogenannter Transponder
angeordnet sein, der an den Lesekopf ein Signal übermittelt
und dadurch die arretierte Position des Betätigers erkennbar
und signalisierbar ist. Die für den Betrieb des Transponders
erforderliche Energie wird vorzugsweise aus einem von dem Lesekopf
erzeugten elektromagnetischen Feld entnommen. In einer Ausführungsart
ist ein Signalaustausch zwischen dem Lesekopf und dem Betätiger
nur in der arretierten Position des Betätigers möglich,
insbesondere ist in der ersten Position des Betätigers
ein Signalaustausch nicht möglich.
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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.
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1 zeigt
eine schematische Draufsicht auf eine Gesamtanordnung mit einer
erfindungsgemäßen Vorrichtung,
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2 zeigt
in schematischer Darstellung einen Ausschnitt der Vorrichtung,
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3 zeigt
einen Ausschnitt der Vorrichtung in einem Zustand, kurz bevor der
Betätiger die Rastausnehmung erreicht, und
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4 zeigt
einen Ausschnitt der Vorrichtung in einem Zustand, in dem der Betätiger
sich in seiner ersten Position befindet.
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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 mit einem Schalterkopf 7 und
einen vorzugsweise am beweglichen zweiten Teil 6 angeordneten
Betätiger 8 umfasst.
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Die 2 zeigt
in schematischer Darstellung einen Ausschnitt der Vorrichtung 1 mit
dem Schalterkopf 7 und dem an dem zweiten Teil 6 der
Schutzeinrichtung 2 festgelegten Betätiger 8.
Im dargestellten Ausführungsbeispiel wird beim Schließen
der Schutzeinrichtung 2 das zweite Teil 6 in Richtung
des ersten Pfeils 12 verschoben. Dabei gleitet der Betätiger 8 entlang
einer von dem Schalterkopf 7 gebildeten schrägen
Rampe 14 und wird dabei gegen die Wirkung eines zweiten
Kraftspeichers 16 in Bezug auf das zweite Teil 6 verschoben.
Im geschlossenen Zustand der Schutzeinrichtung 2 (4)
kann der Betätiger 8 in eine von dem Schalterkopf 7 ausgebildete Rastausnehmung 18 einrasten,
wodurch der Betätiger 8 und mithin das zweite
Teil 6 an dem Schalterkopf 7, der seinerseits
an dem ersten Teil 4 der Schutzeinrichtung 2 festlegbar
ist, arretiert ist und dadurch der geschlossene Zustand der Schutzeinrichtung 2 zugehalten
ist. Im verrasteten Zustand kann ein an oder nahe einem stirnseitigen
Ende des Betätigers 8 festgelegter Transponder 22 Signale
mit einem an dem Schalterkopf 7 und insbesondere nahe der
Rastausnehmung 18 angeordneten Lesekopf 24 austauschen
und dadurch ist der zugehaltene Zustand der Schutzeinrichtung 2 signalisierbar.
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Zur
Aufhebung des zugehaltenen Zustandes der Schutzeinrichtung 2 ist
es erforderlich, dass ein Löseelement 26 in Richtung
des Pfeils 28 ausgefahren wird und den Betätiger 8 aus
der Rastausnehmung 18 heraus schiebt, bis das zweite Teil 6 entgegen
der Richtung des Pfeils 12 verschoben und dadurch die Schutzeinrichtung 2 geöffnet
werden kann. Der Antrieb des Löseelements 26 erfolgt
mittels eines Elektromagneten, der eine in dem Schalterkopf 7 angeordnete
Magnetspule 34 und einen an dem Löseelement 26 angebrachten
oder von dem Löseelement 26 ausgebildeten magnetisierbaren
Abschnitt 36 aufweist. Der Elektromagnet kann dabei entweder
dazu dienen, das Löseelement 26 in Richtung des
zweiten Pfeils 28 zu bewegen, um dadurch den Betätiger 8 aus
der Rastausnehmung auszuwerfen, oder er kann dazu dienen, das Löseelement 26 entgegen
der Richtung des Pfeils 28 abzusenken, um dadurch eine Arretierung 8 in
Bezug auf den Schalterkopf 7 zu ermöglichen. In
der 2 ist der unbestromte Zustand des Elektromagneten
dargestellt, bei dem ein nicht dargestellter Kraftspeicher gegen
die Wirkung eines ersten Kraftspeichers 30 das Löseelement 26 in
seiner abgesekten Position hält. Im bestromten Zustand bewegt
der Elektromagnet das Löseelement 26 gegen die
Wirkung des nicht dargestellten Kraftspeichers in Richtung des zweiten
Pfeils 28.
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Die 3 zeigt
einen Ausschnitt der Vorrichtung 1 in einem Zustand, kurz
bevor die Schutzeinrichtung 2 geschlossen ist und dementsprechend kurz
bevor der Betätiger 8 die Rastausnehmung 18 erreicht.
Der Elektromagnet ist bestromt und das Löseelement 26 steht
aus der Bodenfläche der Rastausnehmung 18 so weit
hervor, dass seine Stirnfläche im Wesentlichen bündig
mit der an die Rastausnehmung 18 angrenzende Fläche
des Schalterkopfes 7 ist. In dieser Position wird das Löseelement 26 auch
mittels eines ersten Kraftspeichers 30 gehalten, der sich
an einem Ende an einer Führungsbuchse 38 für
das Löseelement 26 abstützt und am anderen
Ende an einer flanschartigen Verbreiterung 32, die mit
dem Löseelement 26 verbunden ist oder einstückig
von dem Löseelement 26 ausgebildet ist.
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Zwischen
der flanschartigen Verbreiterung 32 und einem feststehenden
Teil des Schalterkopfes 7, insbesondere der Gehäusewand
im Bereich der Rastausnehmung 18, ist ein Sensorelement 20 zugeordnet,
dessen Ausgangssignal abhängig ist von dem Betrag der Kraft,
mit dem die flanschartige Verbreiterung 32 auf das Sensorelement 20 einwirkt.
In dem in der 3 dargestellten Ausgangszustand
ist diese Kraft im Wesentlichen bestimmt durch die Summe der Kräfte
des ersten Kraftspeichers 30 und des bestromten Elektromagneten.
Der Abstand zwischen dem Löseelement 26 und dem
Rand der Rastausnehmung 18 ist geringer als die Breite
des Betätigers 8 an seinem dem Schalterkopf 7 zugewandten
Ende.
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Im
dargestellten Ausführungsbeispiel wird das Löseelement 26 durch
die Bestromung der Spule 34 des Elektromagneten entgegen
der Wirkung einer nicht dargestellten und entgegen der Richtung
des zweiten Pfeils 28 (2) wirkenden
Rückholfeder in seiner in der 3 dargestellten
Position gehalten. Wird die Bestromung abgeschaltet, zieht sich
das Löseelement 26 entgegen der Richtung des zweiten Pfeils 28 und
unbeachtlich der entgegenwirkenden Kraft des ersten Kraftspeichers 30 aus
der Rastausnehmung 18 zurück und nimmt die in
der 2 dargestellte Position ein.
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Die 4 zeigt
einen Ausschnitt der Vorrichtung 1 in einem Zustand, in
dem die Schutzeinrichtung 2 geschlossen ist und der Betätiger 8 sich
in seiner ersten Position in Bezug auf den Schalterkopf 7 befindet,
in welcher der Betätiger 8 bereit zum Arretieren
ist, aber noch nicht arretiert ist, weil das Löseelement 26 sich
in seiner ausgefahrenen Position befindet. Wenn in diesem Zustand
das Löseelement 26 in den Schalterkopf 7 zurückgefahren
wird, greift der Betätiger 8 in die Rastausnehmung 18 ein
und dadurch ist der Betätiger 8 an dem Schalterkopf 7 arretiert
und damit die Schutzeinrichtung 2 zugehalten.
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Wenngleich
sich das Löseelement 26 in der ersten Position
des Betätigers 8 nach wie vor in einer aus dem
Schalterkopf 7 ausgefahrenen Position befindet, hat sich
die auf das Löseelement 26 wirkende Kraft durch
die Anlage des Betätigers 8 gegenüber dem
in der 3 dargestellten Ausgangszustand verändert,
insbesondere hat sich die auf das Sensorelement 20 wirkende
resultierende Kraft reduziert, weil auf den Betätigen 8 die
in dem zweiten Kraftspeicher 16 gespeicherte Kraft wirkt.
Die beim Übergang von dem Ausgangszustand der 3 in
die erste Position des Betätigers 8 in der 4 auftretende Änderung
der auf das Sensorelement 20 wirkenden Kraft ist dahingehend
auswertbar, dass die erste Position des Betätigers 8 der 4 erkennbar
und signalisierbar ist.
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Das
Sensorelement 20 kann beispielsweise einen elektrischen
Widerstandswert aufweisen, der sich unter Krafteinwirkung verändert.
Alternativ oder ergänzend hierzu kann das Sensorelement 20 auch einen
Kondensator aufweisen, dessen Elektrodenabstand beim Überführen
des Betätigers 8 in die in der 4 dargestellte
erste Position veränderbar ist und dadurch die erste Position
erkennbar und signalisierbar ist. Hierzu kann ein Dielektrikum eingesetzt
werden, das federelastisch verformbar ist und dementsprechend der
Elektrodenabstand oder Plattenabstand des Kondensators variierbar
ist. Das Sensorelement 20 kann ringförmig ausgebildet
sein und auf einen zylindrischen Abschnitt des Löseelements 26 aufsetzbar
sein. Dadurch ist mit geringem konstruktivem Aufwand eine erfindungsgemäße
Modifikation bestehender Vorrichtungen 1 möglich.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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