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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Schutzvorrichtung für eine mit einem Arbeitswerkzeug ausgestattete Maschine, deren Ziel es ist, die Sicherheit im Umfeld der Maschine selbst zu erhöhen.
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Im Einzelnen betrifft die Erfindung eine Schutzvorrichtung für eine Werkzeugmaschine, die konzipiert und hergestellt wurde, um das Maschinenumfeld zu schützen und abzusichern, in dem sich eine zuständige Bedienperson aufhalten kann, um die Kontrolle des Maschinenbetriebs auch dann zu ermöglichen, wenn die Schutzvorrichtung geschlossen ist und keinen Zugang zu der im Betrieb befindlichen Maschine erlaubt.
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Die nachfolgende Beschreibung bezieht sich auf eine Werkzeugmaschine im Allgemeinen, da die hierin beschriebene und beanspruchte Schutzvorrichtung bestens geeignet ist, an viele verschiedene Anwendungsumgebungen angepasst zu werden, und daher nicht als auf diese spezifische Anwendung beschränkt anzusehen ist.
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Wie hinreichend bekannt, muss eine Werkzeugmaschine, die ein Bearbeitungszentrum darstellt und beispielsweise numerisch gesteuert und/oder robotergestützt sein kann, aus Gründen der Sicherheit und angesichts der derzeit geltenden Vorschriften und Normen, zwingenderweise mit geeigneten Sicherheitssystemen ausgerüstet sein.
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In der Praxis wird die Werkzeugmaschine im Allgemeinen mit einer äußeren Schutzeinrichtung ausgestattet, die absolut sichere Bedingungen für Personen oder Sachen gewährleisten, die sich im näheren Umfeld der in Betrieb befindlichen Maschine aufhalten oder dieses durchqueren, egal ob in Erfüllung bestimmter zugewiesener Aufgaben oder auch nur zufällig.
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Es handelt sich somit darum, entlang des gesamten Umfangs des Bearbeitungszentrums eine Schutzbarriere zu verwirklichen, die den Arbeitsbereich der Maschine von der Außenumgebung trennt, um Personen vor evtl. herausgeschleuderten Werkzeugen, Werkzeugteilen, Werkstücken, Werkstückteilen und dergleichen zu schützen.
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Es gibt verschiedene Arten von Schutzeinrichtungen, mit Gittern oder Vollverschluss, von denen einige die Verwirklichung einer geschlossenen Gehäusestruktur vorsehen, welche die Werkzeugmaschine vollständig umgibt und die auf einer oder mehreren Seiten geöffnet werden kann, beispielsweise mit einem verschiebbaren Element.
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Das verschiebbare Element kann aus einem Rollladen bestehen, der aus einer Abfolge von Stäben gebildet wird, der in speziellen Führungen läuft, die entlang der Ränder der für die Öffnung bestimmten Seite oder Seiten angebracht sind, und der auf eine motorbetriebene Welle aufrollbar ist.
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Es ist hervorzuheben, dass in diesem Fall die Notwendigkeit seitens der zuständigen Bedienperson besteht, den Innenraum der geschlossenen Struktur einsehen zu können, um den Betrieb der enthaltenen Maschine überwachen zu können. Dieses Problem könnte durch Anbringen von Videokameras an geeigneten Stellen innerhalb der Struktur gelöst werden.
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Allerdings erweist sich diese Lösung als kostspielig und wenig praktisch, da Videokameras von guter Qualität einen gewissen Platzbedarf und für ihren Betrieb eine angemessene Schaltungstechnik erfordern.
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Daher werden wirtschaftlichere aber ebenso effiziente Lösungen bevorzugt. Entlang der Ausdehnung eines Stabes oder mehrerer der Stäbe, beispielsweise auf einigen aufeinanderfolgenden Stäben, sind Schlitze angefertigt, die Einblick in den Bereich innerhalb der Schutzvorrichtung gewähren, in dem die Werkzeugmaschine arbeitet.
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Tatsächlich ist der Einblick nicht immer möglich oder zumindest nicht optimal, da die aus Metall gefertigten Stäbe keine ausreichende Beleuchtung des Innenraums ermöglichen, auch nicht unter Ausnutzung der Schlitze, die selbstverständlich von begrenzter Größe sind.
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Die Schrift
EP 3 623 688 A1 beschreibt eine Abdeckvorrichtung für eine Werkzeugmaschine, mit einem Abdeckelement, an dem eine Beleuchtungsvorrichtung, wie z. B. eine LED, angebracht werden kann.
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Angesichts der obigen Ausführungen besteht ein Ziel der vorliegenden Erfindung in der Ausstattung einer Werkzeugmaschine mit einer Schutzvorrichtung, die den für Werkzeugmaschinen geltenden Sicherheitsnormen entspricht und die Nachteile der bekannten Schutzvorrichtungen beseitigt, indem sie eine optimale Ausleuchtung des geschützten Innenbereichs auch dann ermöglicht, wenn das Öffnungs- und Zugangssystem der Maschine vollständig geschlossen ist und die Maschine im Vollbetrieb läuft, so dass der zuständigen Bedienperson die effiziente Überwachung ermöglicht wird.
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Ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein Beleuchtungssystem der oben erläuterten Art auf funktionelle Weise zu verwirklichen, ohne dass dadurch Risiken im Hinblick auf die Metallkonstruktion der Schutzvorrichtung entstehen.
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Ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung ist die Bereitstellung einer Schutzvorrichtung, bei der die Versorgung des Beleuchtungssystems sicher und funktional gestaltet ist, unter Verwendung geschützter und betriebssicherer Vorrichtungen.
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Ein noch weiteres Ziel der Erfindung besteht darin, eine Schutzvorrichtung bereitzustellen, bei der das Aufrollen des Verschlusselements stets zuverlässig und mühelos erfolgt, ohne Verklemmen oder Fehlpositionierung der Komponenten.
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Außerdem ist es ein Ziel der Erfindung, die Möglichkeit der Verstärkung des Verschlusselements vorzusehen, um den Schutz vor unerwünschten Ereignissen zu erhöhen.
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Diese und weitere Ergebnisse werden erfindungsgemäß mit einer Werkzeugmaschine erreicht, die mit einer Schutzvorrichtung ausgestattet ist, die gemäß den nachfolgenden Patentansprüchen verwirklicht wurde.
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Die technischen Merkmale der Erfindung und ihre Vorteile gehen aus der nachfolgenden Beschreibung einer bevorzugten, jedoch keineswegs einschränkenden Ausführungsform hervor. Diese Beschreibung wurde mit Bezug auf die beigefügten Zeichnungen erstellt, die ebenfalls als rein beispielhaft und nicht einschränkend anzusehen sind. Hierbei zeigen:
- 1 eine Schutzvorrichtung, die eine den Arbeitsbereich begrenzende äußere Gehäusestruktur umfasst;
- 2 die Schutzvorrichtung von 1, wobei eine Wand entfernt wurde, um den inneren Arbeitsbereich und die darin untergebrachten Vorrichtungen deutlicher hervorzuheben;
- 3 ein Detail der Gehäusestruktur der Schutzvorrichtung;
- 4, 5 und 6 verschiedene Details der erfindungsgemäßen Schutzvorrichtung;
- 7 und 8 besondere schwimmend gelagerte elektrische Kontakte, die bei der Umsetzung der vorliegenden Erfindung zum Einsatz kommen;
- 9 und 10 speziellere Details der schwimmend gelagerten elektrischen Kontakte der 7 und 8;
- 11A und 11B jeweils in perspektivischer Ansicht und im Längsschnitt ein relevantes Detail der Erfindung.
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Mit Bezug auf die beigefügten Figuren, insbesondere die 1 und 2, wird mit der Bezugsnummer 1 eine geschlossene äußere Gehäusestruktur bezeichnet, die geeignet ist, einen Arbeitsbereich L innerhalb der erfindungsgemäßen Schutzvorrichtung zu definieren.
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Im Arbeitsbereich L eingeschlossen befindet sich ein Werkzeug bekannter Art und daher in den Figuren nicht dargestellt, wie beispielsweise ein numerisch gesteuertes oder robotergestützes Werkzeug, das in der Lage ist, autonom zu arbeiten und Bearbeitungen auszuführen.
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Die aus Metall, beispielsweise Aluminium, hergestellte äußere Gehäusestruktur 1 weist im Wesentlichen die Form eines Parallelepipeds auf und ist aus miteinander verbundenen Platten konstruiert.
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An der Gehäusestruktur 1 sind die obere Wand PS und eine daran angrenzende Wand, zum Beispiel die vordere Wand PF, offen ausgeführt, um den Zugang zu dem von der äußeren Gehäusestruktur 1 umschlossenen Arbeitsbereich L zu ermöglichen.
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Es ist zu beachten, dass in der hier beispielhaft und nicht einschränkend beschriebenen Ausführungsform zwei aneinander angrenzende offene Wände vorgesehen sind, die Erfindung aber auch praktisch anwendbar ist, wenn nur eine der Wände offen ist, entweder die obere Wand, die sich in waagrechter Richtung erstreckt, oder die vordere oder eine seitliche Wand, die sich dagegen in senkrechter Richtung erstreckt.
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Die offenen Wände PS und PF sind entlang ihrer Ränder mit einer Nut 6 versehen, in der die einander gegenüberliegenden Enden der Stäbe 4 gleitbar eingeführt sind, die ein Verschlusselement 2 bilden, das dafür vorgesehen ist, horizontal entlang der oberen Wand PS und vertikal entlang der vorderen Wand PF zu laufen.
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Das Verschlusselement 2 bildet auf diese Weise einen Rollladen 3, der aus einer Abfolge von Stäben 4 gefertigt ist, die entlang ihren Seiten mit der größeren Ausdehnung gelenkig miteinander verbunden sind, und der auf eine motorbetriebene Welle 5 aufrollbar ist, die in der oberen hinteren Ecke der Gehäusestruktur 1 angeordnet ist (3).
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Gemäß der hier beschriebenen konstruktiven Gestaltung wird der Rollladen 3 gleitbar von der äußeren Gehäusestruktur 1 getragen und wirkt mit dieser zusammen, um die offenen Wände PF und PS der äußeren Gehäusestruktur 1 zu verschließen oder offen zu lassen.
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An einem oder mehreren der Stäbe 4 ist eine Beleuchtungsvorrichtung 7 angebracht (befestigt).
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Vorzugsweise ist die Beleuchtungsvorrichtung 7 angeordnet, um, wenn sich der Rollladen 3 im Geschlossenzustand der Wände PF und PS befindet, den von der äußeren Gehäusestruktur 1 umschlossenen Arbeitsbereich L zu beleuchten.
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Gemäß einer Ausführungsvariante ist die Beleuchtungsvorrichtung 7 angeordnet, um den Bereich außerhalb des Arbeitsbereichs L zu beleuchten (das heißt zur Beleuchtung der Umgebung, in der sich die Bedienperson während der Bearbeitung aufhält).
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Vorteilhafterweise könnte auf diese Weise die Beleuchtungsvorrichtung 7 als Meldeleuchte verwendet werden.
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Vorzugsweise ist die Beleuchtungsvorrichtung 7 in diesem Fall dafür konfiguriert, Licht in mehreren Farben, d. h. mit unterschiedlicher Wellenlänge, auszusenden, um Meldungen für die Bedienperson bereitstellen zu können (z. B. „Rot“: Maschine im Bearbeitungsbetrieb, „Grün“: Maschine nicht im Bearbeitungsbetrieb).
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Genauer gesagt ist gemäß der dargestellten Ausführungsform anzunehmen, dass die Stäbe 4, die den Rollladen 3 bilden, hohl sind und im Inneren die Beleuchtungsvorrichtung 7 enthalten, angebracht an einer der Außenseite der äußeren Gehäusestruktur 1 zugewandten Wand 8.
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Ohne deswegen den Schutzumfang einzuschränken, besteht die Beleuchtungsvorrichtung 7 in diesem Fall aus einer LED-Zeile, die sich ausgehend von einem Ende des Stabes 4 bis zum gegenüberliegenden Ende erstreckt (5 und 6).
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Die bezogen auf den Arbeitsbereich L weiter innen liegende Wand 28 des Stabes weist Öffnungen 9 auf, um die Beleuchtung des Arbeitsbereichs L durch die LED-Zeile 7 zu ermöglichen, wenn diese aktiviert ist.
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Um die Verschmutzung oder eventuelle Beschädigung der LED-Zeile 7 zu vermeiden, sind die Öffnungen 9 mit speziellen transparenten Abschirmungen 25 abgedeckt, wie beispielsweise Plättchen aus transparentem Kunststoff oder Glas.
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Auf diese Weise wird eine Art Deckenleuchte gebildet, bestehend aus dem Stab 4, der in seinem Inneren die LED-Zeile 7 enthält.
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Zu beachten ist, dass die Beleuchtung 7 allgemein von jeder denkbaren Gattung sein könnte (Halogen-, LED-, Glüh-, Neonlampe usw.).
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Die nachfolgende Beschreibung bezieht sich also, jedoch ohne Einschränkung der Allgemeinheit, auf die LED-Zeile 7.
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Zur Versorgung der LED-Zeile 7 eines jeden damit ausgestatteten Stabes 4 ist das Verschlusselement 2, d. h. der Rollladen 3, an den einander gegenüberliegenden Enden des Stabes 4 mit schwimmend gelagerten elektrischen Verbindern 10 versehen, die in den 7, 8, 9 und 10 deutlich sichtbar und im Detail in den 11A und 11B dargestellt sind.
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Die schwimmend gelagerten elektrischen Verbinder 10 sind elektrisch mit Klemmen zur Aktivierung 11 der jeweiligen LED-Zeilen 7 verbunden und können in Kontakt mit entsprechenden Versorgungsklemmen 12 treten, die in der Nut 6 (7) als Kupfer-Leiterbahnen 12 ausgebildet sind, auf denen die schwimmend gelagerten elektrischen Verbinder 10 schleifen.
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Die Versorgungsklemmen 12, die von den mit der Versorgung verbundenen Kupfer-Leiterbahnen gebildet werden, sind in den Zonen Z angeordnet, in denen der Stab oder die Stäbe 4, auf dem/denen die LED-Zeilen der Beleuchtungsvorrichtung 7 vorhanden sind, angeordnet werden, wenn sich der Rollladen 3 im Geschlossenzustand befindet.
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Die schwimmend gelagerten elektrischen Verbinder 10 können verschiedener Art sein; im vorliegenden Fall bestehen die schwimmend gelagerten elektrischen Verbinder 10, ohne den Schutzumfang der vorliegenden Erfindung einzuschränken, aus einem speziell geformten Blech 13, dessen eines Ende schwenkbar auf einem Zapfen 20 angelenkt ist, der an den einander gegenüberliegenden Seiten einer Aufnahme 14 befestigt ist, in der sich eine Feder 15 befindet, die das freie Ende des Blechs 13 zur Außenseite der Aufnahme 14 hin schiebt.
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Die elastische Gegenwirkung der Feder 15 hält den entsprechenden schwimmend gelagerten Verbinder 10 gegen die entsprechende Versorgungsklemme 12 gedrückt.
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Diese Konfiguration ermöglicht die Herstellung eines optimalen Kontakts zwischen den schwimmend gelagerten elektrischen Verbindern 10 und den entsprechenden Versorgungsklemmen 12.
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Falls die Bewegung des Rollladens nur entlang einer senkrechten Wand PF vorgesehen ist, wäre die Aufrollwelle 5 ausreichend, um das Öffnen und Schließen der Schutzvorrichtung zu definieren.
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Im vorliegenden Fall, in dem sich der Rollladen 3 auch entlang einer Wand PS bewegen muss, die sich in waagrechter Richtung erstreckt, ist es hingegen erforderlich, dem Teil des Rollladens 3 der sich in waagrechter Richtung erstreckt, eine Antriebsbewegung zu erteilen, um unerwünschte Verklemmungen und Beanspruchungen der Stäbe 4 zu vermeiden.
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Zu diesem Zweck sieht die vorliegende Erfindung motorbetriebene Ritzel 17 vor (vorzugsweise eines pro Seite, allgemeiner zumindest eines).
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Entlang der Ränder des Rollladens 3 sind ebenso viele Ketten 16 angebracht, die entsprechende Glieder 19 aufweisen, die miteinander verbunden und an einander gegenüberliegenden Enden der Stäbe 4 angebracht sind, die das Mitnehmen des Rollladens 3 ermöglichen.
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Genauer gesagt ist es mittels der motorbetriebenen Ritzel 17 möglich, die Ketten 16 auch in dem waagrechten Teil des Laufweges des Rollladens 3 mitzunehmen, das heißt wenn keiner oder wenige der Stäbe senkrecht angeordnet sind (in dieser Situation kann das Gewicht der Stäbe nicht an der Bewegung mitwirken).
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Die Ritzel 17 gelangen jeweils mit den entsprechenden Ketten 16 in Eingriff und wirken mit der Aufrollwelle 5 zusammen, um den Rollladen 3 wirksam zu bewegen.
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Vorteilhafterweise ist der Platzbedarf der Ketten 16, in der Höhe (das heißt in orthogonaler Richtung zum Verlauf der Kette), geringer als die Höhe der Stäbe: auf diese Weise kollidiert beim Aufrollen die Kette 16 nicht mit der Anordnung der Stäbe, da ihr Platzbedarf in der Höhe gleich oder kleiner dem der Stäbe ist und die Kette 16 daher auf die Welle aufgerollt werden kann, ohne in irgendeiner Weise mit den Stäben zu kollidieren.
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Dabei ist zu beachten, dass, in Anbetracht des Vorhandenseins der Ketten 16, die schwimmend gelagerten elektrischen Verbinder 10 außerhalb der Ketten 16 selbst angeordnet sind und, auf beiden Seiten des Stabes 4, zu dem sie gehören, über einen Leiterstift 18, der durch den Scharnierpunkt zwischen zwei aufeinanderfolgenden Gliedern 19 der entsprechenden Kette 16 verläuft, elektrisch mit den Klemmen zur Aktivierung 11 der entsprechenden Beleuchtungsvorrichtung 7 (LED-Zeile) verbunden sind.
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Um Verklemmungen oder Verwirrungen aufgrund des Platzbedarfs der Ketten 16 zu vermeiden, weisen die entlang der Seiten des Rollladens 3 angebrachten Ketten 16 eine Breite ihrer Glieder 19 auf, die gleich oder kleiner ist als der Abstand zwischen den einander gegenüberliegenden Wandflächen 8, 28 der Stäbe 4, aus denen der Rollladen 3 besteht, so dass diese nicht über die Verlängerung der Wandflächen 8, 28 herausragen.
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Diese Eigenschaft ist besonders wichtig, da eine Kette mit zu breiten Gliedern dazu neigen würde, beim Aufrollen des Rollladens 3 aufgerollte Elemente zu erzeugen, deren Durchmesser größer als der des Rollladens 3 ist, was zu Asymmetrien und ungleichmäßigem Aufrollen führen würde.
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Die Stäbe 4 sind, ebenso wie die äußere Gehäusestruktur 1, aus Metall hergestellt, der Leichtigkeit wegen insbesondere aus Aluminium.
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Es kann daher wünschenswert sein, deren Robustheit zu erhöhen, um die Durchschlagbeständigkeit des Rollladens 3 für den Fall zu erhöhen, dass ein Werkzeug oder ein Werkstück versehentlich herausgeschleudert werden und die Sicherheit der Personen gefährden könnte, die sich in Ausübung ihrer Arbeitstätigkeit oder auch zufällig in der Umgebung der Werkzeugmaschine aufhalten.
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Zu diesem Zweck weist jeder Stab, in der Nähe einer oder beider der einander gegenüberliegenden Wandflächen 8, 28 und an den Stellen der scharnierbeweglichen Verbindung mit den benachbarten Stäben 4, Nischen 22 auf, die sich in Längsrichtung entlang der Stäbe 4 erstrecken.
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In diese Nischen 22 können die Ränder von Verstärkungsplatten 23 eingeführt werden, die aus demselben Werkstoff bestehen wie die Stäbe 4, oder vorteilhafter aus einem widerstandsfähigeren Werkstoff, wie beispielsweise Stahl.
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Die Nischen 22 können jeweils durch einen Flügel 24 erhalten werden, der sich von dem Scharniergelenkpunkt aus parallel zur entsprechenden Wandfläche 8, 28 des Stabes 4 erstreckt, und/oder durch die Wand 26, die von dem Scharniergelenk selbst gebildet wird.
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An einem oder mehreren der Stäbe 4, aus denen der Rollladen 3 besteht, sind Schlitze 29 auf beiden Wandflächen 8, 28 vorgesehen, die dazu dienen, ein oder mehrere Sichtfenster zur Beobachtung des internen Arbeitsbereichs L zu bilden.
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Es ist ersichtlich, dass dank der vorliegenden Erfindung die in der Prämisse dargelegten Ziele erreicht werden.
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Die Werkzeugmaschine wird mit einer Schutzvorrichtung ausgestattet, die den für Werkzeugmaschinen geltenden Sicherheitsnormen entspricht, die Nachteile der bekannten Schutzvorrichtungen beseitigt und eine optimale Ausleuchtung des geschützten Innenbereichs ermöglicht.
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Die Vorkehrung, die LED-Zeile in den als Abschluss dienenden Rollladen zu integrieren, ermöglicht die optimale Beleuchtung des Arbeitsbereichs eben in Blickrichtung der Bedienperson, der den Bereich durch ebenfalls im Rollladen verwirklichte Schlitze hindurch beobachtet.
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Die optimale Einsichtnahme in den Arbeitsbereich L innerhalb der äußeren Gehäusestruktur ist auch dann gewährleistet, wenn das Öffnungs- und Zugangssystem der Maschine völlig geschlossen ist und die Maschine im Vollbetrieb läuft, so dass der zuständigen Bedienperson die effiziente Überwachung unter absolut sicheren Bedingungen ermöglicht wird.
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Es wird ein funktionales Beleuchtungssystem verwirklicht, ohne dass dadurch Risiken im Hinblick auf die Metallkonstruktion der Schutzvorrichtung entstehen.
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Die Versorgung des Beleuchtungssystems ist sicher und funktional gestaltet, unter Einsatz geschützter und betriebssicherer Vorrichtungen.
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In der erfindungsgemäßen Schutzvorrichtung erfolgt das Aufrollen des Verschlusselements, d. h. heißt des Rollladens 3, stets zuverlässig und mühelos, ohne Verklemmen oder Fehlpositionierung der Komponenten, da die Mitnehmerketten des Rollladens angemessen dimensioniert sind.
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Schließlich kann der Rollladen 3 ohne großen Aufwand verstärkt werden, um die Durchschlagbeständigkeit mit Hilfe von Platten zu erhöhen, mit denen Dicke der Wände vergrößert wird.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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