-
Die vorliegende Erfindung betrifft einen Betätiger eines Sicherheitsschalters zum Detektieren und Arretieren eines vorgebbaren Zustandes einer Einrichtung, insbesondere zum Detektieren und Arretieren des geschlossenen Zustandes einer Schutzeinrichtung einer Maschine oder dergleichen, sowie einen Sicherheitsschalter mit einem solchen Betätiger.
-
Sicherheitsschalter werden beispielsweise zum Überwachen des Zustandes einer Schutzeinrichtung einer Maschine eingesetzt, etwa zum Überwachen des geschlossenen Zustandes einer Schutztür eines Schutzraumes für eine Werkzeugmaschine oder einen Industrieroboter. Im geschlossenen Zustand der Schutzeinrichtung kann der Sicherheitsschalter ein Freigabesignal für den Betrieb der Maschine bereitstellen. Beim Öffnen der Schutzeinrichtung unterbricht der Sicherheitsschalter zwangsgeführt, beispielsweise mittels eines durch Formschluss zu betätigenden elektrischen Kontaktpaares oder mittels eines elektronischen Schaltelements, einen oder mehrere Stromkreise. Das Freigabesignal wird daraufhin nicht mehr bereitgestellt. Die zugehörige Maschine kann daraufhin in einen sicheren Betriebszustand überführt werden, beispielsweise abgeschaltet werden, oder das Einschalten der Maschine kann verhindert werden.
-
In einigen Anwendungsfällen ist es erforderlich, dass der geschlossene Zustand der Schutzeinrichtung lösbar arretierbar ist, beispielsweise wenn in einem Betriebszustand der Maschine verhindert werden soll, dass die Schutzeinrichtung geöffnet werden kann; erst nach Stillstand der Maschine wird die Arretierung aufgehoben und die Schutzeinrichtung kann geöffnet werden.
-
Bei Sicherheitsschaltern mit mechanischen Betätigern erfolgt eine solche Arretierung oder Zuhaltung durch Arretieren des mechanischen Betätigers in seinem in einen Schalterkopf des Sicherheitsschalters eingeführten Zustand, wie aus der
DE 43 28 297 C1 bekannt.
-
Aus der
WO 98/43351 A1 ist ein Sicherheitsschalter bekannt mit einem Betätiger, der eine Induktivität für einen kontaktlosen Signalaustausch mit dem Sicherheitsschalter, insbesondere mit einem Lesekopf des Sicherheitsschalters, aufweist.
-
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Betätiger für einen Sicherheitsschalter und einen zugehörigen Sicherheitsschalter bereitzustellen, die weiter verbesserte Gebrauchseigenschaften aufweisen. In einer Ausführungsart soll die ohnehin schon hohe Betriebssicherheit des Sicherheitsschalters weiter erhöht werden. Insbesondere soll zuverlässig ausgeschlossen werden, dass der Sicherheitsschalter beispielsweise aufgrund des Ausfalls elektronischer Bauteile oder aufgrund von Manipulationsversuchen die Anwesenheit oder Arretierung des Betätigers und damit beispielsweise den geschlossenen und arretierten Zustand einer Schutzeinrichtung einer Maschine signalisiert, obgleich der Betätiger nicht ordnungsgemäß an dem Sicherheitsschalter positioniert bzw. arretiert ist.
-
Der Betätiger und/oder der Zuhaltemechanismus sollen dabei eine möglichst kompakte Bauform aufweisen.
-
Die Aufgabe ist durch den im Anspruch 1 bestimmten Betätiger und durch den im nebengeordneten Anspruch bestimmten Sicherheitsschalter gelöst. Besondere Ausführungsarten der Erfindung sind in den Unteransprüchen und der nachfolgenden Beschreibung bestimmt.
-
In einer Ausführungsart betrifft die Erfindung einen Betätiger eines Sicherheitsschalters zum Detektieren und Arretieren eines vorgebbaren Zustandes einer Einrichtung, insbesondere zum Detektieren und Arretieren des geschlossenen Zustandes einer Schutzeinrichtung einer Maschine oder dergleichen. Der Betätiger weist eine Induktivität zum kontaktlosen Signalaustausch mit einer Leseinduktivität des Sicherheitsschalters auf, die beispielsweise in einem Lesekopf des Sicherheitsschalters angeordnet sein kann. An die Induktivität kann eine Abstimmkapazität und/oder ein Transponderchip angeschlossen sein, der auch eine eindeutige Identifizierung des Betätigers ermöglichen kann. Die Leseinduktivität kann auch als Lese-/Schreibinduktivität und/oder als Energieversorgungsinduktivität für die elektrische Energieversorgung des Betätigers ausgebildet sein.
-
Der Betätiger weist eine Sperrflanke auf, an welche ein Sperrelement des Sicherheitsschalters in sperrende Anlage bringbar ist und dadurch der Betätiger an dem Sicherheitsschalter arretierbar ist. Die Induktivität weist mindestens eine sich um die Sperrflanke oder um eine die Sperrflanke bildende Aussparung oder Bohrung in dem Betätiger herum erstreckende Windung auf, derart, dass in den dem Betätiger an dem Sicherheitsschalter arretierenden Zustand die mindestens eine Windung sich um das Sperrelement oder um eine Verlängerung des Sperrelements herum erstreckt. Die Induktivität kann insbesondere durch eine mehrere Windungen aufweisende Spule gebildet sein, wobei die Spule sich mit mehreren oder allen Windungen um die Sperrflanke herum erstrecken kann. Die Aussparung oder Bohrung in dem Betätiger kann beispielsweise durch ein Langloch gebildet sein. Die Sperrflanke kann beispielsweise durch den Rand einer Aussparung, Bohrung oder Nut gebildet sein. Insbesondere kann die Sperrflanke zentrisch innerhalb der sie umschließenden Windung angeordnet sein. In dem den Betätiger arretierenden Zustand kann das Sperrelement durch die Windung hindurch greifen oder sich der Windung vorzugsweise zentrisch so annähern, dass sich die Windung der Induktivität jedenfalls um eine gedachte Verlängerung des Sperrelements herum erstreckt, und dass vorzugsweise durch einen Formschluss des Sperrelements mit der Sperrflanke eine sichere Arretierung gewährleistet ist und dabei eine sichere Signalübertragung gewährleistet ist.
-
In einer Ausführungsart ist eine die Sperrflanke bildende Aussparung oder Bohrung zentrisch innerhalb der mindestens einen Windung der Induktivität angeordnet. Die Aussparung oder Bohrung kann grundsätzlich zylindrisch sein mit einer ausreichenden Größe für den Eintritt des Sperrelements. Die Aussparung oder Bohrung kann eine oblonge oder rechteckförmige Kontur aufweisen, so dass auch nach dem Eintritt des Sperrelements in die Aussparung oder Bohrung noch eine Verschiebbarkeit des Betätigers in dem Schalterelement des Sicherheitsschalters, insbesondere in einem Schalterkopf, möglich ist, und der Betätiger dennoch zuverlässig arretierbar ist.
-
In einer Ausführungsart weist der Betätiger eine Sollbruchstelle auf, die zwischen einem Befestigungsabschnitt und einem die Sperrflanke aufweisenden Sperrflankenabschnitt des Betätigers angeordnet ist. In dem am Sicherheitsschalter arretierten Zustand des Betätigers kann beim Auftreten einer überhöhten Zugkraft der Sperrflankenabschnitt von dem Befestigungsabschnitt an der Sollbruchstelle abtrennbar sein. Die Sollbruchstelle kann insbesondere durch eine lokale Materialausdünnung des die Sollbruchstelle bildenden Abschnitts des Betätigers gebildet sein. Der beispielsweise zungenförmige Betätiger kann auch zu beiden Seiten der die Sperrflanke bildenden Aussparung oder Bohrung eine Sollbruchstelle aufweisen. Die für das Abtrennen des Sperrflankenabschnitts an der Sollbruchstelle erforderliche Kraft wird vorzugsweise so gewählt, dass dadurch noch keine mechanische Beschädigung des Sicherheitsschalters, beispielsweise des Sperrelements, auftritt. Dadurch wird durch die überhöhte Zugkraft nur der Betätiger beschädigt und muss ausgetauscht werden, während der Sicherheitsschalter unbeschädigt bleibt und weiter verwendet werden kann.
-
In einer Ausführungsart ist ein erster Teil von für den Signalaustausch mit dem Sicherheitsschalter erforderlichen elektrischen Bauelementen des Betätigers mit dem Sperrflankenabschnitt verbunden. Ein zweiter Teil der für den Signalaustausch mit dem Sicherheitsschalter erforderlichen Bauelemente des Betätigers ist mit dem Befestigungsabschnitt verbunden. Beim Auftreten der überhöhten Zugkraft ist eine elektrische Verbindung der beiden Teile der für den Signalaustausch erforderlichen elektrischen Bauelemente trennbar, wodurch der Signalaustausch unterbrochen wird. Dadurch kann ein Bruch des Betätigers zuverlässig elektrisch detektiert werden, insbesondere registriert der Sicherheitsschalter unverzüglich einen damit einher gehenden gefährlichen Betriebszustand.
-
Die Verbindung der elektrischen Bauelemente mit dem Sperrflankenabschnitt einerseits und dem Befestigungsabschnitt andererseits kann über entsprechende Platinen oder Platinenabschnitte erfolgen, die ihrerseits beim Auftreten der überhöhten Zugkraft brechen und dadurch die elektrische Verbindung unterbrechen, vorzugsweise vor einem Abtrennen des Sperrflankenabschnitts von dem Befestigungsabschnitt. Die Induktivität des Betätigers kann beispielsweise mit dem Sperrflankenabschnitt verbunden sein, insbesondere kann im arretierten Zustand das Sperrelement des Sicherheitsschalters in die Windung der Induktivität eingreifen, so dass beim Auftreten einer überhöhten Zugkraft die Anschlussleitung der Induktivität unterbrochen wird und/oder die Induktivität insgesamt aufgebrochen wird.
-
In einer Ausführungsart ist die Sollbruchstelle des Betätigers vor dem Abtrennen des Sperrflankenabschnitts von dem Befestigungsabschnitt dehnbar, einschließlich einer plastischen Dehnung. Die elektrische Verbindung der beiden Teile der für den Signalaustausch mit dem Sicherheitsschalter erforderlichen Bauelemente ist dabei bereits trennbar, solange der Sperrflankenabschnitt noch nicht von dem Befestigungsabschnitt abgetrennt ist. Dies kann beispielsweise dadurch bereitgestellt werden, dass die Unterbrechung der elektrischen Verbindung durch den Bruch einer beispielsweise spröden Platine, durch das Reißen einer Verbindungsleitung oder durch das Abscheren eines elektrischen Bauelements von der Platine bereitgestellt wird, während die Sollbruchstelle einen vergleichsweise großen plastischen Dehnbereich aufweist in Folge der entsprechenden duktilen Eigenschaften des vorzugsweise metallischen Werkstoffes des Betätigers. Dadurch wird erreicht, dass die Zuhaltung noch aktiv ist, insbesondere der Betätiger noch am Sicherheitsschalter arretiert ist, die Steuerung aber bereits aufgrund der Unterbrechung der elektrischen Verbindung einen Störfall erkennen kann.
-
In einer Ausführungsart weist eine Platine, auf der mindestens ein Teil der für den Signalaustausch mit dem Sicherheitsschalter erforderlichen elektrischen Bauelemente angeordnet ist, einen Ankerabschnitt auf, der durch Formschluss mit dem Befestigungsabschnitt des Betätigers bewegungsgekoppelt ist. Beispielsweise kann ein solcher Ankerabschnitt in eine Öffnung im Befestigungsabschnitt eingesetzt sein, die ihrerseits einen von dem Ankerabschnitt ausfüllbaren Hinterschnitt aufweist. Vorzugsweise vor dem Abtrennen des Sperrflankenabschnitts von dem Befestigungsabschnitt bricht die Platine an dem Übergangsabschnitt zu dem Ankerabschnitt. Dabei wird die elektrische Verbindung unterbrochen.
-
In einer Ausführungsart weist der Betätiger mindestens zwei übereinander liegende und vorzugsweise streifenförmige Bleichteile auf, wobei eines der Blechteile gegenüber dem darüber liegenden weiteren Blechteil und dessen den Sperrflankenabschnitt bildenden axialen Ende zurückgesetzt ist. In dem durch die Zurücksetzung frei werdenden Abschnitt kann an dem darüber liegenden weiteren Blechteil die Induktivität angeordnet sein, beispielsweise eine Platine mit daran aufgebrachter Spule. Die Blechteile sind abgesehen von der Zurücksetzung mindestens abschnittsweise kongruent und können beispielsweise als Stanzteil hergestellt sein. Dadurch lässt sich insbesondere die Kontur des Betätigers einschließlich einer eventuellen Sollbruchstelle einfach und reproduzierbar bereitstellen.
-
Die Erfindung betrifft auch einen Sicherheitsschalter zum Detektieren und Arretieren eines vorgebbaren Zustandes einer Einrichtung, insbesondere zum Detektieren und Arretieren des geschlossenen Zustandes einer Schutzeinrichtung einer Maschine oder dergleichen. Der Sicherheitsschalter weist eine Leseinduktivität zum kontaktlosen Signalaustausch mit einem Betätiger und ein entlang seiner Längsachse gesteuert verschiebbares und mit dem Betätiger in Formschluss bringbares Sperrglied auf. Das Sperrglied kann beispielsweise einen Ankerabschnitt aufweisen und elektromagnetisch in dem Sicherheitsschaltergehäuse in seiner Längsrichtung bewegbar sein.
-
Der Betätiger ist wie vorstehend beschrieben ausgebildet, und die Leseinduktivität weist mindestens eine sich um das Sperrglied herum erstreckende Windung auf. Dadurch ist eine besonders gute und zuverlässige elektromagnetische Kopplung mit der Induktivität des Betätigers gewährleistet. Die Induktivitäten des Betätigers und des Lesekopfes, insbesondere die zugehörigen Windungen oder Spulen, können in einem den Betätiger am Sicherheitsschalter arretierenden Zustand im Wesentlichen konzentrisch oder sogar deckungsgleich sein. Die Leseinduktivität kann beispielsweise eine kreisförmige Kontur aufweisen und das Zentrum der Leseinduktivität kann mit dem Zentrum der eine oblonge Kontur aufweisenden Induktivität des Betätigers im Wesentlichen zusammenfallen.
-
In einer Ausführungsart ist ein sich um das Sperrelement herum erstreckendes Buchsenelement aus einem metallischen, insbesondere aus einem ferromagnetischem Werkstoff hergestellt. Das Buchsenelement kann insbesondere zwischen dem innenliegenden, und im Wesentlichen zentrisch in einem Schaltergehäuse eines Schalterelements des Sicherheitsschalters angeordneten Sperrglied und der außenliegenden Lesespule angeordnet sein. Durch das Buchsenelement ist eine vorteilhafte Ausbildung des von der Leseinduktivität induzierten elektromagnetischen Feldes erreichbar, insbesondere kann die Signalkopplung mit dem Betätiger in dem gewünschten Ansprechbereich verbessert werden.
-
In einer Ausführungsart weist der Sicherheitsschalter einen Schalterkopf auf, der mindestens eine Öffnung für das Einführen des Betätigers aufweist. Der Lesekopf ist derart ausgebildet, dass nur bei einem vollständig in den Lesekopf eingeführten Betätiger ein Signalaustausch zwischen der Leseinduktivität und der Induktivität des Betätigers möglich ist. Dadurch kann beispielsweise verhindert werden, dass ein nur außen auf dem Schalterkopf aufgelegter Betätiger noch im Ansprechbereich der Leseinduktivität liegt und dadurch der Sicherheitsschalter fälschlicherweise signalisiert, dass der Betätiger in den Schalterkopf eingeführt ist. Um dies zu erreichen, können mehrere Maßnahmen einzeln oder in Kombination miteinander vorgesehen sein, beispielsweise kann eine die Öffnung für das Einführen des Betätigers in den Lesekopf bildende Haube aus einem metallischen, insbesondere ferromagnetischen Werkstoff hergestellt sein. Alternativ oder ergänzend können in dem Lesekopf Kompensationsspulen angeordnet sein, die unerwünschte Nebenkeulen des von der Leseinduktivität erzeugten elektromagnetischen Feldes reduzieren oder die Hauptkeule begrenzen und damit auch den Ansprechbereich der Leseinduktivität auf den Bereich innerhalb des Schalterkopfes begrenzen. Durch eine zentrische Anordnung des Sperrgliedes im Schalterkopf und/oder eine zentrische Anordnung der Leseinduktivität ist ein Sicherheitsschalter realisierbar, bei dem der Betätiger aus unterschiedlichen, insbesondere aus vier, jeweils einen Winkel von 90° zueinander einschließenden Richtungen in den Schalterkopf eingeführt werden kann.
-
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.
-
1 zeigt eine schematische Draufsicht auf eine Gesamtanordnung einer Einrichtung mit einem Sicherheitsschalter,
-
2 zeigt eine perspektivische Ansicht auf einen erfindungsgemäßen Sicherheitsschalter,
-
3 zeigt in einer vergrößerten Darstellung einen Ausschnitt aus der
-
2 im Bereich des Schalterkopfes und des Betätigers,
-
4 zeigt eine Ansicht auf einen Schnitt durch den oberen Teil des Schalterelements mit eingeführtem Betätiger,
-
5 zeigt eine perspektivische Ansicht von oben auf den Betätiger,
-
6 zeigt eine perspektivische Ansicht von unten auf den Betätiger,
-
7 zeigt den oberen und unteren Bereich des Schalterelements bei inaktiver Arretierung bzw. Zuhaltung,
-
8 zeigt das zugehörige Schaltwegdiagramm,
-
9 zeigt den oberen und unteren Bereich des Schalterelements bei noch nicht vollständig in den Lesekopf eingeführtem Betätiger, und
-
10 zeigt das zugehörige Schaltwegdiagramm.
-
Die 1 zeigt eine schematische Draufsicht auf eine Gesamtanordnung einer Einrichtung 2, im Ausführungsbeispiel einer Schutzeinrichtung einer Maschine 4, bei der es sich beispielsweise um eine Werkzeugmaschine oder einen Schweißroboter handeln kann. Die Einrichtung 2 schützt beispielsweise das Bedienpersonal vor einer Gefährdung durch die im Betrieb befindliche Maschine 4. Die Einrichtung 2 weist ein vorzugsweise feststehendes erstes Teil 6 auf, beispielsweise einen Rahmen der Einrichtung 2. Das erste Teil 6 weist eine Öffnung 8 auf, die durch ein zweites Teil 12 der Einrichtung 4 schließbar ist, beispielsweise durch eine Schutztür, die entsprechend dem Doppelpfeil 14 gegenüber dem ersten Teil 6 bewegbar ist. An der Einrichtung 2 ist ein Sicherheitsschalter 10 angebracht, der ein vorzugsweise am feststehenden ersten Teil 6 angeordnetes Schalterelement 16 und einen vorzugsweise am beweglichen zweiten Teil 12 angeordneten Betätiger 1 umfasst. Der Sicherheitsschalter 10 ist mit einer Steuerung 19 verbunden, welche die Maschine 4 steuert.
-
Die 2 zeigt eine perspektivische Ansicht auf einen erfindungsgemäßen Sicherheitsschalter 10 mit dem Schalterelement 16 und dem Betätiger 1. Das Schalterelement 16 weist ein Schaltergehäuse 18 auf, in dem die Schaltermechanik und Schalterelektronik untergebracht ist. An seinem oberen Ende ist an dem Schaltergehäuse 18 ein im Wesentlichen kubischer Schalterkopf 20 angeordnet, der lösbar an dem Schaltergehäuse 18 festgelegt ist und an insgesamt vier Seitenflächen jeweils eine Eintrittsöffnung 22 für das Einführen des Betätigers 1 in den Schalterkopf 20 aufweist. Vorzugsweise zentrisch innerhalb des Schalterkopfes 20 ist ein in dem Schalterkopf 20 und dem Schaltergehäuse 18 in Richtung seiner Längsachse gesteuert bewegbares Sperrelement 24 angeordnet, das in der in der 2 dargestellten, aus dem Schaltergehäuse 18 ausgefahrenen Position einen in den Schalterkopf 20 eingeführten Betätiger 1 an dem Schalterelement 16 arretieren würde.
-
Der Betätiger 1 weist zwei übereinander angeordnete streifenförmige Blechteile 26, 28 auf, die an ihrem dem Schalterkopf 20 zugewandten Ende mit einer Ummantelung 30, vorzugsweise aus Kunststoff, eingefasst sind. An ihrem gegenüberliegenden Ende bilden die beiden Blechteile 26, 28 einen Befestigungsabschnitt 80 mit zwei Befestigungsöffnungen 32, 34 aus, mittels denen der Betätiger 1 an dem zweiten Teil 12 der Einrichtung 2 festlegbar ist.
-
Die 3 zeigt in einer vergrößerten Darstellung einen Ausschnitt aus der 2 im Bereich des Schalterkopfes 20 und des Betätigers 1, die jeweils geschnitten dargestellt sind. Die 4 zeigt eine Ansicht auf einen Schnitt durch den oberen Teil des Schalterelements 16 mit dem in den Schalterkopf 20 eingeführten und dort arretierten Betätiger 1.
-
Der Betätiger 1 weist eine Induktivität 36 auf, die im Ausführungsbeispiel durch eine mehrere Windungen aufweisende Spule gebildet ist. Die Induktivität 36 kann in dem in der 4 dargestellten Zustand kontaktlos Signale austauschen mit einer Leseinduktivität 38, die im Schalterkopf 20 angeordnet ist. Der Ansprechbereich 40 der Lesespule 38 ist in der 3 gestrichelt dargestellt. Wenn sich die Induktivität 36 des Betätigers 1 innerhalb des Ansprechbereichs 40 befindet, ist ein Signalaustausch mit der Lesespule 38 möglich und der Sicherheitsschalter 10 kann signalisieren, dass der Betätiger 1 in den Schalterkopf 20 vollständig eingeführt ist und die Einrichtung 2 daher geschlossen ist. Der Betätiger 1 kann hierzu neben der Induktivität 36 beispielsweise einen Abstimmkondensator, einen Transponderchip oder ein Radio Frequency Identification Tag (RF-ID Tag) aufweisen. Durch die Verwendung eines metallischen oder sogar ferromagnetischen Werkstoffes für die Haube 42 oder eine geeignete Abschirmung des Schalterkopfes 20 ist der Ansprechbereich 40 auf einen Raumbereich begrenzt, der sich nur innerhalb des Schalterkopfes 20 oder des Schaltergehäuses 18 erstreckt.
-
Durch die Begrenzung des Ansprechbereichs 40 wird verhindert, dass beispielsweise ein falsch montierter Betätiger 1, der lediglich auf der Oberseite des Schalterkopfes 20 aufliegt, aber nicht in den Schalterkopf 20 eingeführt ist und daher dort auch nicht arretiert werden kann, zu einem fehlerhaften Signal des Sicherheitsschalters 10 führt. Weiterhin ist dadurch ausgeschlossen, dass beispielsweise ein Transponder des Betätigers 1 bereits bei noch nicht oder noch nicht vollständig in den Schalterkopf 20 eingeführtem Betätiger 1 erkannt wird und dadurch fälschlicherweise ein unzutreffendes Signal wie etwa „Schutztür geschlossen und bereit zur Zuhaltung” vom Sicherheitsschalter 10 abgegeben wird.
-
Weiterhin ist zuverlässig verhindert, dass ein Fehler in einem elektronischen Bauteil des Sicherheitsschalters 10, der beispielsweise zu einer überhöhten Empfindlichkeit der Leseinduktivität 38 führen kann, zu einem Erkennen des nicht korrekt in den Schalterkopf 20 eingeführten Betätigers 1 führen kann. Durch das Einführen der Induktivität 36 quer zur Hauptfeldrichtung und oberhalb der Nebenkeule der Leseinduktivität 38 liegen auch in diesem Fehlerfall der Abschaltabstand und der sogenannte „gesicherte Abschaltabstand (Sar)” besonders nahe beieinander, weil sich beispielsweise bei einer fehlerbedingten Feldverstärkung hauptsächlich die vertikal ausgerichtete Hauptkeule des Feldes vergrößert, die aber von der Haube 42 abgeschirmt ist.
-
Das erste Blechteil 26 des Betätigers 1 ragt an seinem dem Schalterkopf 20 zugewandten Ende über das zweiten Blechteil 28 mit einem Sperrflankenabschnitt 44 (3) hinaus und weist ein Langloch 46 auf, durch das das Sperrelement 24 hindurchtreten kann und dadurch in der in der 4 dargestellten Position den Betätiger 1 an dem Schalterelement 16 arretiert. Die Induktivität 36 ist auf einer Platine 48 angeordnet, die ihrerseits ebenfalls ein Langloch für den Durchtritt des Sperrelements 34 aufweist, das größer ist als das Langloch 46 im ersten Blechteil 26. Das Langloch 46 des Blechteils 26 oder die in diesem Bereich vorhandene Ummantelung 30 bildet eine Sperrflanke 50 für das Sperrelement 24 aus.
-
Die Leseinduktivität 38 ist im Schalterkopf 20 auf einem eine Leiterplatte und einen Wickelkörper aufweisenden Spulenträger 52 angeordnet, der sich ebenso wie die Leseinduktivität 38 ringförmig um das Sperrelement 24 erstrecken kann. Zwischen der Leseinduktivität 38 und dem Sperrelement 24 ist ein Buchsenelement 54 angeordnet, das vorzugsweise aus einem ferromagnetischen Werkstoff besteht und einen hülsenförmigen Abschnitt zur Führung oder Lagerung des in seiner Längsrichtung verschiebbaren Sperrelements 24 aufweist. Nahe seinem dem Betätiger 1 zugewandten Ende ist an dem Sperrelement 24 ein in das stirnseitige Ende des Buchsenelements 54 eingesetztes Abstreifelement 56 in Anlage, insbesondere mit einer elastisch verformbaren ringförmigen Abstreiflippe. An seinem dem Betätiger 1 gegenüberliegenden Ende ist das Sperrelement 24 mit einem Mitnehmer 58 bewegungsgekoppelt, der wiederum an seinem dem Sperrelement 24 gegenüberliegenden Ende mit einem weiter in das Schaltergehäuse 18 hinein ragenden Ankerstößel 60 bewegungsgekoppelt ist.
-
Zur Abdichtung des Schaltergehäuses 18 zum Schalterkopf 20 hin weist das Schalterelement 16 ein vorzugsweise rotationssymmetrisches Dichtelement auf. Ein radial äußerer erster Dichtabschnitt 61 des Dichtelements ist zwischen einer vorzugsweise ringförmigen und/oder planen Stirnfläche des Buchsenelements 54 und einer vorzugsweise im Querschnitt kegelförmig zulaufenden Dichtkante des Schaltergehäuses 18 dichtend geklemmt. Ein radial innerer zweiter Dichtabschnitt 63 des Dichtelements ist zwischen einer vorzugsweise ringförmigen und/oder planen Stirnfläche des Buchsenelements 54 und einer vorzugsweise ringförmigen Absatzfläche eines verjüngten Abschnitts des Mitnehmers 58 dichtend geklemmt. Die beiden Dichtabschnitte 61, 63 sind über eine einstückig ausgebildete mäanderförmige Membran 62 miteinander verbunden, die einerseits einer Abdichtung des Schaltergehäuses 18 dient und andererseits eine ausreichende Längsbeweglichkeit im Hinblick auf die Hubbewegung des Mitnehmers 58 aufweist.
-
Innerhalb des Schaltergehäuses 18 ist im Bereich des Ankerstößels 60 ein Stator 64 eines Hubmagneten angeordnet, der mit einem mit dem Ankerstößel 60 bewegungsgekoppelten Ankerelement 66 zusammenwirkt. Der Stator 64 kann beispielsweise durch die Spule eines Elektromagneten gebildet sein, bei deren Bestromung das Ankerelement 66 und damit der Ankerstößel 60, der Mitnehmer 58 sowie das Sperrelement 24 in das Schaltergehäuse 18 hineinbewegt werden und dadurch die Arretierung des Betätigers 1 freigeben. In einem ersten hohlzylindrischen Freiraum 68 zwischen dem Ankerstößel 60 und dem Ankerelement 66 kann ein (nicht dargestelltes) Federelement für einen Überhub des Ankerelements 66 angeordnet sein. In einem zweiten hohlzylindrischen Freiraum 70 zwischen dem Ankerstößel 60 und dem Ankerelement 66 kann ein Federelement für eine Vorspannung des Ankerelements 66 in Richtung auf den Schalterkopf 20 angeordnet sein.
-
An seinem dem Schalterkopf 20 gegenüberliegenden Ende ragt der Ankerstößel 60, insbesondere eine an seinem Ende angeordnete Schaltfahne 72, aus dem Stator 64 heraus. Dieses untere Ende des Ankerstößels 60 kann entsprechend seiner Position mit zwei hintereinander angeordneten Positionssensoren 74, 76 zusammenwirken, mittels denen die Axialposition des Ankerstößels 60 und mithin des Sperrelements 24 detektierbar ist. Im Ausführungsbeispiel handelt es sich bei den beiden Positionssensoren 74, 76 um jeweils eine Lichtschranke.
-
Die 5 zeigt eine perspektivische Ansicht von oben auf den Betätiger 1 und die 6 zeigt eine perspektivische Ansicht von unten auf den Betätiger 1, insbesondere jeweils auf dessen dem Schalterkopf 20 zugeordneten Sperrflankenabschnitt 44. Das erste, insbesondere streifenförmige Blechteil 26 weist im Bereich des oblongen Langlochs 46, dessen Kontur durch die in den 5 und 6 transparent dargestellte Ummantelung 30 gebildet ist, durch eine Ausdünnung der beiden Schenkel 78, die das zugehörige und etwas größer dimensionierte Langloch 47 im ersten Blechteil 26 begrenzen, eine Sollbruchstelle 79 auf. An der Sollbruchstelle 79 ist der die Sperrflanke 50 aufweisende Sperrflankenabschnitt 44 von dem Befestigungsabschnitt 80 des Betätigers 1 abtrennbar, wenn im arretierten Zustand des Betätigers 1 eine überhöhte Zugkraft auftritt. Hierzu sind die Schenkel 78 auf der Außenseite über eine Länge, die mehr als 50% der Länge des Langlochs 47 beträgt, tailliert.
-
Die mechanische Sollbruchstelle 79 des ersten Blechteils 26 ist gezielt dahingehend ausgelegt, dass sichergestellt ist, dass der Betätiger 1 an einer definierten Stelle bricht. Eine im ersten Blechteil 26 angeordnete Aussparung 86, in welche ein für den kontaktlosen Signalaustausch des Betätigers 1 mit dem Schalterelement 16 und dessen Leseinduktivität 38 erforderliches Bauelement 88 hineinragt, gewährleistet, dass das Bauelement 88, bei dem es sich beispielsweise um einen Transponderchip oder eine Abstimmkapazität handeln kann, im Fall einer Überbeanspruchung des Betätigers 1 mit dem Befestigungsabschnitt 80 aus dem Schalterkopf 20 herausgezogen, woraufhin die kontaktlose Verbindung zwischen dem Betätiger 1 und dem Schalterelement 16 unterbrochen wird und der Sicherheitsschalter 10 ein entsprechendes Ausgangssignal abgibt.
-
Alternativ oder ergänzend ist die Kraftschwelle, bei welcher das erste Blechteil 26 an der Sollbruchstelle 79 bricht, so ausgelegt, dass der Schalterkopf 20 und auch das Schalterelement 16 trotz des Bruchs des Betätigers 1 unbeschädigt und insbesondere voll funktionsfähig sowie weiter einsetzbar bleiben. Daher muss im Falle einer solchen Überlastung nur der Betätiger 1 ausgetauscht werden, aber nicht das Schalterelement 16.
-
Die Bauhöhe des Bauelements 88 und der zugehörigen Platine 48 ist größer als das Vertikalspiel des Betätigers 1 im Schalterkopf 20, so dass auch bei einem Aufklaffen der Ummantelung 30 das Bauelement 88 nicht unter der Aussparung 86 hindurch rutschen kann, sondern vielmehr durch Formschluss von der Platine 48 abgetrennt wird, was zu einer sofortigen Unterbrechung des Sicherheitssignals führt.
-
An oder nahe seinem dem Schalterkopf 20 zugewandten Ende, vorzugsweise im Bereich der Sollbruchstelle 79, ist auf der Unterseite des ersten Blechteils 26 die Platine 48 mit der darauf angebrachten Induktivität 36 angeordnet. Platine 48 und Induktivität 36 weisen jeweils eine vorzugsweise oblonge Öffnung für den Durchtritt des Sperrelements 24 auf. Die Platine 48 weist einen Ankerabschnitt 82 auf (6), der über einen verjüngten Abschnitt 84 mit dem Trägerbereich für die Induktivität 36 verbunden ist. In den Ankerabschnitt 82 hinein ist mindestens eine Anschlussleitung 83 der Induktivität 36 geführt. Der Ankerabschnitt 82 ist dabei formschlüssig mit dem Befestigungsabschnitt 80 des Betätigers 1 gekoppelt, indem der Ankerabschnitt 82 in eine einen Hinterschnitt aufweisende Aussparung 85 des zweiten Blechteils 28 eingesetzt ist.
-
Dies führt bei einer mechanischen Überbeanspruchung des Betätigers 1 durch eine überhöhte Zugkraft im arretierten Zustand dazu, dass bei einer Dehnung der durch die Schenkel 78 gebildeten Sollbruchstelle 79 noch vor einem Bruch des Betätigers 1 die Anschlussleitung 83 der Spule 36 aufgrund eines Abbrechens des Ankerabschnitts 82 unterbrochen wird. Dies führt dazu, dass bei einer Überbelastung zuerst das Sicherheitssignal unterbrochen wird, während die mechanische Zuhaltung noch wirksam bleibt. Erst bei noch höherer Überlastung reißt auch die mechanische Sollbruchstelle 79 des Betätigers 1.
-
Das erste Blechteil 26 steht in direktem Kraftfluss vom Sperrelement 24 bis zur Befestigung des Betätigers 1 und nimmt daher den größten Teil der Zuhaltekraft auf und ist mit der Sollbruchstelle 79 ausgestattet. Das zweite Blechteil 28 ist über einen Formschluss mit der Transponderplatine 82 verbunden, die durch den verjüngten Abschnitt 84 mit einer weiteren Sollbruchstelle ausgestattet ist, die eine nur geringe Kraft aufnehmen kann. Bei einer Überlast der Zuhaltung dehnt sich die Sollbruchstelle 79 des ersten Blechteils, im Ausführungsbeispiel inklusive des plastischen Bereichs um bis zu mehrere mm, während die Sollbruchstelle an der Transponderplatine 48 abreißt.
-
Die 7 zeigt in einer Schnittdarstellung den oberen Bereich des Schalterelements 16 mit dem Schalterkopf 20 und eine Ansicht auf den unteren Bereich des Schalterelements 16 bei in den Schalterkopf 20 eingeführtem Betätiger 1, aber inaktiver Arretierung bzw. Zuhaltung. Die 8 zeigt das zugehörige Schaltwegdiagramm, nämlich den Hub h in mm des Sperrelements 24 oder Zuhaltebolzens in Abhängigkeit vom Verfahrweg s in mm des Betätigers 1 in Richtung des Pfeils 90 ausgehend von der in der 7 dargestellten Ausgangsposition 71. Die Position s = 0 des Betätigers 1 entspricht einem bis auf Anschlag in den Schalterkopf 20 eingeführten Betätiger 1.
-
In der in der 7 dargestellten Position ragt das Sperrelement 24 zwar ein Stück weit in die Durchgangsöffnung des Betätigers 1 hinein, arretiert den Betätiger 1 aber nicht. Dementsprechend ist das Sperrelement 24 nicht maximal in den Schalterkopf 20 hineinverschoben. Daher ist der Lichtweg L2 einer den zweiten Positionssensor 76 bildenden zweiten Lichtschranke durch die Schaltfahne 72 freigegeben. Dementsprechend kann der Sicherheitsschalter 10 im Abschnitt 73 des Verfahrweges s signalisieren, dass beispielsweise die Schutztür, an welcher der Betätiger 1 befestigt ist, geschlossen ist und Bereitschaft zur Zuhaltung besteht, aber der geschlossene Zustand der Schutztür noch nicht zugehalten ist (Zuhaltung ist inaktiv).
-
Wenn der Betätiger 1 nun in Richtung des Pfeils 90 aus dem Schalterkopf 20 herausgezogen wird, kommt eine an die Sperrflanke 50, die im Wesentlichen einen rechten Winkel mit der Bewegungsrichtung 90 des Betätigers 1 einschließt, angrenzende Schräge 92 in Anlage an das Sperrelement 24 und verschiebt das Sperrelement 24 in das Schaltergehäuse 18 hinein. Im Verlauf dieses Bewegungsabschnitts wird der Lichtweg L2 unterbrochen.
-
Daran schließt sich ein Abschnitt des Schaltwegdiagrammes an, in dem das Sperrelement 24 an der Stirnfläche 94 des Betätigers 1 anliegt und in dem zunächst ein Einschaltpunkt 95 erreicht wird, an dem beim Einführen des Betätigers 1 in den Schalterkopf 20 der Sicherheitsschalter 10 erstmals die Anwesenheit des Betätigers 1 signalisiert. Anschließend wird ein Ausschaltpunkt 97 erreicht, bei dessen Erreichen der Sicherheitsschalter 1 signalisiert, dass kein Betätiger 1 eingeführt ist. Einschaltpunkt 95 und Ausschaltpunkt 97 müssen ausreichend beabstandet sein, um ein unerwünschtes schnelles Wechseln des Ausgangssignals des Sicherheitsschalters 1 aufgrund von geringfügigen Bewegungen des Betätigers 1 zu vermeiden.
-
Noch während das Sperrelement 24 in Anlage an der Stirnfläche 94 ist, wird beim weiteren Herausziehen des Betätigers 1 der Schaltpunkt 99 des sicheren Ausschaltabstandes (Sar) erreicht, an dem beispielsweise auch bei einer fehlerhaften Feldverstärkung und dementsprechend vergrößerten Ansprechbereich 40 der Leseinduktivität 38 in jedem Fall ein sicheres Ausschalten des Sicherheitsschalters 10 gewährleistet ist.
-
Beim weiteren Entfernen des Betätigers 1 aus dem Schalterkopf 20 kommt das Sperrelement 24 in Anlage an die Einführschräge 96 der Ummantelung 30 und bewegt sich daher beispielsweise aufgrund einer Federvorspannung in den Schalterkopf 24 hinein. Dabei wird durch die Schaltfahne 72 zunächst der Lichtweg L2 freigegeben und im weiteren Verlauf auch der Lichtweg L1 einer den ersten Positionssensor 76 bildenden ersten Lichtschranke.
-
Wenn der Betätiger 1 vollständig aus dem Schalterkopf 20 herausgeführt ist, erreicht das Sperrelement 24 seine im Schaltwegdiagramm markierte Endposition 75. Die dem Sperrelement 24 zugewandte Kontur des Betätigers 1, die insbesondere durch die Umhüllung 30 gebildet ist, spiegelt den Verlauf des Hubes s im Schaltwegdiagramm wider.
-
Die 9 zeigt in einer Schnittdarstellung den oberen Bereich des Schalterelements 16 und eine Ansicht auf den unteren Bereich des Schalterelements 16 bei noch nicht vollständig in den Lesekopf 24 eingeführtem Betätiger 1. Die 10 zeigt das zugehörige Schaltwegdiagramm, nämlich den Hub h in mm des Sperrelements 24 oder Zuhaltebolzens in Abhängigkeit vom Verfahrweg s in mm des Betätigers 1 in Richtung des Pfeils 98 ausgehend von der in der 9 dargestellten Ausgangsposition 77.
-
In der in der 9 dargestellten Position kommt das Sperrelement 24 gerade in Anlage an die von der Ummantelung 30 gebildete erste Einführschräge 96. Beim weiteren Einführen des Betätigers 1 wird das Sperrelement 24 in das Schalterelement 16 hineinverschoben, wodurch zunächst der Lichtweg L1 der den ersten Positionssensor 74 bildenden ersten Lichtschranke unterbrochen wird und anschließend auch der Lichtweg L2 der den zweiten Positionssensor 76 bildenden zweiten Lichtschranke 76. Anschließend ist das Sperrelement 24 in Anlage an der Stirnfläche 94 des Betätigers 1. Im Verlauf des weiteren Einführens des Betätigers 1 kommt die Induktivität 36 des Betätigers 1 in den Ansprechbereich 40 (3) der Leseinduktivität 38, wobei zunächst ein Ausschaltpunkt 97 im Schaltwegdiagramm der 10 erreicht wird und anschließend der Einschaltpunkt 95 erreicht wird. Ab dieser Position des Betätigers 1 wird dieser von der Lesespule 38 des Sicherheitsschalters 1 detektiert. Der Sicherheitsschalter 1 verknüpft logisch die Detektion des Betätigers 1 mit dem Signal mindestens eines der beiden Positionssensoren 74, 76 und gibt gegebenenfalls ein entsprechendes Ausgangssignal ab.
-
Beim weiteren Einführen des Betätigers 1 kommt das Sperrelement 24 in Anlage an die Schräge 92 und bewegt sich dementsprechend wieder ein Stück in den Schaltkopf 20 hinein. Im Verlauf dieser Bewegung gibt die Schaltfahne 72 den Lichtweg L2 der zweiten Lichtschranke frei.
-
Ab diesem Zeitpunkt und im folgenden Wegabschnitt 73 signalisiert der Sicherheitsschalter 1, dass er bereit für eine Zuhaltung bzw. Arretierung des Betätigers 1 ist.
-
Beim weiteren Einführen des Betätigers 1 tritt das Sperrelement 24 bei aktivierter Zuhaltung, beispielsweise aufgrund des Bestromens des Stators 64 oder aufgrund einer Federvorspannung, vollständig in das von der Ummantelung 30 gebildete Langloch 46 des Betätigers 1 ein und fährt vollständig in den Schalterkopf 20 hinein, so dass auch der Lichtweg L1 die erste Lichtschranke freigegeben wird. Dementsprechend signalisiert der Sicherheitsschalter 1 im Wegabschnitt 81, dass der Betätiger 1 ausreichend vollständig eingeführt und auch arretiert ist, mithin beispielsweise die Schutzeinrichtung der Maschine 4 verriegelt und zugehalten und damit in einem sicheren Zustand ist. Wenn nun eine Zugkraft auf den Betätiger 1 ausgeübt wird, kommt die Sperrflanke 50 in formschlüssige und daher den Betätiger 1 blockierende und am Schalterelement 16 arretierende Anlage an das Sperrelement 24.
-
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 4328297 C1 [0004]
- WO 98/43351 A1 [0005]
