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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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Aus der
DE 10 2004 038 488 A1 ist ein Sicherheitsschalter bekannt, bei dem im stromlosen Zustand die Kurvenscheibe durch einen Eingriff des Schaltstößels blockiert ist, damit eine unbeabsichtigte Aktivierung der Zuhaltung infolge des Schließens der Schutzeinrichtung, beispielsweise im Rahmen von Reinigungsarbeiten, verhindert ist. Um im regulären Betrieb die Blockade der Kurvenscheibe rechtzeitig aufzuheben, weist die Vorrichtung einen Sensor auf, der im bestromten Zustand das Annähern des Betätigers erkennt und den Schaltstößel aus seiner blockierenden Position zurückzieht.
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Aus der
DE 199 17 211 C1 ist ein Sicherheitsschalter bekannt, bei dem der Betätiger beim Schließen der Schutzeinrichtung über eine Rampe in eine Rastvertiefung des Lesekopfes hineinfällt und dadurch der geschlossene Zustand der Schutzeinrichtung arretiert ist.
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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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Der Betätiger ruft 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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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 Betätiger 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 Betätiger 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 Betätigen in der ersten Position ergänzend eine Änderung des elektrischen Widerstandes des Sensorelements hervor und auch 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 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.
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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 Betätiger 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 weist einen Kondensator auf, 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. Ergänzend hierzu kann das Sensorelement 20 einen elektrischen Widerstandswert aufweisen, der sich unter Krafteinwirkung verändert.
