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Die Erfindung betrifft eine Sicherheitsschalteranordnung, mit einer Schaltereinrichtung mit zumindest einem Schaltglied sowie wenigstens einer Betätigungseinrichtung mit einem zugeordneten Betätiger, wobei zwischen der Betätigungseinrichtung und der Schaltereinrichtung eine Übertragungseinrichtung mit wenigstens einem Übertragungsglied vorgesehen ist, welches einerseits mit dem Schaltglied und andererseits mit dem wenigstens einen Betätiger kuppelbar oder gekuppelt ist.
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Schalter- und Schlüsseltransfersysteme werden in der industriellen Fertigung als Sicherheitseinrichtungen eingesetzt. Sie dienen dem Schutz von Personen, die gefährliche Maschinen bedienen. Es handelt sich somit um eine Sicherheitseinrichtung für wenigstens eine trennende Schutzeinrichtung oder Sperreinrichtung, beziehungsweise eine Vorrichtung zur Zustandsüberwachung einer Schutzeinrichtung einer Maschine oder Anlage, insbesondere Schlüsseltransfersysteme, Sicherheitsschalter oder daraus abgeleitete Mischformen oder dergleichen, zur Überwachung des sicheren Zustands von Maschinen, Anlagen oder dergleichen.
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Solche Systeme sind im Prinzip bekannt und kommen bei Sicherheitsschaltern verbreitet zum Einsatz. Dem Entwurf von Sicherheitsschaltern liegen dabei hinsichtlich Funktionalität, Einsatz- und Aufbaumöglichkeiten, des zu erreichenden Sicherheitsniveaus und des hierfür zu treibenden Aufwandes unterschiedliche Überlegungen zu Grunde. So kennt man im Stand der Technik etwa aus der
US 5821484 A , der
CN 102150230 A ,
GB 2305964 A und
US 4658102 A zunächst elektromechanische Verriegelungen, welche mechanisch einkanalig, und damit derart einfach aufgebaut sind, dass ein auftretender Fehler schnell zu einer Fehlfunktion oder einem Funktionsverlust führt, weswegen an Maschinen und Anlagen mit erhöhtem Gefährdungspotential häufig mehrere derartige Verriegelungen verbaut werden. Aus der
DE 102 009 053 717 A1 kennt man etwa ein aus zwei Teilen aufgebautes Betätigungselement einer elektromechanische Verriegelung, die jedoch aufgrund der weiterhin einkanaligen Struktur der Verriegelung an dieser Stelle keine Verbesserung darstellt.
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Die Sicherheitsschalter können, um diesen Nachteil zu beheben, auch mit elektronischen Verriegelungen versehen sein. Hierdurch werden einzelne Fehler diagnostizierbar, hierfür ist jedoch eine Art Verdrahtung notwendig, die die betreffenden Systeme empfindlich für Umgebungseinflüsse macht, allerdings können diese Systeme gut mit Befehls- und Schnittstellen mit HMI-Funktionen kombiniert werden.
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Aus Patentschrift
US 2003/140669 A1 ist ein mechanisches Verriegelungssystem als Schlüsseltransfersystem bekannt, das aufgrund seiner Auslegung kein Verdrahtung bereit stellt, benötigt, in Gestalt der Kupplung seiner Elemente jedoch wiederum einkanalig aufgebaut ist. An dieser Stelle fehlt die Möglichkeit zur Integration weiterer Funktionen wie Befehlstaster und/oder HMI-Interfaces.
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Die
EP 1489694 A1 offenbart ein aus Modulen aufgebautes, mit einem elektronischen System kombiniertes Schlüsseltransfersystem. Trotz der vorhandenen Möglichkeit, Befehlsfunktionen zu integrieren, ist das System mechanisch erneut einkanalig strukturiert. Aufgrund von deren Aufbau sind die dortigen Module nicht beliebig ausrichtbar und verhindern eine Weitergabe elektrischer oder elektronischer Befehlsfunktionen über mechanische Module hinweg. Sie sind überdies anfällig gegen fehlerhafte Abdichtung und insoweit empfindlich gegenüber einem Wassereintritt in die Module, als dieser zu Kurzschlüssen führen kann. Elektrische Verbindungen des Systems sind überdies empfindlich gegenüber Beanspruchung mit Biegemomenten.
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Die
EP 1 984 932 A1 offenbart ein modulares mechanisches Schlüsseltransfersystem, das mit der Funktionalität elektrischer Verriegelungen kombiniert wird. Diese System ist dabei in der Lage, eine einzelne Fehler an seinem mechanischen Strang zu diagnostizieren, auch hier treten jedoch Probleme bei der Weitergabe elektrischer oder elektronischer Funktionen an mechanische Module vorbei auf, so dass diese Funktionalitäten in Modulen einseitig ober- oder unterhalb mechanischer Einheiten anzuordnen sind. Überdies erschwert eine verbesserungsfähige Kraftübertragung an dem dortigen inneren Getriebe eine Miniaturisierung.
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Aus der
DE 10 2011 121 235 A1 kennt man schließlich eine Möglichkeit, elektrische oder elektronische Funktionen als Signale an mechanischen Funktionen bzw. Modulen im Wege einer Außenleitung vorbei zu führen, was zum einen empfindlicher für Störungen, andererseits aber auch unerwünscht anfällig gegenüber möglichen Manipulationen ist.
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Es besteht daher die Aufgabe ein Schlüsseltransferschaltersystem zur Verfügung zu stellen, welches die im Stand der Technik auftretenden Nachteile vermeidet, bei dem also ein mechanischer Fehler nicht zum Versagen der Funktion führt, welches gegebenenfalls die Integration einer Diagnosefunktion gestattet, um bei Fehlerdetektion das System in einen sicheren Zustand bringen zu können und das eine Weitergabe sowohl mechanischer, als auch elektrischer/elektronischer Funktionen über das ganze System gestattet.
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Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Schlüsseltransferschaltersystem der eingangs genannten Art, bei dem die Übertragungseinrichtung mit einer Mehrzahl separater Übertragungsglieder versehen ist, die bei Betätigung des Betätigers der Betätigungseinrichtung synchron antreibbar oder angetrieben sind, und dass jedes der Übertragungsglieder eine Betätigungsbewegung des wenigstens einen Betätigers über eine rotatorische Bewegung in eine translatorische Bewegung mindestens je eines separaten Schaltgliedes der Schalteinrichtung umsetzt.
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Bei einer gegebenenfalls modular aufgebauten Sicherheitsschalteranordnung ist demgemäß der vollständige mechanische Antriebsstrang mit einer Mehrzahl von Übertragungsgliedern aufgebaut, die synchron angetrieben eine von dem Betätiger ausgeübte Kraft über eine rotatorische Bewegung wieder in eine translatorische Bewegung umsetzen, wobei jedem Übertragungsglied jetzt wenigstens ein Schaltglied zugeordnet ist, das in der Lage ist, diese translatorische Bewegung wiederum weiterzugeben. Entsprechend bilden die Übertragungseinrichtung und die Schaltereinrichtung an der Sicherheitsschaltereinrichtung eine Art festes Getriebe, welches durch seine mehrkanalige Struktur eine erhöhte Ausfallsicherheit gegen mechanisches Versagen aufweist.
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Ggf. A1 weiter unterfüttern bspw. Anhand der Aufgabe, ggf. mit „weitere Vorteile und Merkmale der Erfindung ergeben sich anhand der Unteransprüche (vgl. Euchner)
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Bei einer Ausführung des erfindungsgemäßen Sicherheitsschalteranordnung, die die eingangs des Antriebsstrangs ausgeführte translatorische Bewegung des Betätigers in geeigneter Weise in eine ebensolche Bewegung der Schaltglieder überführt, sind die Übertragungsglieder der Übertragungseinrichtung zweckmäßiger Weise mit einer Mehrzahl von Übertragungselementen versehen.
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Hierbei kann eine vorteilhafte Weiterbildung, die in der Lage ist, die Drehbewegung von Übertragungselementen an Schaltglieder der Anordnung weiterzugeben, derart ausgebildet sein, dass wenigstens zwei Übertragungselemente je eines Übertragungsgliedes der Übertragungseinrichtung drehfest miteinander verbunden sind. Hierbei kann beispielsweise ein an dem jeweiligen Antriebsstrang dem Betätiger abgewandtes Übertragungselement ein Schaltglied antreiben.
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Um die translatorische Bewegung des Betätigers hierbei zunächst in geeigneter Weise in eine rotatorische Bewegung umzusetzen, ist bei einer Ausführungsform der Sicherheitsschalteranordnung jeweils wenigstens ein Übertragungselement der Übertragungsglieder schwenkbar um sich zwischen Gehäusewänden eines Gehäuses oder Teilgehäuses der Sicherheitsschalteranordnung erstreckenden insbesondere parallel zueinander angeordneten Achsen gelagert.
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Ersichtlich können an der Sicherheitsschalteranordnung ein Betätigungsabschnitt eines Betätiger, ein Übertragungsglied mit mehreren Übertragungselementen sowie ein oder mehrere Schaltglieder gewissermaßen einen von mehreren Antriebssträngen an der Sicherheitsschalteranordnung bilden.
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Damit die Mehrzahl von Schaltgliedern abtriebseitig der Übertragungsglieder eine translatorische Bewegung durchführen, die die gleiche Wirkungsrichtung hat, führen bei einer zweckmäßigen Ausführung der Sicherheitsschalteranordnung zwei Übertragungsglieder der Übertragungseinrichtung bei Betätigung des Betätigers eine gegensinnige Schwenkbewegung aus.
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Zum Auslösen der Bewegung der Schaltglieder der Sicherheitsschalteranordnung sind seitens des oder der eingesetzten Betätiger unterschiedliche Bewegungsarten denkbar. Bei einer zweckmäßigen Ausführung der Sicherheitsschalteranordnung kann der wenigstens eine Betätiger der Betätigungseinrichtung bei Ausführen seiner Betätigungsbewegung etwa eine translatorische oder eine rotatorische Bewegung ausführen. Prinzipiell wäre hier beispielweise auch eine Kombination solcher Bewegungen denkbar.
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Die Übertragung der Betätigungsbewegung des wenigstens einen Betätigers kann bei einer vorteilhaften Weiterbildung der erfindungsgemäßen Sicherheitsschalteranordnung dadurch bewerkstelligt werden, dass dem wenigstens einen Betätiger (der Betätigungseinrichtung zweckmäßigerweise wenigstens ein Getriebeteil zugeordnet ist, das mit wenigstens einem ersten Übertragungselement eines Übertragungsglieds der Übertragungseinrichtung in Wirkverbindung steht.
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In bevorzugten Weiterbildungen zur Übertragung der Betätigungsbewegung kann das betreffenden Getriebeteil etwa als jeweils im Bereich eines freien Endes des Betätigers angeordneter Betätigerabschnitt oder als Kurventrieb ausgebildet sein. Es sind aber auch andere Ausbildungen denkbar.
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Bei einer zweckmäßigen Ausführung der Sicherheitsschalteranordnung vermittelt etwa der Kurventrieb eine Drehbewegung des Betätigers an die Übertragungsglieder. Bevorzugt kann der Kurventrieb hierbei mit wenigstens einem, in eine entsprechende Mitnahmeöffnung greifenden Mitnehmer oder mit wenigstens einem Zahnradtrieb ausgebildet ist. Auch andere Ausführungen des Kurventriebs können die Bewegung vermitteln.
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Ein synchrones Antreiben der Schaltglieder an dem erwähnten Antriebsstrang kann beispielsweise dadurch erreicht werden, dass Übertragungselemente verschiedener Übertragungsglieder gegenüber einander in Betätigungsrichtung des Betätigers einen Versatz aufweisen. Dies gilt insbesondere für translatorische Bewegungen eines Betätigers. Auf diese Weise können etwa bei Betätigung des Betätigers verschiedene, an diesem angeordnete Abschnitte synchron die gleiche Bewegung an unterschiedliche Stränge vermitteln
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Um die Übertragungsglieder der Übertragungseinrichtung antrieben zu können, kann es bei einer vorteilhaften Weiterbildung der Sicherheitsschalteranordnung vorgesehen sein, dass ein erstes Übertragungselement der Übertragungsglieder jeweils einen Eingriff für je einen Abschnitt des Betätigers bildet, dessen Einführen in den Eingriff oder Entnehmen aus demselben eine rotatorische Bewegung des Übertragungselements verursacht.
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Bevorzugt kann hierbei etwa das erste Übertragungselement der Übertragungsglieder jeweils walzenartig ausgebildet sein und einen in etwa halbmondartig gekrümmten Querschnitt aufweisen.
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Eine einfache, weil kraftsparende Kraftausnutzung bei Betätigung des Betätigers wird mit einer Ausführung der Sicherheitsschalteranordnung erreicht, bei der die zum Eingreifen in den Eingriff erster Übertragungselemente vorgesehene Betätigungsabschnitte des Betätigers eine zu einem Eingriffsabschnitt des ersten Übertragungselements komplementäre Formgebung aufweisen. Idealerweise kommt an diesem Eingriffsabschnitt in etwa zu einem Form- und Kraftschluss der ineinandergreifenden Abschnitte.
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Gegen ungewollte Betätigung und auch gegen unerwünschte Manipulation kann die erfindungsgemäße Sicherheitsschalteranordnung bei einer Ausführungsform Vorsorge getroffen werden, bei der einander in einer Schließlage zugewandte Flächen des ersten Übertragungselements und des zugeordneten Betätigungsabschnitts des jeweiligen Betätigers mit einer zueinander passenden Kodierung insbesondere aus Vorsprüngen und Vertiefungen versehen sind. Die Kodierung der Betätigungsabschnitte hat dabei eine Funktion wie der Bart eines Schlüssels, wobei auch andere Formen der Kodierung möglich und denkbar sind, beispielsweise die Breite der Abschnitte quer zur Betätigungsrichtung.
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Für eine sichere Übertragung der Momente der Schwenkbewegung der Übertragungsglieder, also des rotatorischen Anteils der Bewegung, in eine wiederum translatorische Bewegung der Schaltglieder kann bei eine weiteren Ausführung der Sicherheitsschalteranordnung ein zweites, mit dem ersten Übertragungselement verbundenes Übertragungselement eines Übertragungsglieds jeweils als Exzenter vorgesehen sein, der in eine Aufnahme des ihm zugeordneten Schaltglieds greift. Es kann also jedem ersten Übertragungselement ein Exzenter als zweites Übertragungselement des jeweiligen Übertragungsgliedes zugeordnet sein, der drehfest mit dem ersten Übertragungselement verbunden ist und über die durch die Betätigung des Betätigers verursachte Schwenkbewegung des ersten Übertragungselements eine translatorische Bewegung des Schaltgliedes verursachen, mit welchem er in Wirkverbindung steht.
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Ein platzsparender, gut handhabbarer Aufbau der Sicherheitsschalteranordnung wird mit einer Ausführung erreicht, bei der die Schaltereinrichtung und die Betätigungseinrichtung sowie gegebenenfalls weitere Betätigungseinrichtungen oder dergleichen Funktionseinrichtungen als Module ausgebildet sind und jeweils Anschlüsse zum lösbaren Verbinden miteinander sowie jeweils in Montagestellung fluchtende und über ein oder mehreren zwischen Modulen wirkende Schaltmittel lösbar miteinander verbindbare Schaltglieder aufweisen.
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Zweckmäßige Weiterbildungen der Sicherheitsschalteranordnung können unterschiedlicher Ausführungen von Schaltgliedern aufweisen, die vorteilhaft etwa als ebene, plattenartige Schaltstücke ausgebildet sein können, die bei ihrer translatorischen Bewegung in jeweils wenigstens einer Führung an der Sicherheitsschalteranordnung geführt sind. Diese Führung kann etwa in einer Nut der Gehäusewand eines Moduls bestehen. Dabei kann in einer weiteren Ausbildung die Führung in einem wandnahen Bereich einer Gehäusewand vorgesehen sein, die zu der zuvor erwähnten Gehäusewand quer orientiert ist, so dass die Schaltglieder im wesentlichen parallel zu dieser Gehäusewand orientiert und entlang dieser bewegbar sind.
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Für eine Weitergabe der durch Betätigung des Betätigers ausgelösten Bewegung können bei einer Weiterbildung der Sicherheitsschalteranordnung die Schaltglieder in Bewegungsrichtung an zumindest einem ihrer Enden wenigstens ein Schaltmittel aufweisen, um mit dem Schaltmittel eines in Bewegungsrichtung benachbarten Schaltglieds eine Verbindung herzustellen oder diese zu trennen. Denkbar ist hierbei, dass Schaltmittel auf diese Weise sowohl zwischen innerhalb des gleichen Moduls befindlichen Schaltgliedern vermitteln als auch modulübergreifend. Die Schaltmittel können, insbesondere wenn es sich um ein nicht randständiges Modul handelt, auch an beiden Enden des jeweiligen Schaltgliedes angeordnet sein. Bevorzugt können hierbei das oder die Schaltmittel jeweils als Schaltvorsprünge ausgebildet sein, welche von dem jeweiligen Schaltglied im Wesentlichen in Richtung eines in der jeweiligen Bewegungsrichtung benachbarten Schaltgliedes vorspringen. Bei Bewegung auf das benachbarte Schaltglied hin kontaktieren sie bevorzugt dessen spiegelbildlich angeordnete, wiederum in Form von Schaltvorsprüngen vorgesehene Schaltmittel. Die Schaltmittel können auch anders ausgebildet sein.
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Um ein Versagen eines der Antriebsstränge der Sicherheitsschalteranordnung sicher detektieren zu können, ist bei einer vorteilhaften Weiterbildung der Anordnung zwischen zwei parallel zueinander angeordneten Schaltgliedern der Schalteinrichtung eine Sensoreinrichtung mit wenigstens einem Lagesensor angeordnet ist, welche die Relativposition der beiden Schaltglieder zueinander bestimmt. Die Sensoreinrichtung erfasst hierbei in erster Linie den Umstand, ob sich die beiden Schaltglieder synchron zueinander bewegen (lassen). Bevorzugt kann eine Ausbildung des Lagesensors der Sensoreinrichtung zwei bezüglich einer zwischen den Schaltgliedern gedachten Mittelebene spiegelbildlich angeordnete Sensorbereichen gerade verbindet.
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Vorteilhaft kann der Lagesensor hierbei mit einem sich zwischen den Sensorbereichen erstreckenden, an diesen jeweils gelenkig verbundenen Verbindungssteg und mit wenigstens einem Blockiermittel versehen sein. Der Verbindungssteg erstreckt sich hierbei in Gebrauchsstellung, in der die verbundenen, einander gegenüberliegenden Sensorbereiche der Schaltglieder sich synchron bewegen, beispielsweise in einer Art zwischen diesen, dass der Verbindungssteg in etwa quer von den Sensorbereichen absteht. Diese Winkelstellung ädert sich dann bei asynchroner Bewegung der Schaltglieder zueinander. Andere Arten von Lagesensoren, die nicht notwendigerweise mechanisch ausgebildet sind, sind aber durchaus auch denkbar. In einer bevorzugten Ausführung kann das wenigstens eine Blockiermittel durch von dem Verbindungssteg im Wesentlichen in Verbindungsrichtung oder quer zu dieser abstehende Arme gebildet ist.
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Eine geeignete Art, die weitere asynchrone Bewegung der Schaltglieder zueinander zu unterbinden bildet dabei eine Weiterbildung der Sicherheitsschalteranordnung, bei der das Blockiermittel des Lagesensors bei Änderung der Relativposition der Schaltglieder zueinander in Eingriff mit einem zugeordneten Sperrstück gerät. Der betreffende Eingriff wird dabei durch den nun nicht mehr eingehaltenen in etwa rechten Winkel zwischen dem Verbindungssteg und den Sensorbereichen verursacht. Hierbei kann bevorzugt das Sperrstück an wenigsten einer den Schaltgliedern benachbarten oder wenigstens einer sich zwischen den Schaltgliedern erstreckenden Gehäusewand des betreffenden Moduls angeordnet sein. Das Sperrstück kann dabei zum Beispiel durch einen Bereich der entsprechenden Gehäusewand selbst gebildet sein.
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Eine einfach realisierbare Ausführung des Sperrstücks kann durch vorteilhafte Ausführung der Anordnung realisiert sein, bei der das Sperrstück durch eine Mehrzahl von in Betätigungsrichtung der Schaltglieder aneinander grenzend nebeneinander angeordneter nutartiger Eingriffe gebildet ist. Diese nebeneinander angeordneten nutartigen Eingriffe können wiederum Bestandteil der bereits erwähnten Häuserwand sein.
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Vorteilhaft für die Etablierung zusätzlicher Funktionen beispielweise elektrischer oder elektronischer Art kann sich die Zurverfügungstellung zusätzlichen Raumes an den Modulen der Anordnung darstellen„ weswegen bei einer zweckmäßigen Ausführung derselben zwischen zwei einander beabstandet gegenüberliegend angeordneten Schaltgliedern eines Moduls ein von bewegbaren oder bewegten Übertragungs- und/oder Schaltgliedern freier, lichter Raum vorgesehen ist, der sich über die gesamte, in Bewegungsrichtung der Schaltglieder verlaufende Längserstreckung des Moduls zusammenhängend erstreckt. Eine Mehrzahl, insbesondere zwei bewegte Schaltglieder können hierbei beispielsweise den betreffenden lichten Raum einfassen. Werden die Schaltglieder durch scheiben- oder plattenartige Schaltstücke gebildet, fassen diese den lichten Raum etwa zu zwei gegenüberliegenden Seiten ein. Der erwähnte lichte Raum kann sich dabei über eine Mehrzahl, insbesondere auch über alle nebeneinander angeordneten Module erstrecken, so dass sich aus der Aneinanderreihung von lichten Räumen ein modulübergreifender Kanal an der Sicherheitsschalteranordnung ergibt, der beispielsweise zur Weitergabe von elektrischen Signalen über einen gekapselten, unempfindlichen elektrischen Strang, der in dem lichten Raum bzw. Kanal angeordnet ist, genutzt werden kann.
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Insbesondere dann, wenn eine Mehrzahl von Modulen für die Anordnung vorgesehen sind, kann es für einen prinzipiell willkürlichen Aufbau der Anordnung aus mehreren Modulen von Vorteil sein, wenn der zusammenhängende Raum um eine zwischen zwei Schaltgliedern befindliche Mittellängsachse des Moduls angeordnet ist, so dass hierdurch keine Vorzugsrichtung vorgegeben wird, die die Nutzung einschränkt.
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Dabei kann vorteilhaft in dem zwischen den Schaltgliedern eines Moduls befindlichen lichten Raum wenigstens eine elektrische und/oder elektronische Signalübertragungseinrichtung anordenbar oder angeordnet sein, so dass der heirdurch zur Verfügung gestellte Raum an der Anordnung genutzt wird, um einem oder mehreren Modulen zusätzliche Funktionen zuzuweisen.
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Das Zusammenfügen von Modulen zu einer erfindungsgemäßen Anordnung wird durch eine Weiterbildung begünstigt, bei der eine Mehrzahl von Modulen der Sicherheitsschalteranordnung mit Anschlüssen versehen sind, die zur Montage in unterschiedlichen Drehpositionen der Module, vorzugsweise zumindest in zwei um etwa 90° zueinander verdrehten Montagepositionen ausgebildet sind. Hierfür können die Module vorzugsweise an ihren Anschlussseiten formschlüssig ineinander greifende Anformungen aufweisen, und an einem Modul kann bevorzugt ein von einer runden Form abweichender, insbesondere mehrkantiger Vorsprung und an einem anzukoppelnden Modul eine zu dem Vorsprung komplementäre Vertiefung vorgesehen ist.
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Weiter vorteilhafte Merkmale und Eigenschaften der Sicherheitsschalteranordnung ergeben sich aus den Unteransprüchen. In einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung bildet die vorstehend beschriebene Sicherheitsschalteranordnung beispielsweise ein Schlüsseltransfersystem. Überdies kann die erfindungsgemäße Sicherheitsschalteranordnung mit ihren Funktionen aber auch bei anderen Systemen Verwendung finden beispielsweise bei Zuhaltungen, Bewegungsschaltern, die berührungslos arbeiten, oder in Modulen, die Befehlsfunktionen verarbeiten oder Mensch-Maschine Interfaces bilden oder dergleichen Module mehr. So können außer Betätigermodulen in unterschiedlichen Ausführungsformen und Schaltermodulen, Zuhaltemodule mit wenigstens einem Betätiger sowie mit einem Verriegelungssystem vorgesehen sind. Überdies können die Betätigermodule mehrere, unterschiedlich orientierte Einführöffnungen für Betätiger, Schlüssel oder dergleichen aufweisen, die Module können außerdem Gehäuse mit Montagebohrungen zum Anbringen beispielsweise an einem Türpfosten oder dergleichen Trägerteil aufweisen oder mit Montagestücken zu versehen sind, die diese Funktionalität zur Verfügung stellen.
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Die Erfindung wird nachstehend anhand von Ausführungsbeispielen in der Zeichnung näher erläutert. In teilweise schematisierter Form zeigen hierbei die
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1, 2 ein erstes Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Sicherheitsschalteranordnung mit einer Mehrzahl von Modulen;
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3–10 das Zusammenwirken einer Betätigungseinrichtung, einer Übertragungseinrichtung und einer Schaltereinrichtung an einem weiteren Ausführungsbeispiel der Sicherheitsschalteranordnung;
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11–14 das Zusammenwirken einer Betätigungseinrichtung, einer Übertragungseinrichtung und einer Schaltereinrichtung an einem weiteren Ausführungsbeispiel der Sicherheitsschalteranordnung mit gegenüber dem vorherigen Beispiel umgekehrter Wirkungsrichtung;
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15–22 mechanische Funktionsweitergabe über Modulgrenzen hinweg bei einem weiteren Ausführungsbeispiel der Sicherheitsschalteranordnung;
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23–28 die Überwachung der Funktion des mechanisch mehrkanaligen Aufbaus eines Ausführungsbeispiels der Sicherheitsschalteranordnung;
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29–41 die Anordnung von Zusatzfunktionen in ein lichten freien Raum benachbart zueinander angeordneter Module eines weiteren Ausführungsbeispiels der Sicherheitsschalteranordnung;
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42 eine seitliche, geschnittene Ansicht eines Verbindungsstegs als Lagesensor aus den 27 und 28;
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43 eine perspektivische Seitenansicht eines Moduls;
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44 eine geschnittene stirnseitige Ansicht des Moduls aus der 43 zur Verdeutlichung des frei gelassenen Mittelbereichs um eine Mittellängsachse; und
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45–48 ein weiteres Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Sicherheitsschalteranordnung, bei der ein schlüsselförmiger Betätiger eine rotatorische Bewegung ausführt, die durch erste und zweite Übertragungselemente einer Übertragungseinrichtung Schaltglieder antreibt, die in eine translatorische Bewegung versetzt werden.
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In den 1 und 2 erkennt man einen erfindungsgemäße Sicherheitsschalteranordnung 100 mit einem Aufbau aus mehreren Modulen 1. Die Anordnung 100 ist dabei in den in den Figuren dargestellten Ansichten stets aus mehreren, also wenigstens zwei Modulen 1 aufgebaut, die ihrerseits durch Montageringe 2 miteinander verbunden sind. In der 1 erkennt man hierzu zwei Module, die in jeweiliger Pfeilrichtung aufeinander zu bewegt, an ihren Anschlussstücken 5 miteinander verbunden werden können und die die Anschlusstücke 5 einfassenden Montageringe in Gebrauchsstellung die Anordnung 100 insgesamt festlegen können. Die Module 1 haben dabei wie die Montageringe 2 einen im wesentlichen quadratischen Grundquerschnitt, so dass sie prinzipiell zu einnahm einer Position mit insgesamt fluchtenden Außenwänden in Winkelschritten von 90° beabstandet zusammenfügbar sind.
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Die betreffende Anordnung 100 kann dabei auch ein Schlüsseltransfersystem bilden, wie es etwa aus der 2 zu entnehmen ist. Die Module 1 können unterschiedliche Funktionen beinhalten, wie z. B. Schlüsselmodule 3, Betätigermodule 4, aber auch Schaltermodule, Befehlsfunktionsmodule, Elektrische/Elektronische Verbindungsmodule oder dergleichen Module 1 mehr können an der Anordnung 100 vorgesehen sein. Es sind dabei auch Funktionskombinationen in einem Modul 1 möglich, z. B. ein Modul 1, welches sowohl eine Befehls-, als auch eine elektronische Verbindungsfunktion beinhaltet. In der 2 erkennt man zwei Schlüsselmodule 3, 3' mit einem Betätigermodul 4, das für den Betrachter mit dem oberen der Schlüsselmodule 3 verbunden ist. An dem mittleren Schlüsselmodul 3 und dem oberhalb von diesem erkennbaren Betätigermodul 4 sind in Betätigungsöffnungen 6 jeweils Betätiger 13 bzw. 14 eingeführt, während die betreffende Öffnung des unteren Schlüsselmoduls 3 frei ist. Der Betätiger 13 weist dabei die Form eines Steckschlüssels auf.
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In den 3 bis 10 wird das Zusammenwirken einer ersten Ausführung der Sicherheitsschalteranordnung 100 mit einer Betätigungseinrichtung 110, einer Übertragungseinrichtung 130 sowie einer Schaltereinrichtung 120 erläutert. Die Figuren gewähren dabei, unterstützt von den Darstellungen der 43 und 44 einen Blick in das Innere der Betätigermodule 3, 4. Im Wesentlichen losgelöst von dem jeweiligen Modulgehäuse erkennt man dabei für die betreffenden Module in der 3 in deren Innerem jeweils als Walzen mit halbmondartigem Querschnitt ausgebildete erste Übertragungselemente 8 der Übertragungseinrichtung 120, diese sind in einander gegenüberliegenden Aussparungen 9 der ihren Enden jeweils benachbarten Innenwände 11 des Modulgehäuses frei um Achsen 22 schwenkbar und insoweit und voneinander unabhängig montiert. 44 zeigt einen in der 43 zu sehenden Schnitt E-E. Die walzenartigen ersten Übertragungselemente 8 sind erkennbar zwischen den Schaltgliedern 12 angeordnet, aber exzentrisch hinsichtlich der Mittelachse 66 des Moduls 1. Durch diese exzentrische Positionierung der ersten Übertragungselemente 8 findet keine „Kollision” mit gegebenenfalls im Bereich der der Mittelachse 66 des jeweiligen Moduls 1 anzuordnenden Gegenständen, etwa Kabeln oder dergleichen zusätzlichen Überträgern, statt.
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Mit jedem der ersten Übertragungselemente 8 ist ein als Exzenter ausgebildetes zweites Übertragungselement 10 drehfest verbunden. Zusammen genommen bilden diese beiden Übertragungselemente 8, 10 jeweils ein Übertragungsglied 135, das von einem oder mehreren weiteren Übertragungsgliedern 135 unabhängig bewegbar ist. Weiter erkennt man zwei zueinander parallel angeordnete, als Schieberbleche ausgebildete Schaltglieder 12, die an zueinander parallelen Schwenkachsen 22 der ersten Übertragungselemente 8 angeordnet und in nicht weiter dargestellte Führungen des Modulgehäuses eingelegt und in diesen geführt sind. Zusammenwirkende Schaltglieder 12 und Übertragungsglieder 135 bilden jeweils eine Art mechanischen Kanal.
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Die Schaltglieder 12 können entlang der beiden Pfeile in Richtung für den Betrachter nach unten eine translatorische Bewegung durchführen. Diese translatorische Bewegung wird dadurch erreicht, dass der Exzenter des zweiten Übertragungselementes 10 jeweils in einen quadratischen Eingriff 21 eines der Schaltglieder 12 eingreift. Drehen sich nun die ersten walzenförmigen ersten Übertragungselemente 8, dann drehen auch die zweiten Übertragungselementes 10. Deren Exzenter stoßen gegen die Wandung des quadratischen Eingriffs 21 und drücken damit das Blech des ersten Übertragungselements 8 nach unten oder nach oben weg.
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Je ein erstes Übertragungselement 8 treibt über einen Exzenter eines zweiten Übertragungselements 10 jeweils nur ein Schaltglied 12 mit Schieberblech an. Da die beiden ersten Übertragungselemente 8 unabhängig voneinander in den Aussparungen 9 in der Gehäusewand gelagert sind, können auch die Schaltglieder 12 unabhängig voneinander in Bewegung versetzt werden. Der Mechanismus, der durch die walzenförmigen ersten Übertragungselemente 8, die Exzenter der zweiten Übertragungselemente 10 und die Schaltglieder 12 gebildet wird, ist ein Betätigungsmechanismus, dargestellt in den 3, 4, 5 und 6. Die ersten Übertragungselement 8 werden dabei mittels eines Betätigers 13, 14, etwa in Form eines Schlüssels oder eines Schiebers, in Rotation versetzt.
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Die Betätiger 13, 14 sind aus zwei flach aufeinander liegenden plattenartigen Betätigerteilen 15 zusammengestellt. Jedes der beiden Betätigerteile 15 weist dabei ausgeführt mit einem Betätigungsabschnitt 16 auf, das durch einen halben Zylinder, also einen Zylinder gebildet ist, der entlang seine Längsachse derart geteilt ist, dass sich ein etwa halbkreisförmiger Querschnitt ergibt. Die Zylinderlängsachse ist dabei quer zur Betätigungsrichtung des Betätigers 13, 14 orientiert. Die Betätigungsabschnitte 16 greifen jeweils formschlüssig in die Eingriffe 17 des ersten Übertragungselements 8 ein (4).
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Auch in den 5 und 6 erkennt man, dass bei einer translatorischen Bewegung des jeweiligen Betätigers 13, 14 in Richtung des Pfeils 18 (4) die Betätigungsabschnitte 16 in die Eingriffe 17 der walzenförmigen Übertragungselemente 8 eingreifen und diese in eine Schwenkbewegung versetzen. Durch die Schwenkbewegung der Walzen der ersten Übertragungselemente 8 drehen sich auch die Exzenter 10 in Richtung der Pfeile 19, 20 und versetzen die Bleche der Schaltglieder 12 wiederum in eine translatorische Bewegung (7, 8). Da die Walzen der ersten Übertragungselemente 8 durch diese Form des Antriebs in eine gegensinnige Schwenkrichtung bewegt werden, sind die Exzenter der zweiten Übertragungselemente 10 um 1800 gegenüber einander versetzt. Mithin werden durch die Schwenkbewegung der ersten und zweiten Übertragungselemente 8, 10 die Schaltglieder 12 im Ergebnis gerade parallel zueinander, also in dieselbe Richtung, und mit der gleichen Wegstrecke angetrieben. Außerdem erkannt man in den 4 bis 6, dass die Betätigungsteile 15 mit ihren Betätigungsabschnitten 16 genau wie die ersten Übertragungselemente 8 der Übertragungseinrichtung 130 in Betätigungsrichtung einen Versatz aufweisen.
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In der 7 erkennt man, wie ein Betätiger 13 in Form eines Schlüssels in ein Schlüsselmodul 3 gesteckt wird. In 9 wird dasselbe Schlüsselmodul 3 in demjenigen Zustand gezeigt, in welchem es sich nach Erreichen der Endlage des Betätigers 13 befindet. 8 zeigt dabei die Stellung der Schaltglieder 12 und der zweiten Übertragungselemente 10 mit Exzenter wenn der Betätiger 13 wiederum noch nicht gesteckt ist. 10 zeigt die Stellung der Schaltglieder 12 mit ihren Schieberblechen und der zweiten Übertragungselemente 10 mit den Exzentern, wenn der Betätiger 13 bis in seine Endlage gesteckt ist. Wenn der Betätiger 13 vollständig gesteckt ist, (9) befinden sich die Schaltglieder 12 in deren unterer Position (10) und die Exzenter der zweiten Übertragungselemente 10 haben sich in ihre entsprechende Position gedreht, die gegenüber ihrer vorherigen um 90° versetzt ist, und zwar bei den beiden Exzentern in jeweils umgekehrte Richtungen. Diese Änderung erkennt man sowohl anhand der Lageänderung hinsichtlich einer gedachten Höhe bezüglich der zwischen den 8 und 10 gezogenen gestrichelten Hilfslinie, als auch an dem Umstand, dass an dem Modul 3 der 9, welches dieser Position der Schaltglieder 12 entspricht, an den unteren Enden der Schaltglieder 12 angeordnete Schaltvorsprünge 26 an dem unteren Anschlussstück 5 vorspringen.
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Sowohl in der 4 wie auch in der 44 erkennt man, dass die Übertragungseinrichtung 130 mit ihren Übertragungselementen 8, 10 zwischen gegen die Betätigungsrichtung der Betätiger 13, 14 vorspringenden Bereichen der Schaltglieder 12 der Schalteinrichtung angeordnet ist. Hierdurch ist zwischen den beiden einander beabstandet gegenüberliegenden Schaltgliedern 12 des Moduls 1 ein von bewegten Übertragungselementen 8, 10 oder Schaltgliedern 12 freier, lichter Raum 60 gebildet, der sich wie eine Art Kanal entlang der Bewegungsrichtung der Schaltglieder 12 erstreckt, und zwar über die gesamte Länge des Moduls 1. Dieser Raum findet sich um die Mittellängsachse eines Modulabschnitts mit in etwa quadratischem Querschnitt.
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Die Bewegungsrichtung der beiden einander gegenüberliegenden Schaltglieder 12 ist dabei nicht auf die eben beschriebene festgelegt, sondern kann auch in die entgegengesetzte Richtung gerichtet sein. Dies kann durch eine Umkehr der Wirkungsrichtung der Exzenter der zweiten Übertragungselemente 10 erreicht werden, wie sie den 11 bis 14 dargestellt ist. In der 11 sieht man hierzu ein Schlüsselmodul 3, bei welchem der zugeordnete, in Richtung des Pfeils 18 zusteckende Betätiger 13 noch nicht gesteckt ist. In 12 werden die Positionen der Schaltglieder 12 und die zweiten Übertragungselemente 10 mit Exzenter gezeigt. Wird der Betätiger 13 (13) gesteckt, dann verschieben sich die Schaltglieder 12 nach oben. Die gestrichelte Linie 23 dient, wie bei den 8 und 10, zur Erläuterung der unterschiedlichen Stellungen der Schaltglieder 12.
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Zwischenzeitlich auf die 23 verweisend, kann aus dieser entnommen werden, wie die Bleche der Schaltglieder 12 im Modulgehäuse 11 parallel zu einander angeordnet sind. Die Schaltglieder 12 sind hierbei derart angeordnet, dass die Schaltvorsprünge 26 unter einander eine quadratische Symmetrie innerhalb der Modulgehäuse 11 formen, wie man sie etwa auch in der 30 entnehmen kann.
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Verbindet man im Prinzip beliebige Module 1 miteinander, so befinden sich die Schaltvorsprünge 26 stets entlang gleicher Wirkungsachsen 61, wie es in der 38 angedeutet ist und sind unabhängig von der Montagerichtung 28 des Moduls 1. Die Länge der Schaltvorsprünge 26 ist dabei so vorgesehen, dass sie bei Modulen in montierter Stellung und wenn die Schaltglieder 12 der Module 1 in derselben Position stehen, die Schaltvorsprünge 26 einander nicht berühren, jedoch auch keinen Spielraum 27 geben, wie man es in der 16 sieht. Hierdurch wird gewährleistet, dass, wenn ein Modul 1 bedient werden soll, diese Bedienbarkeit von einem anderen Modul 1 freigegeben werden muss. In den 15 bis einschließlich 22 wird anhand einer beispielhaften Sicherheitsschalteranordnung 100 die Wirkung von Schaltgliedern 12 der Schalteranordnung 120 sowie der Exzenter der zweiten Übertragungselemente 10 der Übertragungseinrichtung 130 und deren Auswirkungen auf die Funktion der Sicherheitsschalteranordnung 100 erläutert.
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Die 15 bis 22 zeigen eine Sicherheitsschalteranordnung 100, bei welcher in das obere Modul 4 ein Betätigers 14 gesteckt ist. Im mittleren Modul 3 ist ein Betätiger 13 in Form eines Schlüssels gesteckt. Im unteren Modul 3' ist kein Betätiger gesteckt, das Stecken eines Betätigers 13' in Form eines Schlüssels ist aber möglich.
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16 zeigt die Positionen der Schaltglieder 12 und wie die Exzenter der zweiten Übertragungselemente 10 in der Anordnung 100 von 15 in den quadratischen Eingriffen 21 positioniert sind. Will man etwa den schlüsselförmigen Betätiger 13 aus dem mittleren Modul 3 entnehmen, dann werden sich auch die Exzenter der zweiten Übertragungselemente 10 eben dieses Moduls 3 drehen und die Schaltglieder 12 werden sich verschieben. Da die Schaltglieder 12 des unteren Moduls 3 in deren oberer Position stehen, stoßen die Schaltvorsprünge 26 des mittleren Moduls 3 auf die Schaltvorsprünge 26 des unteren Moduls 3. Hierdurch können sich die Schaltglieder 12 des mittleren Moduls 3 nicht bewegen, wodurch sich auch die betreffenden Exzenter der zweiten Übertragungselemente 10 nicht drehen können. Da die Exzenter der zweiten Übertragungselemente 10 das mittlere Modul 3 nicht zu bewegen vermögen, können sich auch deren erste, walzenförmige Übertragungselemente 8 nicht verschwenken. Da aber der schlüsselförmige Betätiger 13 zwei Betätigerabschnitte 16 hat, welche formschlüssig in den zugeordneten Eingriffen 17 der walzenförmigen ersten Übertragungselemente 8 positioniert sind, und diese Übertragungselemente nicht verschwenkt werden können, kann auch der schlüsselförmige Betätiger 13 nicht entnommen werden. In analoger Weise trifft dieser Umstand auch auf das obere Modul 4 zu. Hierzu zeigt die 17 nun, wie ein schlüsselförmiger Betätiger 13' in das untere Modul 3' gesteckt worden ist. Hierdurch sind die walzenförmigen ersten Übertragungselemente 8 ebenso wie die zweiten Übertragungselemente 10 mit Exzenter verschwenkt worden. Dies wiederum hat bewirkt, dass die Schaltglieder 12 nach unten bewegt worden sind. Dadurch ist zwischen den Schaltvorsprüngen 26 des mittleren Moduls 3 und den Schaltvorsprünge 26 des unteren Moduls 3' ein Freiraum 28 entstanden. Hierdurch ist es möglich geworden, den schlüsselförmigen Betätiger 13 aus dem mittleren Modul 3 zu entnehmen.
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19 zeigt dieselbe Sicherheitsschalteranordnung 100 wie in den 15 bis 18, wobei der schlüsselförmige Betätiger 13 aus dem mittleren Modul 3 entnommen worden ist. 20 zeigt den Zustand der Schaltglieder 12 der Schaltereinrichtung 120 der Anordnung 100 aus 19. Die Schaltglieder 12 des mittleren Moduls 3 haben sich nach unten bewegt. Hierdurch wird jetzt der Mechanismus des oberen Moduls 4 freigegeben, gleichzeitig wird der Mechanismus des unteren Moduls 3' blockiert, da ja bei einem Herausnehmen des schlüsselförmigen Betätigers 13' des unteren Moduls 3' dessen Mechanismus sich nach oben bewegen müsste, was jedoch in diesem Zustand nicht möglich ist, da die Schaltvorsprünge 26 des unteren Moduls 3' und die des mittleren Moduls 3 aus einander stoßen. Der schlüsselförmige Betätiger 13' des unteren Moduls 3' ist jetzt in der Sicherheitsschalteranordnung 100 der 19 „gefangen” und festgelegt. Gleichzeitig ist der Betätiger 14 des oberen Moduls 4 frei und kann entnommen werden.
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21 zeigt den Zustand derselben Sicherheitsschalteranordnung 100, wie sie in den 15 bis 20 dargestellt ist, nun jedoch mit aus dem oberen Modul 4 entnommenem Betätiger 14. In diesem Zustand können die schlüsselförmigen Betätiger 13. 13' des mittleren Moduls 3 und des unteren Moduls 3' nicht gesteckt bzw. nicht entnommen werden, da dies durch die Betätigungsmechanismen der drei die Sicherheitsschalteranordnung 100 formenden Module 3, 3', 4 verhindert wird. Erst dann, wenn der Betätiger 14 wieder gesteckt wird, bewegen sich die Schaltglieder 12 des Mechanismus des Moduls 4 nach oben, so dass in der Folge und kann der schlüsselförmige Betätiger 13 des mittleren Moduls 3 wieder gesteckt werden kann. Mithin zeigen die 15 bis 22 also die Wirkung der Schaltgliederpositionen und wie damit Abhängigkeiten in einer Sicherheitsschalteranordnung 100 geschaffen werden.
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Demgegenüber zeigen die 3 bis 10 die Wirkung der Betätigungsmechanismen innerhalb der Module 3, 3', 4 und darüber hinaus, dass dieser Mechanismus aus zwei Wirkungslinien (Kanäle) aufgebaut ist. Jede Wirkungslinie bzw. jeder Kanal besteht an dieser Stelle aus je einem Übertragungsglied 135 mit einem walzenförmigen erstem Übertragungselement 8 und einem mit diesem drehfest verbundenen zweiten Übertragungselement 10 mit Exzenter, sowie einem mit diesem Übertragungsglied 135 in Wirkverbindung stehendem Schaltglied 12 einer Schaltereinrichtung 120, welche sämtlich in einem Modulgehäuse 11 eingebaut sind. Mehrere Übertragungsglieder 135 bilden wiederum die Übertragungseinrichtung 130. Die beiden erwähnten Kanäle wirken parallel, aber unabhängig voneinander.
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Um eine Überwachung der Funktion der beiden Kanäle herzustellen, sind in den Schaltgliedern 12 Öffnungen 29 angebracht, die in Sensorbereichen 63 der jeweiligen Schaltglieder 12 angeordnet sind. Diese Öffnungen 29, welche in beiden Schaltgliedern 12 vorhanden sind, liegen einander gegenüber, und können einer jeweils gleichen Wirkungsebene zugeordnet werden. Die 23 zeigt, wie die Öffnungen 29 einander gegenüber an den Sensorbereichen 63 positioniert sind. Weiter erkennt man hierzu aus der 24, dass, wenn nur ein Exzenter des ersten Übertragungselements 10 sich in Richtung des gekrümmten Pfeils 31 dreht, sich auch nur das zugehörige Schaltglied 12 in die Richtung des geraden Pfeils 30 verschiebt. Die Öffnungen 29 stehen einander hierdurch nicht länger gegenüber, was zur Verdeutlichung mittels einer gestrichelten Hilfslinie 32 dargestellt ist.
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In der 25 erkennt man, dass in den Öffnungen 29 der beiden Schaltglieder 12 ein Diagnoseelement angeordnet und steckend festgelegt ist, und zwar ein Verbindungssteg 33 als Lagesensor 64. An jedem seiner beiden Enden hat der Verbindungssteg 33 wenigstens ein Blockiermittel 65, vorliegend zwei Blockierstifte 35, die einen Positionsstift 34 zu zwei Seiten einfassen. Der Lagesensor 64 ist in Verbindungsrichtung des Verbindungsstegs 33 sowie kippend beweglich und quer zwischen die Schaltglieder 12 eingehängt. Bewegen sich die Schaltglieder 12 gleichzeitig und in dieselbe Richtung, dann bewegt sich Lagesensor 64 mit, ohne seinen Winkel bezüglich der Schaltglieder 12 zu ändern mit.
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Wird jedoch nur eines der walzenförmigen Übertragungselemente 8 in den 25 und 26 entlang der Pfeilrichtung 65 angetrieben, dann wird auch nur ein Schaltglied 12 in Pfeilrichtung 36 bewegt. Hierdurch stehen die Öffnungen 29 einander nicht länger parallel gegenüber und der Verbindungssteg 33 des Lagesensors 64 wird nur einseitig bewegt. Die beiden Positionsstifte 34 halten Lagesensor 64 gegenüber den Schaltgliedern 12 in Position. Da aber eines der beiden Schaltglieder 12 angetrieben wird und sich dadurch verschiebt, wird auch der Verbindungssteg 33 des Lagesensors 64 mitgeführt und steht gegenüber den Schaltgliedern 12 nicht länger gradwinklig, was man sehr gut an dem Niveauunterschied 57 der beiden Schaltglieder 12 erkennt. Die Blockierstifte 35 sind dabei so lang, dass sie durch die Öffnungen 29 hindurch ragen und an der dem Verbindungssteg 33 jeweils abgewandten Seite des Schaltgliedes 12 hinaus ragen. Da der Verbindungssteg 33 nicht länger gradwinklig gegenüber den Schaltgliedern 12 steht, ragt an jeder Außenseite der Schaltglieder 12 einer der Blockierstifte 35 weiter nach außen als der andere der jeweiligen Seite, in der 26 sind dies der rechte untere sowie der linke obere Blockierstift 35.
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An den den Blockierstiften 35 gegenüberliegenden Gehäusewänden 11 befinden sich nutartige Eingriffe 37, die ein Sperrstück 67 bilden, mit denen die Blockierstifte bei ungleichmäßiger Bewegung der Schaltglieder in Eingriff geraten. Wenn nämlich der Verbindungssteg 33 geradwinklig gegenüber den Schaltgliedern 12 steht, berühren die Blockierstifte 35 und die Eingriffe 37 einander nicht. Schließt der Verbindungssteg 33 des Lagesensors 64 jedoch mit den Schaltgliedern 12 einen Winkel ein, dann ragt, wie in 26 gezeigt, an jeder Seite einer der Blockierstifte 35 weiter aus den Schieberblechen der Schaltglieder 12 hinaus und berührt die Rillen 3) (26). Dies wiederum verhindert die freie Bewegung des angetriebenen Schaltgliedes 12 und verhindert somit eine weitere Rotation der walzenförmigen ersten Übertragungselemente 8 entlang der Pfeilrichtung des Pfeils 65. Hierdurch wird verhindert, dass ein Betätiger 13, 14 gesteckt oder entnommen werden kann.
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Der Lagesensors 64 kann als Diagnoseelement auch andersförmig ausgeführt werden. Beispielsweise kann er, wie in den 27 und 28 zu erkennen, eine Kreuzform haben. An diesem kreuzförmigen Verbindungsteg 38 ist an den gegenüberliegenden Sensorbereichen 63 der Schaltglieder 12 jeweils nur eine Öffnung 29 mit einem Positionsstift 34 belegt. In einem mittleren Bereich des Verbindungsstegs 38 des Lagesensors 64 stehen von diesem an einander gegenüberliegenden Stellen des Verbindungsstegs 33 Arme 39 ab, die an ihren freien Enden mit Vorsprüngen 40 versehen sind. Zusammen mit dem Querschnitt des Verbindungsstegs 33 bilden die in Richtung auf die gleiche Gehäusewand vorspringenden Arme 39 ein gekrümmtes Blockiermittel. Die an den freien Enden der Arme 39 befindlichen Vorsprünge 40 sind bezüglich der Öffnungen 29 der Sensorbereiche 63 der Schaltglieder also exzentrischen angeordnet. Die Vorsprünge 40 sind dabei so gestaltet, dass sie bei synchroner Bewegung der Schaltglieder 12 frei durch eine Nut 41 in der gleichen Gehäuseinnenwand 11 laufen können, wie es die 27 zeigt. An der inneren Seite dieser Nut 41 befinden sich Nutrillen 42. Diese Nutrillen 42 sind so gestaltet, dass sich die Vorsprünge 40 in ihnen verhaken können, wie man der 28 entnimmt. Dies funktioniert im Prinzip identisch wie bei dem ersten Verbindungsstegs 33. Vorteil des kreuzförmigen Verbindungsstegs 38 ist dabei, dass dieser gegenüber der ersten Ausführung platzsparender konstruiert und positioniert werden kann. Im Querschnitt ist dieser zweite Verbindungssteg als Lagesensor 64 nochmals in der 42 gezeigt.
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Die Schaltglieder 12 der Sicherheitsschalteranordnung 100 sind so positioniert, dass sie eine Mittellinie 66 entlang der Längserstreckung der Module 1 freilassen, um welche herum sich der lichte Raum 60 des jeweiligen Moduls 1 befindet.
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30 zeigt den Schnitt A-A eines Moduls 1 aus 29. Die Schaltglieder 12 sind so positioniert, dass sie im Querschnitt eine quadratische Anordnung bilden. Zwischen den beiden Schaltglieder 12 befindet sich der lichte Raum 60, in welchem sich zwischen den Enden 44, 45 des Moduls 1 ein elektrischer Steckverbinder 46 erstreckt.
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Der betreffende elektrische Steckverbinder 46 ist in der 36 gezeigt. Dieser elektrische Steckverbinder 46 weist in der gezeigten Form an seinem einen, für den Betrachter der 32 oberen Ende einen männlichen Stecker 47 auf, und an dem anderen, unteren Seite einen weibliche Stecker 43. Der elektrische Steckverbinder 46 erstreckt sich in der 32 von dem für den Betrachter oberen Ende 44 des Moduls bis zu dessen unterem Ende 45.
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Die Schaltglieder 12 und die walzenförmigen ersten Übertragungselemente 8 sind so positioniert, dass sie nicht mit den als Stecker 43, 47 ausgebildeten elektrischen Anschlüssen und dem zugeordneten elektrischen Steckverbinder 46 kollidieren.
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Im 32 wird der Schnitt B-B aus 31 gezeigt. Deutlich sichtbar ist, dass die Schaltglieder 12 neben dem elektrischen Steckverbinder 46 und den zugehörigen weiblichen und männlichen Steckern 43, 47 positioniert sind bzw. beabstandet von diesen verlaufen. Der elektrische Steckverbinder 46 liegt in der Mittelachse 42 des Moduls 1. Hierdurch ist es möglich, den elektrischen Steckverbinder 46 drehbar anzuordnen. welcher Umstand es wiederum erlaubt, die Module 1 in Schritten von 90° winkelbeabstandet in einer Einheit wie sie etwa der 2 zu entnehmen ist, montieren zu können.
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Die 34 zeigt den Schnitt in der Ebene C-C der 33. Die Schaltglieder 12 sind in dieser Ansicht vor und hinter dem elektrischen Steckverbinder 46 angeordnet, der Betrachter schaut auf das ihm zugewandte Schaltglied 12. Der Exzenter des zweiten Übertragungselements 10 befindet sich an der für den Betrachter der 34 linken Seite des Schaltglieds 12, wo er in den Eingriff 21 greift, der sich an einem in diese Richtung vorspringenden Bereich des Schaltglieds 12 befindet. Die 38 zeigt den Schnitt D-D aus 37.
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Die Module 1 sind übereinander angeordnet und mittels der Montageringe 2 an einander befestigt. Die Schaltglieder 12 sind alle übereinander angeordnet und wirken über die parallel zueinander verlaufenden Wirkungslinien 27. Die elektrischen Steckverbinder 46 sind jeweils ebenfalls übereinander angeordnet und miteinander verbunden. Die elektrischen Steckverbinder 46 dienen der Signalweitergabe durch Module 1, die überdies mechanische Funktionen haben. Hierdurch wird es insbesondere gestattet, dass elektrische bzw. elektronische Funktionen beliebig an der Sicherheitsschalteranordnung 100 positioniert werden können. Der elektrische Steckverbinder 46 kann dabei auch unterschiedliche Bauformen haben. Mögliche Formen sind Steckverbinder 46 wie der bereits gezeigte, oder auch als Abschlussverbinder 51 oder als t-förmiger elektrischer Steckverbinder 52, zu sehen in 39.
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Die 39, 40 und 41 zeigen, wie unterschiedliche Module mit unterschiedlichen Funktionen aufgebaut werden können.
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39 zeigt wie ein Schaltermodul 7 unterhalb eines Schlüsselmodul 3 angeordnet und montiert ist. Oberhalb des Schlüsselmoduls 3 ist ein Befehlsfunktionsmodul 9 angeordnet und montiert. Ein Drucktaster 50 ist verbunden mit einem elektrische Abschluss-Steckverbinder 51. Mit diesem ist der elektrische Steckverbinder 46 des Schlüsselmoduls 3 steckend verbunden, und mit diesem an dessen gegenüberliegendem Ende wiederum der t-förmige elektrische Steckverbinder 52 des Schaltermoduls 7 steckend verbunden. Das Schaltermodul 7 weist zwei im Profil in etwa rampenförmige Schaltglieder 12a auf. Neben dessen rampenförmigem beweglichem Blech 53 ist ein Rollenhebelschalter 54 angeordnet. Wenn das rampenförmige Schieberblech 53 in der 39 nach unten bewegt wird, weil es durch das Schaltglied 12 des Schlüsselmoduls 3 nach unten gedrückt wird, wird auch der Rollenhebelschalter 54 geschaltet. Der Rollenhebelschalter 54 wiederum ist verbunden mit dem t-förmigen elektrischen Steckverbinder 52.
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Schalten die Kontakte des Rollenhebelschalters 54, so können dann die Ausgangssignale über die unterschiedlichen elektrischen Steckverbinder 52, 51, 46 an eine übergeordnete, nicht weiter dargestellte Steuerung weiter geleitet werden. Der als Rollenhebelschalter 54 ausgebildete Schalter könnte etwa auch als ein berührungslos wirkender Schalter (Näherungsschalter, RFID, magnetisch oder dergleichen) ausgebildet sein.
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Die Funktionen, die an die unterschiedlichen elektrischen Steckverbinder 46, 51, 52 gekoppelt werden, können unterschiedlicher Art sein. Sie können neben Rollenhebelschalter 54, Näherungsschalter, RFID Schalter, Magnetische Schalter, Drucktaster 50, auch Meldeleuchten 55 oder dergleichen Signalgeber oder beispielsweise auch Verbindungstechnik zu Maschinensteuerungen mittels multicore-Kabel 56 beinhalten.
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Sich den 45–48 zuwendend, erkennt man dort eine alternative Bauform eines Schlüsselmoduls 3''. An diesem als Schlüsselmodul 3'' ausgebildeten Modul 1 ist anstelle der zuvor an Modulen 3, 3', 4 gezeigten Betätigungsöffnung 6 ein Drehschlüsselzylinder 68 angeordnet, dessen Funktion und Bauform in unterschiedlichen Ausführungen wohlbekannt ist, und bei der ein Drehschlüssel 13 eine rotatorische Betätigungsbewegung ausführt, im Gegensatz zu der zuvor gezeigten translatorischen Betätigungsbewegung der Betätiger 13, 13' 14.
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Der gezeigte Drehschlüsselzylinder 68 ist dabei, wie man in den 46 und 48 erkennt, fest mit einer Antriebswelle 69 verbunden. Auf der Antriebswelle 69 wiederum erkennt man ein als Drehscheibe 70 ausgeführtes Getriebeteil 140, das überdies auch einen Kurventrieb 145 bildet, wobei die Antriebswelle 69 das Zentrum der Drehscheibe 70, die drehfest an ihr gelagert ist, axial durchgreift.
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An der Drehscheibe 70 des Kurventriebs 145 finden sich in deren Randbereich zwei einander bezüglich der Scheibenfläche gegenüberliegende Mitnehmeröffnungen 71, die die Drehscheibe 70 in axialer Richtung, parallel zu der Antriebswelle 69, durchtreten.
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Die ersten Übertragungselemente 8' sind in der Ausführung der 45 bis 48 scheibenförmig ausgebildet und sowohl das für den Betrachter obere scheibenförmige Übertragungselement 8' als auch das für den Betrachter untere scheibenförmige Übertragungselement 8' sind verbunden mit dem ihrem jeweiligen Übertragungsglied 135 zugeordneten zweiten Übertragungselement 10'. Die scheibenförmigem ersten Übertragungselemente 8' haben hierbei jeweils einen bolzen- oder stiftförmigen Mitnehmer 74, der von dem jeweiligen ersten Übertragungselement 8' jeweils radial absteht. Dabei ragt jeder der beiden Mitnehmer 74 in eine der Mitnehmeröffnungen 71 der Drehscheibe 70 und durchgreift diese. Bei Bewegung der Drehscheibe 70 sind die Mitnehmer 74 an den Übertragungselemente 8' derart beweglich, dass sie mitgenommen werden und die Bewegung der Drehscheibe 70 mit vollziehen, so dass die Übertragungselemente 8' wiederum eine Drehbewegung um ihre Lagerachse vollziehen.
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Wird nun, wie in den 45 bis 48 gezeigt, der Betätiger 13'' mit der Form eines Drehschlüssels 75 in Pfeilrichtung 76 in die Drehschlüsselöffnung 81 des Drehschlüsselzylinders 68 gesteckt und wird der Drehschlüssel 75 anschließend in der Richtung des Pfeils 77 gedreht, dann dreht sich dadurch auch der Antriebswelle 69 in Pfeilrichtung 77 und damit auch die mit der Antriebswelle 69 drehfest verbundene Drehscheibe 70.
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Die Mitnehmeröffnungen 71 nehmen bei Drehung der Drehscheibe 70 die Mitnehmer 74 mit, wodurch die scheibenförmigen ersten Übertragungselemente 8' in eine gegenläufige rotatorische Bewegung (Pfeilrichtungen 78, 79) versetzt werden. Hierdurch werden die zweite Übertragungselemente 10' auch in eine rotatorische Bewegung versetzt. Identisch zu den Ausführungsformen mit translatorisch wirkenden Betätigern 13, 13' und 14, die teilweise bereits schlüsselförmig ausgebildet sind (13, 13') sind die verwendeten Bauteile im Modul 1 montiert und es werden die Schaltglieder 12, 12a angetrieben und in eine translatorische Bewegung entlang der Pfeilrichtung 80 versetzt.
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Nicht gezeigt ist in den Figuren eine zweckmäßige Verbindung zwischen den ersten Übertragungselementen 8' und der Drehscheibe 70 als Kurventrieb 145 eines Getriebeteils 140, die vorteilhaft auch als Zahnraddtrieb ausgebildet sein kann.
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Demnach betrifft die vorstehend beschriebene Erfindung eine Sicherheitsschalteranordnung 100 mit einer Schaltereinrichtung 120 mit zumindest einem Schaltglied 12, 12a sowie wenigstens einer Betätigungseinrichtung 110 mit wenigstens einem zugeordneten Betätiger 13, 13', 14, wobei zwischen der Betätigungseinrichtung 110 und der Schaltereinrichtung 120 eine Übertragungseinrichtung 130 mit wenigstens einem Übertragungsglied 135 vorgesehen ist, welches einerseits mit dem Schaltglied 12, 12a und andererseits mit dem wenigstens einen Betätiger 13, 13' 14 kuppelbar oder gekuppelt ist.
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Um eine Sicherheitsschalteranordnung 100 zur Verfügung zu haben, bei dem ein mechanischer Fehler nicht zum Versagen der Funktion führt, welches gegebenenfalls die Integration einer Diagnosefunktion gestattet, um bei Fehlerdetektion das System in einen sicheren Zustand bringen zu können und das eine Weitergabe sowohl mechanischer, als auch elektrischer/elektronischer Funktionen über das ganze System gestattet, ist die Übertragungseinrichtung 120 mit einer Mehrzahl separater Übertragungsglieder 135 versehen, die bei Betätigung des wenigstens einen Betätigers 13, 13', 14 der Betätigungseinrichtung 110 unabhängig voneinander synchron antreibbar oder angetrieben sind, und jedes der Übertragungsglieder 135 setzt eine Betätigungsbewegung des wenigstens einen Betätigers 13, 13', 14 über eine rotatorische Bewegung in eine translatorische Bewegung je eines separaten Schaltgliedes 12, 12a der Schaltereinrichtung 120 um.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Modul
- 2
- Montagering
- 3, 3'
- Schlüsselmodul
- 4
- Betätigermodul
- 5
- Anschlussstück
- 6
- Betätigungsöffnung an Modul
- 7
- Schaltermodul
- 8, 8'
- erstes Übertragungselement
- 9
- Befehlsfunktionsmodul
- 10, 10'
- zweites Übertragungselement
- 11
- Modulgehäuse
- 12, 12a
- Schaltglied
- 13, 13'
- schlüsselförmiger Betätiger
- 14
- Betätiger
- 15
- Betätigerteil
- 16
- Betätigerabschnitt
- 17
- Eingriff eines ersten Übertragungselements
- 18
- Pfeilrichtung
- 19
- Pfeilrichtung
- 20
- Pfeilrichtung
- 21
- Eingriff
- 22
- Schwenkachse
- 26
- Schaltvorsprung
- 27
- Spielraum
- 28
- Freiraum
- 29
- Öffnung
- 30
- Pfeilrichtung
- 31
- Pfeilrichtung
- 33
- Verbindungssteg
- 34
- Pfeilrichtung
- 36
- Pfeilrichtung
- 37
- nutartiger Eingriff
- 38
- Verbindungssteg
- 39
- Arm
- 40
- Vorsprung
- 41
- Nut
- 42
- Nutrille
- 43
- weiblicher Stecker
- 46
- elektrischer Steckverbinder
- 47
- männlicher Stecker
- 50
- Drucktaster
- 51
- Abschlussverbinder
- 52
- t-förmiger Steckverbinder
- 53
- rampenförmiges Blech
- 54
- Rollenhebelschaltere
- 55
- Meldeleuchte
- 56
- multicore-Kabel
- 57
- Niveauunterschied
- 60
- lichter Raum
- 61
- Wirkungslinie von Schaltvorsprüngen
- 63
- Sensorbereich
- 64
- Lagesensor
- 65
- Pfeilrichtung
- 66
- Mittellinie
- 67
- Sperrstück
- 68
- Drehschlüsselzylinder
- 69
- Antriebswelle
- 70
- Drehscheibe
- 71
- Mitnehmeröffnung
- 74
- Mitnehmer
- 76
- Pfeilrichtung
- 77
- Pfeilrichtung
- 78
- Pfeilrichtung
- 79
- Pfeilrichtung
- 80
- Pfeilrichtung
- 81
- Drehschlüsselöffnung
- 100
- Sicherheitsschalteranordnung
- 110
- Betätigungseinrichtung
- 120
- Schaltereinrichtung
- 130
- Übertragungseinrichtung
- 135
- Übertragungsglied
- 140
- Getriebeteil
- 145
- Kurventrieb
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- US 5821484 A [0003]
- US 102150230 A [0003]
- GB 2305964 A [0003]
- US 4658102 A [0003]
- DE 102009053717 A1 [0003]
- US 2003/140669 A1 [0005]
- EP 1489694 A1 [0006]
- EP 1984932 A1 [0007]
- DE 102011121235 A1 [0008]
