DE102012018080A1

DE102012018080A1 - Elektromechanische Zuhaltung mit Überlastschutz

Info

Publication number: DE102012018080A1
Application number: DE201210018080
Authority: DE
Inventors: Frank Arthur Aartsen; Lothar Hug
Original assignee: DOLD VERTRIEBSGESELLSCHAFT MBH; DOLD VERTRIEBSGMBH
Current assignee: DOLD VERTRIEBSGESELLSCHAFT MBH; DOLD VERTRIEBSGMBH
Priority date: 2012-09-13
Filing date: 2012-09-13
Publication date: 2014-03-13

Abstract

Die Erfindung betrifft eine elektromechanische Zuhaltung (1) mit Überlastschutz aus mindestens einem mechanischen Teil, zum Beispiel in Form eines separaten Moduls (2) mit entnehmbarem Betätiger (3) oder Schlüssel und einem Schalterteil mit Verriegelungsfunktion sowie dem zugehörigen Verriegelungsmechanismus (9), wobei mindestens ein Teil des Verriegelungsmechanismuses beweglich gelagert ist und die Stellungen 1 und 2 einnehmen kann, wobei die Stellung 2 nur möglich ist, wenn am Zuhaltemechanismus ein Freigabesignal anliegt und der Verriegelungsmechanismus das bewegliche Teil in seinem Freiheitsgrad nicht mehr blockiert. Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass das Verriegelungsbauteil (21') nachgiebig, vorzugsweise federnd ausgeführt ist, bei Überlastung nicht zerstört wird und dadurch in die ursprüngliche Lage zurückgesetzt werden kann.

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine elektromechanische Verriegelung mit Zuhaltefunktion, wie sie beispielsweise in Kombination mit trennenden Schutzeinrichtungen eingesetzt werden. Dabei geht es u. a. um die Sicherstellung eines vorgeschriebenen Verfahrensablaufes beim Zugang zu gefährlichen Anlagen. Ein derartiges System ist in der DE 10 2006 006 949 beschrieben. Nachteilig bei diesem bekannten System ist das Verhalten bei Überbelastung, wobei das System irreversibel beschädigt wird. Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es ein resetbares System zu entwickeln, welches bei Überbelastung nicht zerstört wird und dessen Funktionsstellung elektrisch abfragbar ist. Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch ein oder mehrere bewegliche, vorzugsweise federnde Elemente gelöst.
Stand der Technik
Elektromechanische Zuhaltungen werden an trennenden Schutzeinrichtungen von Maschinen und Anlagen eingesetzt. Sie dienen dem Schutz von Personen, Maschinen und Güter. Sie müssen so mit der Maschinensteuerung verbunden sein, dass die Maschine oder Anlage nur bei geschlossenem und verriegeltem Zugang gestartet werden kann bzw. dass der Zugang erst nach Beseitigung aller Gefahrenquellen freigegeben wird. Eine bekannte Lösung ist in dem Patent DE 34 30 090 (A1) beschrieben.
Das Schutzniveau einer Schutzeinrichtung wird durch die vorgesehene Anwendung bestimmt. Dabei sind vorhersehbare Fehlbedienungen und Beanspruchungen über die Belastungsgrenze hinaus zu berücksichtigen. Überbelastungen können z. B. durch gewaltsame Einwirkungen auf das System entstehen. Nach dem derzeitigen Stand der Technik kann die Zerstörung elektromechanischer Zuhaltungen aufgrund von Überbelastung nur mit Hilfe eines oder mehrerer zusätzlichen, separaten Positionsschalter(s) entdeckt werden. Üblicherweise werden dabei die, in der Zuhaltung integrierten Schaltelemente ebenfalls beschädigt. Der (die) redundant installierte(n) Positionsschalter würde(n) dann im Falle einer beschädigten Zuhaltung das Öffnen einer trennenden Schutzeinrichtung signalisieren. Gleichzeitig kann durch die Auswertung der unterschiedlichen Kontaktstellungen von Zuhaltung und Positionsschalter eine beschädigte Zuhaltung dedektiert werden.
Nachteilig an diesen bekannten Lösungen ist der Bedarf eines zusätzlichen Positionsschalters sowie die Zerstörung der Zuhaltung bei Überbelastung. Dies führte zur Entwicklung von elektromagnetischen Zuhaltungen mit integriertem Transponder (RFID), wie z. B. im Patent DE 10 2010 034 472 beschrieben. Systeme dieser Bauart werden bei Belastungen über die zulässigen Grenzen hinaus nicht zerstört und bleiben weiterhin funktionsfähig. Ein zusätzlicher Positionsschalter ist nicht erforderlich. Nachteilig an diesen Systemen sind die sehr hohen Magnetfelder. Sie verursachen u. a. die Ansammlung von magnetischen Schmutzteilchen (z. B. Eisenspäne), was Funktionsstörungen verursachen kann. Die starken Magnetfelder können auch Auswirkungen auf elektronische Bauelemente haben. Ebenfalls können von diesen Magnetfeldern Gesundheitsgefahren (z. B. für Menschen mit Herzschrittmacher) ausgehen. Ein weiterer Nachteil sind die hohen Kosten für Systeme der genannten Art.
Die Erfindung
Wird bei einer Funktionseinheit, bestehend aus einem Zuhalteteil z. B. in Form eines Zuhaltemodul 1 und eines Betätigerteils z. B. in Form eines Betätigermodul 2 (1) der Betätiger 3 herausgezogen, wird dabei die Hauptachse 4 des Betätigermoduls 2 in Drehung versetzt. Aufgrund einer formschlüssigen Verbindung 5 zwischen der Hauptachse 4 des Betätigermoduls 2 und der Schaltachse 6 des Zuhaltemoduls 1 wird diese Drehbewegung auf die Schaltachse 6 des Zuhaltemoduls 1 übertragen (3). Bei vollständig gestecktem Betätiger 3 erreicht die Schaltachse 6 die linke Endposition 7 und bei vollständig entnommenem Betätiger erreicht die Schaltachse eine rechte Endposition 8. Im Verriegelungsfall (2) wird die Drehbewegung der Schaltachse 6 durch den Verriegelungsmechanismus 9 verhindert. Die Schaltachse 6 wird von einer Schaltachsenfixierung 10 in Position gehalten. In der Schaltachsenfixierung 10 sind zwei gegenüberliegende Kugelfreisparungen 11 und 12 enthalten (5). In der Schaltachse 6 ist eine Sacklochbohrung 13 in der Längsrichtung und zwei Querbohrungen 14 und 15 enthalten (6). Die Querbohrungen 14 und 15 nehmen jeweils eine Kugel 16 auf (5). Ein abgestufter Stößel 17 bewegt sich in der Sacklochbohrung zwischen den zwei Stößelpositionen 18 und 19 (4). In der ersten Stößelposition 18 können sich die Kugeln 16 in den Querbohrungen 14 und 15 der Schaltachse 6 in Richtung Zentrum bewegen (5). In diesem Zustand ist die Schaltachse 6 drehbar. Wird der Stößel 17 in die zweite Stößelposition 19 bewegt (8), werden gleichzeitig die Kugeln 16 nach außen gedrückt. Stimmt die Stellung der Querbohrungen 14 und 15 mit den Kugelfreisparungen 11 und 12 überein, greifen die Kugeln 16, in dieser Stellung, in die Kugelfreisparungen 11 und 12 ein und verriegeln damit die Schaltachse 6 (7). Wie in der Patentschrift DE 10 2006 006 949 beschrieben, blockiert dieses System die Funktion des Betätigermoduls 2. Zum Lösen der Verriegelung muss der Stößel 17 z. B. mit Hilfe eines Elektromagneten wieder in die erste Stößelposition 18 bewegt werden. Dadurch können sich die Kugeln 16 in den Querbohrungen 14 und 15 wieder in Richtung Zentrum bewegen und greifen dann nicht mehr in die Kugelfreisparung 11 und 12 der Schaltachsenfixierung 10 ein. In diesem Zustand ist die Schaltachse 6 wieder drehbar. Damit ist auch das über dem Zuhaltemodul 1 montierte Betätigermodul 2 nicht mehr blockiert und der Betätiger 3 kann je nach Ausführung des Betätigermoduls 2 gesteckt bzw. gezogen werden.
Bei gestecktem Betätiger 3 und im verriegelten Zustand des Zuhaltemoduls 2 und unter Einwirkung einer hohen Zugkraft F auf den Betätiger 3 kann es zur Überlastung der Funktionseinheit 20 kommen. Dabei können Einzelteile derart zerstört werden, dass der Betätiger 3 trotz blockierter Hauptachse 4 aus dem Betätigermodul 2 herausgezogen werden kann. Dieser Zustand könnte vom bisher beschriebenen System nur mit Hilfe eines zusätzlichen Positionsschalters erkannt werden.
Erfindungsgemäß wird dieser Nachteil dadurch behoben, dass die Schaltachsenfixierung nachgiebig, vorzugsweise als federnde Schaltachsenfixierung 21, 21' ausgeführt wird. Im verriegelten Zustand des Verriegelungsmechanismuses 9 und unter Einwirkung einer unzulässig hohen Zugkraft F auf den Betätiger 3 wird im Betätigermodul 2 die Zugkraft F in ein Drehmoment M_d umgewandelt. Dabei überträgt die Hauptachse 4 das Drehmoment M_d auf die Schaltachse 6. Bei verriegelter Schaltachse 6 wird die Drehbewegung durch das Eingreifen der Kugeln 16 in die Kugelfreisparungen 22 und 23 der Schaltachsenfixierung 21 verhindert. Bei Überschreitung des zulässigen Drehmomentes M_d im verriegelten Zustand drücken die Kugeln derart auf die Wände 24 und 25 der Kugelfreisparungen 22 und 23 in der Schaltachsenfixierung 21, dass diese erfindungsgemäß nachgibt, ohne dass dabei ein Bauteil zerstört wird (9). Dadurch können sich die Kugeln 16 aus den Kugelfreisparungen 22 und 23 der Schaltachsenfixierung 21 herausdrehen. Auf diese Weise wird die Verriegelung aufgehoben und die Schaltachse 6 kann sich im Bereich des vorgesehenen Arbeitswinkels drehen (10).
Die Schaltachse 6 ist mit einem oder mehreren Betätigungselementen 26 und 27 versehen, die auf die Schaltelemente 28 wirken (3). Eine Drehbewegung der Schaltachse 6 verursacht somit auch eine Kontaktstellungsänderung der Schaltelemente 28, die zur Überwachung der Schaltachsenstellung genutzt werden kann.
Eine weitere Ausgestaltung des Systems ist in den 13 bis 15 dargestellt. Dabei sind das Betätigerteil 29 und das Zuhalteteil 30 statt über eine oder mehrere drehbare Schaltachse(n), über einen oder mehrere in Längsrichtung verschiebbare(n) Betätigungsstößel 31 verbunden, wobei der bzw. die Betätigungsstößel direkt auf Schaltkontakte 32 wirkt. Je nach Stellung des Zuhalteteiles 30 ist der bzw. sind die Betätigungsstößel 31 blockiert (13) oder freigegeben (14). Bei Überbelastung (15) auf ein verriegeltes System z. B. durch Einwirkung einer unzulässig hohen Zugkraft F' auf den Betätiger 33 gibt das oder die erfindungsgemäße Verriegelungselement(e) 34 nach, ohne dabei beschädigt zu werden. Das Herausziehen des Betätigers 33 verursacht eine Änderung der Betätigerstößelposition 31 und damit auch eine Änderung der Schaltkontakte 32.
Bezugszeichenliste

1: Zuhaltemodul
2: Betätigermodul
3: Betätiger
4: Hauptachse (des Betätigermoduls)
5: formschlüssige Verbindung (zwischen Haupt- und Schaltachse)
6: Schaltachse (des Zuhaltemoduls)
7: Endposition 1
8: Endposition 2
9: Verriegelungsmechanismus
10: Schaltachsenfixierung
11: Kugelfreisparung 1
12: Kugelfreisparung 2
13: Sacklochbohrung (in der Schaltachse)
14: Querbohrung 1 (in der Schaltachse)
15: Querbohrung 2 (in der Schaltachse)
16: Kugel
17: Stößel (abgestuft)
18: Stößelposition (entriegelt)
19: Stößelposition (verriegelt)
20: Funktionseinheit
20': Deckel
21: Schaltachsenfixierung nachgiebig (vorzugsweise federnd)
21': Paket bestehend aus mehreren Schaltachsenfixierungen 21
22, 23: Kugelfreisparungen (der Schaltachsenfixierung 21)
24, 25: Wand der Kugelfreisparungen 22, 23
26, 27: Betätigungselement
28: Schaltelement
29: Betätigungsteil
30: Zuhalteteil
31: Betätigungsstößel
32: Schaltkontakt
33: Betätiger
34: Verriegelungselement (nachgiebig)
35: Kurvenscheibe, drehgelagert
F, F': Zugkraft
M_d: Drehmoment

Zeichnungen
1 schematische Zeichnung einer elektromechanischen Zuhaltung, bestehend aus einem Zuhaltemodul und einem Betätigermodul, dargestellt im entriegelten Zustand, ohne Deckel
2 schematische Zeichnung einer elektromechanischen Zuhaltung, bestehend aus einem Zuhaltemodul und einem Betätigermodul, dargestellt im verriegelten Zustand
3 schematische Zeichnung einer elektromechanischen Zuhaltung, bestehend aus einem Zuhaltemodul und einem Betätigermodul, dargestellt im entriegelten Zustand und ohne Gehäusebauteile
4 Teil-Längsschnitt einer elektromechanischen Zuhaltung bestehend aus einem Zuhaltemodul und einem Betätigermodul, dargestellt im entriegelten Zustand
5 abgesetzter Querschnitt durch den Verriegelungsmechanismus, dargestellt im entriegelten Zustand
6 Querschnitt der Schaltachse im Bereich der Querbohrungen
7 Querschnitt durch den Verriegelungsmechanismus, dargestellt im verriegelten Zustand
8 Teil-Längsschnitt einer elektromechanischen Zuhaltung bestehend aus einem Zuhaltemodul und einem Betätigermodul, dargestellt im verriegelten Zustand mit Deckel
9 Teil-Längsschnitt einer elektromechanischen Zuhaltung mit Überlastschutz bestehend aus einer Zuhaltung und einem Betätigermodul, dargestellt im Überlastzustand (Betätiger gezogen trotz verriegeltem Zustand), ohne Deckel
10 Querschnitt durch den Verriegelungsmechanismaus mit Überlastschutz, dargestellt im überlasteten Zustand, mit herausgezogenem Betätiger
11 Schaltachsenfixierung, nachgiebig
12 Paket bestehend aus mehreren Schaltachsenfixierungen, beispielhaft dargestellt mit 4 nachgiebigen Schaltachsenfixierungen
13 Prinzipielle Darstellung einer weiteren Ausführungform der erfindungsgemäßen Lösung (Stößelprinzip), dargestellt im verriegelten Zustand, Betätiger dargestellt mit Ausbruch
14 Prinzipielle Darstellung einer weiteren Ausführungform der erfindungsgemäßen Lösung (Stößelprinzip), dargestellt im entriegelten Zustand
15 Prinzipielle Darstellung einer weiteren Ausführungform der erfindungsgemäßen Lösung (Stößelprinzip), dargestellt im Überlastfall
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

DE 102006006949 [0001, 0005]
DE 3430090 A1 [0002]
DE 102010034472 [0004]

Claims

Elektromechanische Zuhaltung mit Überlastschutz bestehend aus mindestens einem mechanischen Teil, z. B. in Form eines separaten Moduls mit entnehmbarem Betätiger oder Schlüssel und einem Schalterteil z. B. in Form eines separaten Schaltermoduls, mit Verriegelungsfunktion sowie dazugehörigem Verriegelungsmechanismus, wobei mindestens ein Bauteil des Verriegelungsmechanismuses beweglich gelagert ist und die Stellungen 1 und 2 einnehmen kann und die Stellung 2 nur möglich ist, wenn am Zuhaltemechanismus ein Freigabesignal anliegt und der Verriegelungsmechanismus das bewegliche Teil in seinem Freiheitsgrad nicht mehr blockiert, dadurch gekennzeichnet, dass das Verriegelungsbauteil nachgiebig, vorzugsweise federnd ausgeführt ist.
Elektromechanische Zuhaltung mit Überlastschutz nach Anspruch 1, wobei das federnd ausgeführte Verriegelungsteil bei unzulässig hoher Kraft- oder Drehmomenteinwirkung auf das bewegliche Teil die Verriegelung freigibt und sich das bewegliche Bauteil von Stellung 1 in Stellung 2 bewegen kann.
Elektromechanische Zuhaltung mit Überlastschutz nach den Ansprüchen 1 und 2, wobei das bewegliche Bauteil des Verriegelungsmechanismuses direkt auf mindestens einen Schaltkontakt wirkt.
Elektromechanische Zuhaltung mit Überlastschutz nach Ansprüchen 1 und 2, wobei mindestens ein Teil des Verriegelungsmechanismuses beweglich gestaltet ist.
Elektromagnetische Zuhaltung mit Überlastschutz nach den Ansprüchen 1 bis 4, wobei das nachgiebige oder bewegliche Verriegelungsbauteil aus einem oder mehreren Einzelteilen, z. B. in Form eines Blechpaketes, aufgebaut ist.
Elektromechanische Zuhaltung mit Überlastschutz nach Anspruch 5, wobei die Einzelteile des nachgiebigen oder beweglichen Verrieglungsbauteiles konstruktiv unterschiedlich gestaltet sein können.
Elektromechanische Zuhaltung mit Überlastschutz nach den Ansprüchen 3 und 4, wobei mindestens ein Schaltkontakt zur Überwachung der Position des beweglichen Teils verwendet wird.
Elektromechanische Zuhaltung mit Überlastschutz nach Ansprüchen 1 und 2, wobei mindestens ein Teil statt nachgiebig, mit einer Sollbruchstelle ausgeführt ist.
Elektromechanische Zuhaltung mit Überlastschutz nach den Ansprüchen 1 bis 7, wobei das, durch unzulässig große Kraft- bzw. Drehmomenteinwirkung in Stellung 2 bewegte bewegliche Bauteil wieder in die Ausgangsstellung 1 zurückbewegt werden kann.
Elektromechanische Zuhaltung mit Überlastschutz nach Anspruch 9, wobei die Verriegelungsfunktion nach dem Zurückbewegen des beweglichen Bauteils wieder vollständig hergestellt ist.