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Die vorliegende Erfindung betrifft
eine Schalteinrichtung mit einem Schalter, einem Betätigungselement
für den
Schalter und mindestens einem bruchgefährdeten Wirkelement,
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der Schalter an einem Grundkörper
einer Anlage und das Betätigungselement
an einem Zusatzelement der Anlage anordenbar sind,
- – wobei
der Schalter, das Betätigungselement
und das Wirkelement bei nicht gebrochenem Wirkelement derart zusammenwirken,
dass beim Überführen des
Betätigungselements
in eine Schaltstellung zwangsweise ein Schaltkontakt des Schalters
geöffnet
wird.
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Sie betrifft ferner eine Anlage mit
einer derartigen Schalteinrichtung.
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Bei Maschinen und Anlagen werden
oftmals Sicherheitsschalter eingesetzt, welche bewegliche Schutzeinrichtungen
wie z. B. Türen
oder Abdeckungen überwachen.
Diese Schutzeinrichtungen trennen Mensch und Maschine (bzw. Anlage)
zum gegenseitigen Schutz voneinander. Der an der Maschine montierte
Sicherheitsschalter weist in der Regel einen sogenannten Antriebskopf
mit einer Aufnahme auf, die ein an der Abdeckung montiertes separates
Betätigungselement,
oftmals auch Schlüssel
genannt, beim Schließen
der Abdeckung aufnimmt. Ein so betätigter Sicherheitsschalter
ermöglicht
durch Schließen
eines Kontakts den Betrieb der Maschine. Umgekehrt wird beim Öffnen der
Tür oder
der Abdeckung, also dem Herausziehen des Betätigungselements aus der Aufnahme,
der Kontakt wieder zwangsweise geöffnet. Es wird also ein Stromkreis geöffnet, so
dass die zu überwachende
Maschine bzw. Anlage in einen sicheren Zustand überführt oder abgeschaltet werden
kann.
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Ein Brechen des Betätigungselements
z. B. durch äußere mechanische
Einflüsse
oder Materialermüdung
wird durch das System bei den normalen Sicherheitsschaltern des
Standes der Technik nicht erkannt. In diesem Fall kann die Schutzeinrichtung geöffnet werden,
ohne dass die zu überwachende Anlage
zwangsweise in den sicheren Zustand überführt bzw. abgeschaltet wird.
Daraus kann eine erhebliche Gefahr für eine Bedienperson und/oder
die Maschine bzw. Anlage entstehen.
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Auch ein Brechen anderer bruchgefährdeter Bauteile,
beispielsweise eines Schaltrades, über das das Betätigungselement
auf den Schaltkontakt einwirkt, oder des Antriebskopfes, kann mittels
der im oben genannten Stand der Technik beschriebenen Maßnahmen
nicht erkannt werden.
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Aufgrund dieser Risiken müssen Schutzeinrichtungen
höherer
Sicherheitskategorie immer redundant zwei derartige Sicherheitsschalter
aufweisen, so dass bei einem eventuellen Fehler des einen Sicherheitsschalters
ein Öffnen
der Tür
bzw. Abdeckung dennoch erkannt und die Anlage daraufhin in den sicheren
Zustand überführt werden
kann. Darüber
hinaus werden, um einen Bruch des Betätigungselements zu vermeiden,
die Betätigungselemente oftmals
aus teuren Stahl-/Kunststoff-Kombinationen oder aus Gusseisen hergestellt.
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Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung
besteht darin, eine gattungsgemäße Schalteinrichtung und
eine korrespondierende Anlage mit einer Schalteinrichtung derart
weiterzuentwickeln, dass auf einfache Weise ein Brechen des bruchgefährdeten
Wirkelements mit Sicherheit erkannt wird.
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Die Aufgabe wird dadurch gelöst, dass
das Wirkelement derart ausgebildet ist, dass es in einen Stromkreis
einschleifbar ist, so dass der Stromkreis durch einen Bruch des
Wirkelements unterbrochen wird.
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Wenn der Schalter und das Wirkelement
derart ausgebildet sind, dass der Schaltkontakt in den in das Wirkelement
einschleifbaren Stromkreis eingeschleift ist, wird das Wirkelement
beim Anschließen des
Schaltkontakts automatisch in den selben Stromkreis eingeschleift.
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Üblicherweise
weist der Schalter einen Stößel auf, über den
der Schaltkontakt betätigbar
ist. Das Betätigungselement
wiederum wirkt in der Regel über
ein schalterfest angeordnetes Schaltrad auf den Stößel ein.
Das bruchgefährdete
Wirkelement kann beispielsweise der Antriebskopf, der Stößel, das Schaltrad
oder auch das Betätigungselement
selbst sein.
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Wenn der Schalter eine Aufnahme für das Betätigungselement
aufweist, aus der das Betätigungselement
beim Überführen in
die Schaltstellung bei nicht gebrochenem Wirkelement entfernt wird, und
in der Aufnahme mindestens ein Kontakt angeordnet ist, so dass der
Stromkreis auch durch das Entfernen des Betätigungselements aus der Aufnahme
als solches unterbrochen wird, ergibt sich eine noch größere Sicherheit.
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Wenn das Wirkelement mindestens eine Sollbruchstelle
aufweist und zumindest im Bereich der Sollbruchstelle in den Stromkreis
eingeschleift ist, ergibt sich eine noch höhere Sicherheit bezüglich des
Erkennens eines Wirkelementbruchs.
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Wenn der Schalter mindestens einen
weiteren Schaltkontakt aufweist, der zusammen mit dem erstgenannten
Schaltkontakt betätigbar
ist, kann beispielsweise der Sollschaltzustand des erstgenannten Schaltkontakts
als solcher erfasst werden. Somit kann beispielsweise ein Unterbrechen
des Stromkreises durch den Schaltkontakt von einem Unterbrechen
des Stromkreises durch ein Brechen des Wirkelements unterschieden
werden.
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Wenn der weitere Schaltkontakt beim Überführen des
Zusatzelements in die Schaltstellung bei nicht gebrochenem Wirkelement
einen weiteren Stromkreis zwangsweise unterbricht, ist der Schalter zweikanalig
ausgebildet. In diesem Fall ist es insbesondere möglich, dass
das Wirkelement derart ausgebildet ist, dass es in einen weiteren
Stromkreis einschleifbar ist, so dass auch der weitere Stromkreis durch
einen Bruch des Wirkelements unterbrochen wird. Es ist sogar möglich, dass
der Schalter und das Wirkelement derart ausgebildet sind, dass der
weitere Schaltkontakt in den weiteren in das Wirkelement einschleifbaren
Stromkreis eingeschleift ist.
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Weitere Vorteile und Einzelheiten
ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels.
Dabei zeigen in Prinzipdarstellung
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1 eine
technische Anlage,
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2 ein
Beispiel eines Sicherheitsschalter und
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3 ein
weiteres Beispiel eines Sicherheitsschalters.
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Gemäß 1 weist eine Anlage einen Grundkörper 1 auf.
Am Grundkörper 1 ist
ein Zusatzelement 2 angeordnet, das bezüglich des Grundkörpers 1 beweglich
ist.
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Das Zusatzelement 2 ist
gemäß 1 als Abdeckung 2 ausgebildet.
Mittels der Abdeckung 2 ist ein Gefahren- bzw. allgemeiner
Wirkbereich 3 der Anlage im Betrieb gegenüber einer
Bedienperson 4 abschirmbar. Die Bedienperson 4 ist
somit bei geschlossener Abdeckung 2 vor Gefahren geschützt, die
von dem Wirkbereich 3 ausgehen. Umgekehrt ist gegebenenfalls
auch der Wirkbereich 3 und darin angeordnete Gegenstände vor
einem Zugriff durch die Bedienperson 4 geschützt.
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Wie in 1 schematisch
angedeutet, ist am Grundkörper 1 ein
Schalter 5 mit einem Schaltkontakt 6 angeordnet.
Am Zusatzelement 2 ist ein Betätigungselement 7 für den Schalter 5 angeordnet.
Beim Schließen
der Abdeckung 2 wird daher der Schalter 5 betätigt, so
dass der Schaltkontakt 6 geschlossen wird. Somit wird ein
in 1 schematisch angedeuteter
Stromkreis 8 geschlossen, in den der Schaltkontakt 6 eingeschleift
ist. Das Schließen
des Stromkreises 8 wird von einer Steuerung 9 für die Anlage
erkannt. Nur bei geschlossenem Schaltkontakt 6 ist ein Betrieb
der Anlage möglich,
z. B. das Laufen eines im Wirkbereich 3 angeordneten Motors 10.
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Wenn hingegen die Abdeckung 2 geöffnet wird,
wird auch der Schaltkontakt 6 geöffnet. Der Stromkreis 8 wird
dadurch unterbrochen. Aufgrund des Unterbrechens des Stromkreises 8 wird
die Anlage von der Steuerung 9 sofort in einen sicheren
Zustand überführt, z.
B. der Motor 10 stillgesetzt. Das Öffnen des Stromkreises 8 beeinflusst
somit den Betriebsstand der Anlage. Das Öffnen der Abdeckung 2 entspricht
also dem Überführen des
Zusatzelements 2 (und auch des Betätigungselements 7)
in eine Schaltstellung.
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Der Aufbau des Schalters 5 und
des Betätigungselements 7 werden
nachstehend in Verbindung mit 2 näher erläutert.
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Gemäß 2 weist der Schalter 5 ein Schaltrad 11 und
einen Stößel 12 auf.
Oberhalb des Schaltrades 11 weist der Schalter 5 eine
Aufnahme 13 für das
Betätigungselement 7 auf.
Die Aufnahme 13 ist dabei in einem Antriebskopf 5' angeordnet,
in dem auch das Schaltrad 11 gelagert ist. Wenn die Abdeckung 2 geöffnet wird
und das Betätigungselement 7 ordnungsgemäß an der
Abdeckung 2 befestigt ist, wird das Betätigungselement 7 durch
das Öffnen
der Abdeckung 2 aus der Aufnahme 13 entfernt.
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Durch das Entfernen des Betätigungselements 7 aus
der Aufnahme 13 wird das Schaltrad 11 bei ordnungsgemäßem Zusammenwirken
des Betätigungselements 7 und
des Schaltrads 11 derart verdreht, dass der Stößel 12 eingerückt wird.
Er wird also, wie in 2 durch
einen Pfeil B angedeutet, in einer Einrückrichtung bewegt. Das Betätigungselement 7 wirkt
zunächst auf
das Schaltrad 11 ein. Das Schaltrad 11 wiederum
wirkt auf den Stößel 12 ein. Der
Stößel 12 betätigt dann
den Schaltkontakt 6.
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Der Schaltkontakt 6 ist
gemäß 2 als Öffner ausgebildet. Durch das
Zusammenwirken des Schalters 5 und des Betätigungselements 7 wird
also beim Überführen der
Abdeckung 2 in die Schaltstellung zwangsweise der Schaltkontakt 6 geöffnet und somit
mittels des Schaltkontakts 6 der Stromkreis 8 unterbrochen.
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Durch das oben stehend beschriebene
Zusammenwirken des Betätigungselements 7,
des Schaltrads 11 und des Stößels 12 erfolgt das zwangsweise
Unterbrechen des Stromkreises 8 nur dann, wenn sowohl das
Betätigungselement 7 als auch
der Antriebskopf 5', das Schaltrad 11 und der Stößel 12 voll
funktionsfähig
sind. Insbesondere dürfen
diese Elemente 5', 7, 11, 12 nicht
gebrochen sein. So würde
beispielsweise, wenn das Betätigungselement 7 gebrochen
wäre, trotz
des Öffnens
der Abdeckung 2 das Betätigungselement 7 nicht
aus der Aufnahme 13 entfernt. Bei einem Brechen des Schaltrades 11 könnte es
geschehen, dass das Schaltrad 11 trotz eines Entfernens
des Betätigungselements 7 aus
der Aufnahme 13 nicht verdreht wird. Wenn der Stößel 12 gebrochen
wäre, könnte es
geschehen, dass trotz eines Verdrehens des Schaltrades 11 bei einem
Entfernen des Betätigungselements 7 aus
der Aufnahme 13 der Stößel 12 nicht
eingerückt
wird. Ein Abbrechen des Antriebskopfes 5' hätte ähnliche
Folgen. Der Antriebskopf 5', das Betätigungselement 7, das
Schaltrad 11 und der Stößel 12 stellen
also bruchgefährdete
Wirkelemente 5', 7, 11, 12 dar.
Nur bei nicht nichtgebrochenem Wirkelement 5' 7, 11, 12 ist
daher das obenstehend beschriebene Zusammenwirken des Schalters 5 und
des Betätigungselements 7 gewährleistet.
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Um auch bei einem Bruch des Wirkelements 5', 7, 11, 12 ein
Unterbrechen des Stromkreises 8 zu gewährleisten, ist das bruchgefährdete Wirkelement 5', 7, 11, 12 in
den Stromkreis 8 oder einen eigenen, auf Unterbrechung überwachten
Stromkreis eingeschleift. Dies wird nachstehend anhand des Betätigungselements 7 und
des Antriebskopfs 5' näher
erläutert.
Die Ausführungen
bezüglich
des Betätigungselements 7 und
des Antriebskopfs 5' sind aber ohne weiteres auch auf das
Schaltrad 11 und den Stößel 12 übertragbar.
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Gemäß 2 sind in der Aufnahme 13 des Antriebskopfs 5' Kontakte 14 angeordnet.
Im Betätigungselement 7 ist
eine Leiterschleife 15 angeordnet. Wenn das Betätigungselement 7 in
die Aufnahme 13 eingeführt
ist, stehen die Kontakte 14 und die Leiterschleife 15 miteinander
in elektrischer Verbindung. Die Leiterschleife 15 ist ersichtlich
Bestandteil des Stromkreises 8. Wenn daher das Betätigungselement 7 oder
der Antriebskopf 5' bricht, wird der Stromkreis 8 zwangsweise
unterbrochen, so dass trotz des Überführens des
Schaltkontakts 6 in die geschlossene Stellung der Stromkreis 8 unterbrochen bleibt.
Die Anlage wird daher durch die Steuerung 9 weiterhin im
sicheren Zustand gehalten bzw. bei einem Bruch während laufender Anlage in den
sicheren Zustand überführt.
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Durch das Anordnen der Kontakte 14 in
der Aufnahme 13 ist ferner gewährleistet, dass auch durch
das Entfernen des Betätigungselements 7 aus der
Aufnahme 13 als solches der Stromkreis 8 unterbrochen
wird. Auch bei einem Versagen des Schaltkontakts 6 wird
daher der Stromkreis 8 unterbrochen.
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Gemäß 2 weist das Betätigungselement 7 einen
Verjüngungsbereich 16 auf.
Der Verjüngungsbereich 16 dient
als Sollbruchstelle 16 für das Betätigungselement 7.
Ersichtlich erstreckt sich die Leiterschleife 15 über den
Verjüngungsbereich 16. Das
Betätigungselement 7 ist
also zumindest im Bereich der Sollbruchstelle 16 in den
Stromkreis 8 eingeschleift. Ähnliche Maßnahmen sind auch beim Antriebskopf 5' möglich.
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Gemäß 2 weist der Schalter 5 einen
weiteren Schaltkontakt 17 auf, der zusammen mit dem Schaltkontakt 6 betätigt wird.
Er ist als Rückmeldekontakt
ausgebildet, mittels dessen der Sollschaltzustand des Schaltkontakts 6 über einen
weiteren Stromkreis 18 der Steuerung 9 zuführbar ist.
Gemäß 2 ist der weitere Schaltkontakt 17 als
Schließer ausgebildet.
Er könnte
aber auch als Öffner
ausgebildet sein. Wenn auch der weitere Schaltkontakt 17 als Öffner ausgebildet
wäre, würde beim Überführen des Zusatzelements 2 (bzw.
des Betätigungselements 7) in
die Schaltstellung bei ordnungsgemäßem Funktionieren von Schalter 5 und
Betätigungselement 7,
insbesondere also bei nicht gebrochenem Antriebskopf 5' und
nicht gebrochenem Betätigungselement 7, auch
der weitere Schaltkontakt 17 zwangsweise geöffnet, der
Stromkreis 18 also zwangsweise unterbrochen werden.
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Gemäß 2 sind der Antriebskopf 5' und das
Betätigungselement 7 (oder
ein anderes bruchgefährdetes
Wirkelement, z. B. das Schaltrad 11 oder den Stößel 12)
nicht in den weiteren Stromkreis 18 eingeschleift. Auch
dies wäre
aber auch ohne weiteres möglich.
In diesem Fall würde
auch der weitere Stromkreis 18 bei einem Bruch des jeweiligen
Wirkelements 5', 7, 11 bzw. 12 zwangsweise
unterbrochen.
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Die Darstellung von 3 entspricht im wesentlichen der von 2. Der einzige wesentliche Unterschied
besteht darin, dass gemäß 3 das Einschleifen des Betätigungselements 7 in
den Stromkreis 8 nicht über
die Aufnahme 13, sondern über eine separate Leitung 19 erfolgt.
Insbesondere bei dieser Ausführungsform
ist ein Einschleifen des Betätigungselements 7 (oder
eines anderen bruchgefährdeten
Wirkelements 5', 11, 12) in einen vom Schaltkontakt 6 unabhängigen Stromkreis
auf einfache Weise möglich.
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Abschließend sei noch erwähnt, dass
auch eine Mischform zwischen der Ausgestaltung gemäß 2 und der Ausgestaltung
gemäß 3 möglich ist. Es kann also insbesondere
in der Auf nahme 13 ein einzelner Kontakt 14 vorhanden
sein und der Stromkreis 8 über die Leitung 19 weitergeführt sein. In
diesem Fall ist insbesondere im Betätigungselement 7 eine
Hin- und Rückführung in
Form der Leiterschleife 15 nicht erforderliche. Vielmehr
kann in diesem Fall eine einzige, durchgehende elektrische Verbindung
vorhanden sein. Auch kann ein Wirkelement auf Bruch überwacht
werden, das Bestandteil der Anlage ist, nicht aber der Schalteinrichtung,
z. B. die Abdeckung 2 als solche.
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Aufgrund des Einschleifens des Stromkreises 8 in
das Betätigungselement 7 ist
es insbesondere nicht mehr nötig,
das Bettätigungselement 7 mit
einer Seele aus Stahl oder Gusseisen zu versehen. Vielmehr kann
das Betätigungselement 7 als
einfaches Spritzgießteil
ausgebildet sein, in das ein Blech-, Aluminium- oder Kupferstreifen
eingelegt ist.