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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Zuhaltesystem für einen Sicherheitsschalter nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 sowie einen Sicherheitsschalter mit einem solchen Zuhaltesystem.
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Sicherheitsschalter zum Überwachen des Zustandes einer Schutzeinrichtung einer Maschine, beispielsweise zum Überwachen des geschlossenen Zustandes einer Schutztür oder dergleichen, sind aus der
EP 0 801 801 B1 bekannt. Der bekannte Sicherheitsschalter weist einen Schalterkopf und einen mechanisch codierten Betätiger auf, der in einen im Schalterkopf ausgebildeten Kanal einführbar ist und dabei mittelbar über ein Schaltrad einen elektrischen Schalter betätigt. Im zusammengeführten Zustand ist der Betätiger im Schalterkopf mechanisch verriegelbar und dadurch die Schutzeinrichtung zuhaltbar.
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Mit derartigen Sicherheitsschaltern können beispielsweise die Schutzeinrichtungen von Maschinen überwacht werden. Beim Öffnen der Schutzeinrichtung unterbricht der Sicherheitsschalter beispielsweise mittels eines durch Formschluss zu betätigenden elektrischen Kontaktpaares einen oder mehrere Stromkreise, wodurch die zugehörige Maschine in einen sicheren Betriebszustand überführt wird, beispielsweise abgeschaltet wird, oder deren Einschalten verhindert wird.
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Sicherheitsschalter mit einem Lesekopf und einem Betätiger, die jeweils eine erste bzw. zweite Baugruppe mit elektrischen und/oder elektronischen Bauelementen aufweisen, die elektrisch kontaktlos in Wechselwirkung miteinander bringbar sind und dadurch den Sicherheitsschalter steuern, sind beispielsweise aus der
DE 197 11 588 A1 bekannt. Die Arretierung des Betätigers erfolgt durch mechanische Verriegelung.
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Aus der
DE 101 46 828 A1 ist ein elektromagnetisches Zuhaltesystem für einen Sicherheitsschalter mit einem Lesekopf und einem Betätiger bekannt, bei dem die Arretierung des Betätigers und damit die Zuhaltung der Schutzeinrichtung durch eine von einem Elektromagneten aufgebrachte Magnetkraft erfolgt.
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Aus der
DE 102 16 225 A1 ist ein elektromagnetisches Zuhaltesystem eines Sicherheitsschalters bekannt, bei dem der Betätiger am Lesekopf mittels eines mit einem Gegenelement zusammenwirkenden schaltbaren Elektromagneten zuhaltbar ist, und bei dem mittels eines Sensorelements, dessen Ausgangssignal abhängig ist von dem durch den Elektromagneten generierbaren Magnetfeld, die Zuhaltung kontrollierbar ist.
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Der vorliegenden Erfindung liegt das Problem zugrunde, ein Zuhaltesystem für eine Vorrichtung zum Überwachen des Zustandes einer Schutzeinrichtung einer Maschine, insbesondere für einen Sicherheitsschalter zum Überwachen des geschlossenen Zustandes einer Schutztür oder dergleichen, weiter zu verbessern, insbesondere die Zuhaltung durch magnetische Kräfte zuverlässig kontrollieren zu können, und eine Vorrichtung zum Überwachen des Zustandes einer Schutzeinrichtung einer Maschine mit einem solchen Zuhaltesystem bereitzustellen.
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Das Problem ist durch das im Anspruch 1 bestimmte Zuhaltesystem sowie durch die im nebengeordneten Anspruch bestimmte Vorrichtung gelöst. Besondere Ausführungsarten sind in den Unteransprüchen bestimmt.
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In einer Ausführungsart ist das Problem gelöst durch ein Zuhaltesystem für eine Vorrichtung zum Überwachen des Zustandes einer Schutzeinrichtung einer Maschine, insbesondere für einen Sicherheitsschalter zum Überwachen des geschlossenen Zustandes einer Schutztür oder dergleichen, wobei die Vorrichtung einen Lesekopf und einen Betätiger aufweist, die beim Schließen der Schutzeinrichtung zusammenführbar sind und dadurch die Vorrichtung betätigen, und wobei das Zuhaltesystem eine Magneteinrichtung aufweist, durch die eine Magnetkraft bereitstellbar ist, mit welcher der Betätiger und der Lesekopf im zusammengeführten Zustand arretierbar sind und dadurch die Schutzeinrichtung zuhaltbar ist, und wobei das Zuhaltesystem einen Sensor aufweist, der an oder nahe einem den magnetischen Fluss gut leitenden Element angeordnet ist, und der Sensor das Erreichen einer vorgebbaren Arretierungskraft detektiert, dadurch gekennzeichnet, dass das den magnetischen Fluss gut leitende Element aufgrund seiner Form und/oder seines Werkstoffs oberhalb eines die vorgebbare Arretierungskraft bereitstellenden Wertes des magnetischen Flusses magnetische Sättigungserscheinungen aufweist, durch welche der magnetische Widerstand des Elements derart erhöht ist, dass dadurch die magnetische Feldstärke im Bereich des Sensors erhöht ist, und dass dieser Zustand von dem Sensor als das Erreichen der vorgebbaren Arretierungskraft signalisierbar ist.
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Das den magnetischen Fluss gut leitende Element kann beispielsweise aus Eisen oder einem sonstigen ferromagnetischen Werkstoff hergestellt sein, der eine hohe magnetische Permeabilität aufweist und damit eine hohe magnetische Leitfähigkeit. Für geringe magnetische Feldstärken ist die magnetische Permeabilität μ annähernd konstant und bei ferromagnetischen Werkstoffen verhältnismäßig hoch. Mit zunehmender magnetischer Feldstärke und der damit zunehmenden magnetischen Flussdichte oder magnetischen Induktion B kommt es allerdings zu Sättigungserscheinungen, in deren Folge die magnetische Permeabilität abnimmt und dadurch der magnetische Widerstand des den magnetischen Fluss immer noch gut leitenden Elements zunimmt. Gerade diese Sättigungserscheinungen, die üblicherweise unerwünscht sind, werden gemäß der vorliegenden Erfindung ausgenutzt, indem das den magnetischen Fluss gut leitende Element durch die Wahl seines Werkstoffes und/oder durch seine Formgestaltung derart ausgebildet ist, dass oberhalb eines die vorgebbare Arretierungskraft bereitstellenden Wertes des magnetischen Flusses im Bereich des Sensors der magnetische Spannungsabfall in dem Element erhöht ist und dadurch die magnetische Feldstärke im Bereich des Sensors erhöht ist. Dadurch kann das Erreichen der vorgebbaren Arretierungskraft durch den Sensor signalisiert werden.
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Die magnetische Flussdichte, bei der die gemäß der vorliegenden Erfindung ausgenutzten Sättigungserscheinungen auftreten, kann dabei in Abhängigkeit der verwendeten Werkstoffe beispielsweise zwischen 0,1 und 20 Tesla (T) betragen, insbesondere zwischen 0,2 und 10 T, und vorzugsweise zwischen 0,5 und 3 T. Als Sensor kann grundsätzlich jede Art von Magnetfeldsensor eingesetzt werden, beispielsweise auch ein Reed-Kontakt oder ein Hall-Sensor. In einer Ausführungsart wird als Sensor ein Transponder eingesetzt, der bei Erreichen einer ausreichenden magnetischen Feldstärke mit einem Lesekopf zusammenwirkt und beispielsweise eine in dem Sensor gespeicherte Codierung an den Lesekopf überträgt.
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In einer Ausführungsart weist das den magnetischen Fluss gut leitende Element im Bereich des Sensors eine Querschnittsfläche auf, die kleiner ist als die Querschnittsfläche in einem daran anschließenden Abschnitt des Elements. Durch die kleinere Querschnittsfläche ergibt sich eine Erhöhung der magnetischen Flussdichte in dem Element im Bereich des Sensors, die infolge der auftretenden Sättigungserscheinungen zu einem erhöhten magnetischen Spannungsabfall in dem Element im Bereich des Sensors führt. Beispielsweise kann in dem Element eine Aussparung eingebracht sein, beispielsweise eine Bohrung oder ein Schlitz. In dieser Aussparung kann der Sensor angeordnet sein.
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In einer Ausführungsart weist der Sensor einen Schwingkreis mit einer Spule auf, die beispielsweise durch eine Spulenwicklung gebildet sein kann. Bei Auftreten einer ausreichend hohen magnetischen Feldstärke im Bereich des Sensors aufgrund der Sättigungserscheinungen im Element ist der Sensor elektrisch kontaktlos auslesbar. Zu diesem Zweck kann der Sensor im Bereich eines Lesekopfs angeordnet sein, der auch der Lesekopf der Vorrichtung zum Überwachung des Zustandes der Schutzeinrichtung sein kann. Der Lesekopf weist eine Spule auf, die ein magnetisches Wechselfeld erzeugt und dadurch die Energie für den Betrieb des Sensors elektrisch kontaktlos überträgt.
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In einer Ausführungsart ist die Induktivität der Spule des Sensors und damit die Resonanzfrequenz des Schwingkreises des Sensors abhängig von der magnetischen Feldstärke im Bereich des Sensors. Diese Abhängigkeit ergibt sich beispielsweise aus der Abhängigkeit der magnetischen Permeabilität eines ferromagnetischen Kerns der Spule des Sensors, beispielsweise eines Ferritkerns der Spule des Sensors, von der magnetischen Feldstärke. Die Änderung der Induktivität der Spule des Sensors ist detektierbar und für das Erreichen der vorgebbaren Arretierungskraft auswertbar.
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Der Sensor ist bei einer durch die Spule des Lesekopfes vorgegebenen Sendefrequenz beispielsweise nur dann auslesbar, wenn die magnetische Feldstärke im Bereich des Sensors einen bestimmten Wert beträgt oder in einem bestimmten Wertebereich liegt, der wiederum aufgrund der Sättigungserscheinungen in dem den magnetischen Fluss gut leitenden Element nur dann auftritt, wenn der magnetische Fluss und damit die Zuhaltekraft ausreichend groß ist. Wenn sich im Bereich des Sensors die magnetische Feldstärke aufgrund von magnetischen Sättigungserscheinungen in dem den magnetischen Fluss gut leitenden Element erhöht, kommt es zu einer Änderung der Induktivität der Spule des Sensors, beispielsweise weil sich aufgrund von magnetischen Sättigungserscheinungen in dem Ferritkern der Spule des Sensors die Permeabilitätszahl des Ferritkerns ändert, insbesondere geringer ist als bei geringerer magnetischer Feldstärke.
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In einer Ausführungsart weist der Sensor einen Datenspeicher auf, dessen Inhalt auslesbar ist. Beispielsweise kann der Sensor einen Nur-Lese-Speicher aufweisen, etwa einen ROM-, PROM-, EPROM- oder EEPROM-Datenspeicher, in dem ein oder mehrere Daten gespeichert sind. Der Inhalt des Datenspeichers ist vorzugsweise elektrisch kontaktlos auslesbar. Beispielsweise kann der Inhalt über einen Lesekopf ausgelesen werden. Wenn der Inhalt des Datenspeichers auslesbar ist, wird dies als Signal dafür gewertet, dass die vorgebbare Arretierungskraft erreicht ist und damit die sichere Zuhaltung gewährleistet ist. Ergänzend kann noch geprüft werden, ob die ausgelesenen Daten einem vorgebbaren Erwartungswert entsprechen; durch eine solche Prüfung wird die Manipulationssicherheit einer dem Zuhaltesystem übergeordneten Steuereinheit erhöht.
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In einer Ausführungsart weist die Magneteinrichtung mindestens einen schaltbaren Elektromagneten auf. Durch das Einschalten oder Bestromen des Elektromagneten wird der magnetische Fluss durch das Element hervorgerufen und ein magnetischer Kreis durch den Betätiger oder durch ein mit dem Betätiger mechanisch fest verbundenen Element geschlossen und dadurch die Arretierung bewirkt. Der Elektromagnet kann eine Topfspule aufweisen, so dass mit vergleichsweise geringen Strömen eine hohe Feldstärke, damit ein hoher magnetischer Fluss, und damit wiederum eine hohe Arretierungskraft bereitstellbar ist.
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In einer Ausführungsart weist die Magneteinrichtung einen Permanentmagneten und eine Spule auf. Im stromlosen Zustand der Spule ist sowohl der arretierende Zustand der Magneteinrichtung als auch der nicht-arretierende Zustand der Magneteinrichtung stabil. Durch ein Bestromen der Spule ist die Magneteinrichtung vom stabilen nicht-arretierenden Zustand in den stabilen arretierenden Zustand überführbar. Alternativ oder ergänzend ist durch ein Bestromen der Spule die Magneteinrichtung vom stabilen arretierenden Zustand in den stabilen nicht-arretierenden Zustand überführbar. Beispielsweise ist durch ein Bestromen der Spule der Verlauf der magnetischen Feldlinien des Permanentmagneten innerhalb der Magneteinrichtung derart einstellbar, dass auch im stromlosen Zustand der Spule wahlweise der arretierende oder der nicht-arretierende Zustand der Magneteinrichtung stabil ist.
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In einer Ausführungsart weist die Magneteinrichtung einen weiteren Permanentmagneten auf, der durch ein Bestromen der Spule wahlweise in der einen Richtung oder in der anderen Richtung permanentmagnetisierbar ist. Der weitere Permanentmagnet kann eine geringere Koerzitivfeldstärke aufweisen als der Permanentmagnet der Magneteinrichtung, so dass eine Änderung der Permanentmagnetisierung des weiteren Permanentmagneten mit einer vergleichsweise geringen Feldstärke erreichbar ist, die von der Spule mit einem vergleichsweise geringen Strom aufgebracht werden kann.
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In einer Ausführungsart weist die Magneteinrichtung zwei Magnete auf, die voneinander beabstandet und über ein Jochstück derart miteinander verbindbar sind, insbesondere beim Schließen der Schutzeinrichtung derart miteinander verbindbar sind, dass ein Anteil des von dem einen Magneten hervorgerufenen magnetischen Flusses über das Jochstück auch durch den anderen Magneten fließt. Das Jochstück kann durch den Betätigen des Sicherheitsschalters gebildet sein oder mit dem Betätiger des Sicherheitsschalter mechanisch fest verbunden sein.
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Mindestens einer der Magnete weist einen ersten Abschnitt auf, über den die magnetischen Feldlinien aus dem Magnet austreten, und einen zweiten Abschnitt auf, über den die magnetischen Feldlinien in den Magnet wieder eintreten. Der Flächeninhalt des ersten Abschnitts unterscheidet sich dabei von dem Flächeninhalt des zweiten Abschnitts. Wenn beispielsweise der Magnet als Topfmagnet ausgebildet ist, kann eine der Flächen durch die Stirnseite eines Kernzapfens der Spule gebildet sein, und die andere Fläche kann durch die Stirnfläche eines Rings des Magneten gebildet sein. Der Unterschied in den Flächeninhalten der beiden Abschnitte kann mehr als 5%, insbesondere mehr als 10% und vorzugsweise mehr als 20% betragen. Dadurch fließt mindestens ein Teil des von dem Magneten hervorgerufenen magnetischen Flusses über das Jochstück.
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In einer Ausführungsart ist der Sensor in dem Jochstück angeordnet. Das Jochstück kann durch den Betätiger des Sicherheitsschalters gebildet sein oder mit dem Betätiger des Sicherheitsschalter mechanisch fest verbunden sein. Dadurch ergibt sich die Möglichkeit, dass der Sensor mit dem Lesekopf des Sicherheitsschalters auslesbar ist, insbesondere elektrisch kontaktlos auslesbar ist. Alternativ oder ergänzend kann der Sensor auch in einem Jochstück außerhalb des Betätigers angeordnet sein, beispielsweise in oder nahe einem als Ankerplatte ausgebildeten Jochstück, das beispielsweise auf einer dem Betätiger gegenüberliegenden Seite des Magneten angeordnet sein kann und mechanisch fest und/oder magnetisch leitend mit dem Magneten verbunden sein kann.
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Die vorliegende Erfindung betrifft auch eine Vorrichtung zum Überwachen des Zustandes einer Schutzeinrichtung einer Maschine, insbesondere einen Sicherheitsschalter zum Überwachen des geschlossenen Zustandes einer Schutztür oder dergleichen, mit einem Zuhaltesystem wie vorstehend oder nachfolgend beschrieben.
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In einer Ausführungsart weist die Vorrichtung einen Lesekopf und einen Betätiger auf, die beim Schließen der Schutzeinrichtung zusammenführbar sind und dadurch die Vorrichtung betätigen. Das Betätigen kann auch durch einen mechanisch codierten Betätiger erfolgen, der beispielsweise mit einem in einem Schalterkopf der Vorrichtung angeordneten Schaltrad zusammenwirkt und dadurch ein elektrisches Schaltelement betätigt. Alternativ oder ergänzend zu einem mechanisch codierten Betätiger können der Lesekopf und der Betätiger jeweils eine erste bzw. eine zweite Baugruppe mit elektrischen und/oder elektronischen Bauelementen aufweisen, die elektrisch kontaktlos in Wechselwirkung miteinander bringbar sind und dadurch die Vorrichtung betätigen.
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Die elektrisch kontaktlose Wechselwirkung zwischen Lesekopf und Betätiger kann mit allen aus dem Stand der Technik bekannten Verfahren realisiert werden, im einfachsten Fall durch eine Dämpfung elektromagnetischer Wellen, insbesondere eines elektromagnetischen Feldes. Alternativ dazu kann auch ein sogenanntes Transponder-System eingesetzt werden, bei dem zwischen Betätiger und Lesekopf elektrisch kontaktlos ein oder mehrere Identifikationssignale ausgetauscht werden.
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In einer Ausführungsart ist der Sensor des Zuhaltesystems in dem Betätiger der Vorrichtung angeordnet. Dadurch ist die Manipulationssicherheit des Zuhaltesystems erhöht, da nur mit einem ordnungsgemäßen Betätiger auch die ausreichend hohe Arretierungskraft signalisierbar ist.
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In einer Ausführungsart ist der Sensor des Zuhaltesystems Teil des Betätigers der Vorrichtung und von dem Lesekopf der Vorrichtung auslesbar. Alternativ oder ergänzend zu dem Sensor kann der Betätiger einen von dem Lesekopf der Vorrichtung elektrisch kontaktlos auslesbaren Transponder aufweisen, mit dem der geschlossene Zustand der Schutzeinrichtung detektierbar ist. So kann der Transponder beispielsweise den Zustand „Schutzeinrichtung geschlossen” signalisieren. Bei einem für die vorgebbare Arretierungskraft ausreichenden Magnetfluss kann der Sensor der Zuhalteeinrichtung den Zustand „Arretierungskraft ausreichend” signalisieren. Das jeweilige Signal wird dadurch repräsentiert, dass der Lesekopf der Vorrichtung mit der Spule des Transponders kommuniziert, insbesondere die dem Transponder zugeordnete Spule eine Resonanzfrequenz aufweist, die mit der Sendefrequenz des Lesekopfs übereinstimmt, und/oder dass der Sensor eine Induktivität mit einer Resonanzfrequenz aufweist, die mit der Sendefrequenz des Lesekopfs übereinstimmt. Die Resonanzfrequenzen des Transponders und des Sensors können dabei abhängig sein von dem die Arretierungskraft aufbringenden Magnetfluss, insbesondere kann in einer Ausführungsart abhängig von dem Magnetfluss jeweils nur eine der Spulen des Transponders und des Sensors eine Resonanzfrequenz aufweisen, die mit der Sendefrequenz des Lesekopfs übereinstimmt.
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In einer Ausführungsart weist der Transponder unterhalb des die vorgebbare Arretierungskraft bereitstellenden magnetischen Flusses eine Resonanzfrequenz auf, die ein Auslesen des Transponders durch den Lesekopf gewährleistet. Bei dem die vorgebbare Arretierungskraft bereitstellenden magnetischen Fluss weist der Sensor eine Resonanzfrequenz auf, die ein Auslesen des Sensors durch den Lesekopf gewährleistet.
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Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen sowie 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 Vorrichtung zum Überwachen des Zustandes einer Schutzeinrichtung einer Maschine,
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2 zeigt eine Ansicht auf einen Schnitt durch ein erstes Ausführungsbeispiel eines Zuhaltesystems, wenn die Schutzeinrichtung nicht vollständig geschlossen ist,
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3 zeigt den Zustand des Zuhaltesystems der 2, wenn die Schutzeinrichtung vollständig geschlossen ist,
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4 zeigt ein vereinfachtes Schaltbild eines Sensors des Zuhaltesystems,
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5 zeigt eine Ansicht auf einen Schnitt durch ein weiteres Ausführungsbeispiel eines Zuhaltesystems, wenn die Schutzeinrichtung vollständig geschlossen ist,
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6 zeigt eine perspektivische Ansicht eines weiteren Ausführungsbeispiels eines Zuhaltesystems, und
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7 zeigt eine Ansicht auf einen Schnitt durch das Zuhaltesystem der 6.
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Die 1 zeigt eine schematische Draufsicht auf eine Gesamtanordnung mit einer 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 Schutzeinrichtung 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 9 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.
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Die 2 zeigt eine Ansicht auf einen Schnitt durch ein erstes Ausführungsbeispiel eines Zuhaltesystems 10 für die Vorrichtung 1 zum Überwachen des Zustandes der Schutzeinrichtung 2 der Maschine 3, wenn die Schutzeinrichtung 2 nicht vollständig geschlossen ist.
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Das Zuhaltesystem 10 weist ein erstes Ausführungsbeispiel einer Magneteinrichtung 20 auf, durch die eine Magnetkraft bereitstellbar ist, mit welcher der Betätiger 8 arretierbar ist und dadurch die Schutzeinrichtung 2 zuhaltbar ist. Das Zuhaltesystem 20 weist einen Sensor 22 auf, der an oder nahe einem den magnetischen Fluss 26 gut leitenden Element 24 angeordnet ist und der das Erreichen einer vorgebbaren Arretierungskraft detektiert. Die Magneteinrichtung 20 weist einen topfförmigen Elektromagneten auf, bei dem eine Spule 14 um einen zentrischen Zapfen eines Grundkörpers 16 gewickelt ist. Beim Bestromen der Spule 14 wird ein magnetischer Fluss 26 erzeugt, der an der Stirnseite des zentrischen Zapfens austritt und über einen Luftweg an dem ringförmigen Rand des Grundkörpers 16 wieder eintritt, wobei der magnetische Fluss 26 über das an der gegenüberliegenden Stirnseite angeordnete Element 24 wieder in den zentrischen Zapfen eingeleitet wird und damit der magnetische Kreis geschlossen ist. Das Element 24 kann auch einstückig mit dem Grundkörper 16 ausgebildet sein.
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In dem in der 2 dargestellten Zustand, in dem der Betätiger 8 noch von dem Grundkörper 16 entfernt ist, mithin die Schutzeinrichtung 2 der Maschine 3 noch nicht geschlossen ist, ist der magnetische Fluss 26 aufgrund des Luftspaltes verhältnismäßig gering und es gilt B < B1, d. h. der magnetische Fluss 26 oder die magnetische Induktion B ist kleiner als ein Grenzwert B1, insbesondere ist der magnetische Fluss 26 in dem Element 24 im Bereich des Sensors 22 noch so klein, dass keine magnetischen Sättigungserscheinungen auftreten und demzufolge die magnetische Feldstärke 28 im Bereich des Sensors 22 gering ist, insbesondere die Feldstärke H kleiner als ein Grenzwert H1 ist; auch dieser Zustand kann von dem Sensor 22 signalisierbar sein.
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Der Sensor 22 ist in einer Aussparung 18 in dem Element 24 angeordnet. Durch die Aussparung 18 ist die Querschnittsfläche des Elements 24 im Bereich des Sensors 22 geringer als in einem daran anschließenden Abschnitt des Elements 24. Dadurch kommt es in dem Element 24 im Bereich des Sensors 22 zu einer Erhöhung der magnetischen Flussdichte, welche für die Sättigungserscheinungen verantwortlich ist.
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Die 3 zeigt den Zustand des Zuhaltesystems 10 der 2, wenn die Schutzeinrichtung 2 vollständig geschlossen ist und demzufolge der Betätiger 8 in Anlage an dem Grundkörper 16 des Magneten ist. Durch die Herabsetzung des magnetischen Widerstandes des Magnetkreises aufgrund der Verringerung des Luftspaltes erhöht sich der magnetische Fluss 26 auf einen Wert B > B1, wobei der Wert B1 des magnetischen Flusses 26 einen Grenzwert für die bereitgestellte Arretierungskraft repräsentiert, mit welcher der Betätiger 8 an dem Grundkörper 16 arretiert ist. Durch den erhöhten magnetischen Fluss treten in dem Element 24 im Bereich des Sensors 22 Sättigungserscheinungen auf, durch die der magnetische Widerstand des Elements 24 im Bereich des Sensors 22 erhöht ist. Dadurch tritt im Bereich des Sensors 22 eine magnetische Feldstärke H auf, die größer als ein vorgebbarer Grenzwert H1 ist. Diese erhöhte Feldstärke ist von dem Sensor 22 signalisierbar. Der Sensor 22 verfügt über Anschlussleitungen für die Energieversorgung und/oder die Signalleitung.
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Die 4 zeigt ein vereinfachtes Schaltbild eines weiteren Ausführungsbeispiels eines Sensors 122 des Zuhaltesystems 10. Der Sensor 122 weist einen Schwingkreis 30 mit einer Spule 32 und einer Kapazität 34 auf sowie einen Datenspeicher 36, in dem Daten elektronisch gespeichert sind. Der Sensor 122 ist elektrisch kontaktlos auslesbar, im Ausführungsbeispiel durch den Lesekopf 12 der Vorrichtung 1.
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Der Lesekopf 12 weist eine Sendespule 38 auf, die ein magnetisches Wechselfeld 42 mit einer vorgebbaren Frequenz von beispielsweise 125 kHz erzeugt. Das von der Sendespule 38 erzeugte magnetische Wechselfeld 42 durchdringt bei ausreichender Annäherung des Sensors 122 an den Lesekopf 12 auch die Spule 32 des Sensors 122.
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Wenn die Resonanzfrequenz des Schwingkreises 30 des Sensors 122 auf die Frequenz der Sendespule 38 des Lesekopfs 12 abgestimmt ist, können die Daten aus dem Datenspeicher 36 elektrisch kontaktlos von dem Sensor 122 auf den Lesekopf 12 übertragen werden oder von dem Lesekopf 12 ausgelesen werden. Die für den Betrieb des Sensors 122 erforderliche elektrische Energie kann von dem Sensor 122 aus dem von der Sendespule 38 erzeugten Wechselfeld 42 entnommen werden, insbesondere ist kein kontaktbehafteter elektrischer Anschluss des Sensors 122 erforderlich.
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Die Resonanzfrequenz des Schwingkreises 30 ist abhängig von der Induktivität der Spule 32, wobei die zugehörige Spule 32 im Ausführungsbeispiel einen Ferritkern 40 aufweist. Die von dem Magneten der Zuhalteeinrichtung 20 erzeugte magnetische Feldstärke 28 durchflutet die Spule 32 und insbesondere den Ferritkern 40. Da die magnetische Permeabilität μ des Ferritkerns 40 abhängig ist von der magnetischen Feldstärke 28, ist auch die Resonanzfrequenz des Schwingkreises 30 abhängig von der magnetischen Feldstärke 28. Dadurch verändert sich die Resonanzfrequenz des Schwingkreises 30, wenn die Magneteinrichtung 20 aktiviert wird, insbesondere wenn die magnetische Feldstärke 28 einen Wert H > H1 erreicht, der wiederum das Erreichen einer vorgebbaren Arretierungskraft repräsentiert.
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Durch eine geeignete Wahl der Bauteileparameter des Schwingkreises 30 ist der Schwingkreis 30 des Sensors 122 dann in Resonanz mit der Sendespule 38 des Lesekopfs 12, wenn die magnetische Feldstärke 28 im Bereich des Sensors 122 unterhalb eines Grenzwertes H1 liegt, mithin noch keine relevanten Sättigungserscheinungen in dem Element 24 der Magneteinrichtung 20 auftreten, und demgemäß die vorgebbare Arretierungskraft noch nicht erreicht ist. Alternativ oder ergänzend kann der Schwingkreis 30 des Sensors 122 dann in Resonanz mit der Sendespule 38 des Lesekopfs 12 sein, wenn die magnetische Feldstärke 28 über einem Grenzwert H1 liegt, mithin in dem Element 24 aufgrund des hohen magnetischen Flusses 26 relevante Sättigungserscheinungen auftreten, und demgemäß die vorgebbare Arretierungskraft erreicht ist.
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Die Resonanzfrequenz des Schwingkreises 30 des Sensors 122 ist ein Maß für die magnetische Feldstärke 28 im Bereich des Sensors 122, damit für die magnetische Induktion 26 und damit wiederum für die Arretierungskraft. Die Resonanzfrequenz des Schwingkreises 30 des Sensors 122 kann beispielsweise dadurch ermittelt werden, dass die Sendefrequenz der Sendespule 38 variiert wird, insbesondere gewobbelt wird, und jene Frequenz ermittelt wird, bei welcher der Sensor 122 in Resonanz schwingt. Auf diese Weise kann der Wert der Arretierungskraft ermittelt werden.
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Die 5 zeigt eine Ansicht auf einen Schnitt durch ein weiteres Ausführungsbeispiel eines Zuhaltesystems 110 mit einer Magneteinrichtung 120, bei der im Unterschied zum ersten Ausführungsbeispiel der 2 und 3 der Sensor 122 in einem Jochstück 44 der Magneteinrichtung 120 angeordnet ist und mit einem Lesekopf 12 zusammenwirkt, beispielsweise wie im Zusammenhang mit der 4 beschrieben. Das Jochstück 44 kann dabei durch den Betätiger 8 der Vorrichtung 1 gebildet sein oder das Jochstück 44 kann mit dem Betätiger 8 eine Baueinheit bilden.
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Die 6 zeigt eine perspektivische Ansicht eines weiteren Ausführungsbeispiels eines Zuhaltesystems 210 mit einer Magneteinrichtung 220, die zwei topfförmige Elektromagneten 46, 48 aufweist, die auf ihrem dem Jochstück 44 gegenüberliegenden Ende über eine den magnetischen Fluss gut leitende Ankerplatte 50 magnetisch miteinander verbunden sind und zwischen denen der Lesekopf 12 einer zugehörigen Vorrichtung 1 zum Überwachen des Zustandes der Schutzeinrichtung 2 angeordnet ist. Beide Magnete 46, 48 sind im Ausführungsbeispiel identisch aufgebaut und weisen auf ihrem dem Jochstück 44 zugewandten stirnseitigen Ende jeweils eine innere, vorzugsweise kreisförmige Stirnfläche 52 und eine äußere, vorzugsweise ringförmige und insbesondere kreisringförmige Stirnfläche 54 auf. Auf die Stirnflächen 52, 54 der beiden Elektromagneten 46, 48 kann das Jochstück 44 aufgelegt werden und dadurch der magnetische Kreis geschlossen werden. Das Jochstück 44 bildet gleichzeitig den Betätiger 8 der Vorrichtung 1.
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Etwa mittig in dem Jochstück 44 ist mindestens eine Aussparung 118 angeordnet, die einerseits eine lokale Reduktion der Querschnittsfläche des Jochstücks 44 bewirkt und andererseits der Aufnahme des Sensors 22 dient. Im zusammengeführten Zustand liegt die Aussparung 118 dem Lesekopf 12 gegenüber.
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Im Ausführungsbeispiel nimmt die Aussparung 118 sowohl einen Sensor 22 auf, mit dem das Erreichen der vorgebbaren Arretierungskraft signalisierbar ist, als auch einen Transponder, der ebenfalls mit dem Lesekopf 12 zusammenwirken kann und im nicht aktivierten Zustand der Magneteinrichtung 220 die Anwesenheit des Betätigers 8 signalisiert und damit den geschlossenen Zustand der Schutzeinrichtung 2. Die Funktionsweise des Transponders der Vorrichtung 1 kann dabei der im Zusammenhang mit der 4 beschriebenen Funktionsweise des Sensors 22 entsprechen. Der Transponder kann ebenfalls eine Induktivität mit einem Ferritkern aufweisen. Der Schwingkreis des Transponders kann nur dann eine Resonanzfrequenz aufweisen, die einen Signalaustausch mit dem Lesekopf 12 erlaubt, wenn die magnetische Feldstärke im Bereich des Transponders noch nicht den Wert erreicht hat, der das Erreichen einer vorgebbaren Arretierungskraft repräsentiert. Dementsprechend kann im geschlossenen Zustand der Schutzeinrichtung, mithin bei Annäherung des Betätigers 8 an den Lesekopf 12, der Lesekopf 12 beispielsweise eine in einem Datenspeicher des Transponders gespeicherte Codierung auslesen, solange die vorgebbare Arretierungskraft noch nicht erreicht ist, insbesondere solange die Magneteinrichtung 220 noch nicht aktiviert ist. Bei Erreichen der vorgebbaren Arretierungskraft ist die magnetische Feldstärke 28 im Bereich des Transponders und damit auch im Bereich des Sensors 22 so groß, dass der Schwingkreis des Transponders nicht mehr in Resonanz mit der Sendespule 38 des Lesekopfs 12 ist, insbesondere kein Signalaustausch mit dem Transponder möglich ist, dafür dann aber ein Signalaustausch mit dem Sensor 22.
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Die 7 zeigt eine Ansicht auf einen Schnitt durch das Zuhaltesystem 210 der 6. Durch die Wahl des Flächeninhalts der inneren Stirnfläche 52 im Verhältnis zum Flächeninhalt der äußeren Stirnfläche 54, insbesondere wenn die Flächeninhalte der beiden Stirnflächen 52, 54 nicht übereinstimmen, fließt ein relevanter Teil 126 des magnetischen Flusses 26 über das Jochstück 44 von dem ersten Magneten 46 zu dem zweiten Magneten 48 und damit über den Abschnitt des Jochstücks 44, in dem der Sensor 22 des Zuhaltesystems 20 und/oder der Transponder des Betätigers 8 der Vorrichtung 1 angeordnet sind. Bei Erreichen der vorgebbaren Arretierungskraft, die durch einen ausreichend hohen magnetischen Fluss 126 repräsentiert ist, kommt es in dem Abschnitt des Jochstücks 44, an oder nahe dem der Sensor 22 angeordnet ist, zu den magnetischen Sättigungserscheinungen, in deren Folge der Sensor 22 eine magnetische Feldstärke 28 erfährt, durch welche die Resonanzfrequenz des Sensors 22 infolge von Sättigungserscheinungen des Ferritkerns 40 der Spule 32 auf die Sendefrequenz der Sendespule 38 jedenfalls insoweit abgestimmt ist, so dass ein Signalaustausch zwischen Sensor 22 und Lesekopf 12 möglich ist.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- EP 0801801 B1 [0002]
- DE 19711588 A1 [0004]
- DE 10146828 A1 [0005]
- DE 10216225 A1 [0006]
