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Die
vorliegende Erfindung betrifft eine Schalteinrichtung mit einem
Schalter und einem Betätigungselement
für den
Schalter,
- – wobei
der Schalter an einem Grundkörper
einer Anlage und das Betätigungselement
an einem Zusatzelement der Anlage anordenbar sind,
- – wobei
der Schalter und das Betätigungselement bei
nicht gebrochenem Betätigungselement
derart zusammenwirken, dass beim Überführen des Betätigungselements
in eine Schaltstellung über eine
mechanische Wirkkette zwangsweise ein Schaltkontakt des Schalters
geöffnet
wird.
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Sie
betrifft ferner eine Anlage mit einer derartigen Schalteinrichtung.
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Aus
der
DE 197 11 588
A1 ist eine Schalteinrichtung mit einem Schalter und einem
Betätigungselement
für den
Schalter bekannt, bei der der Schalter an einem Grundkörper einer
Anlage und das Betätigungselement
an einem Zusatzelement der Anlage anordenbar sind. Bei nicht gebrochenem
Betätigungselement
wirken das Betätigungselement
und eine Sensoreinrichtung zum Erfassen der Anwesenheit des Betätigungselements
derart zusammen, dass beim Überführen des
Betätigungselements
in eine Schaltstellung ein Schaltkontakt des Schalters sicher geöffnet wird.
Das Betätigungselement
ist derart ausgebildet, dass auch ein Bruch des Betätigungselements
ein Öffnen
des Schalters bewirkt.
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Bei
Maschinen und Anlagen werden oftmals Sicherheitsschalter eingesetzt,
welche bewegliche Schutzeinrichtungen wie z. B.
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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 Betäti gungselemente 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 zumindest
des Betätigungselements
mit Sicherheit erkannt wird.
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Die
Aufgabe wird dadurch gelöst,
dass das Betätigungselement
in einen Stromkreis eingeschleift ist, in den auch der Schaltkontakt
eingeschleift ist, so dass der Stromkreis sowohl durch das Öffnen des Schaltkontakts
als auch durch einen Bruch des Betätigungselements unterbrochen
wird.
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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.
Zur Erhöhung
der Fehlersicherheit können
daher auch der Antriebskopf, der Stößel und das Schaltrad in den
Stromkreis eingeschleift 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 Betätigungselement 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 Betätigungselement
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 Betätigungselementbruchs.
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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 Betätigungselements
unterschieden werden.
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Wenn
der weitere Schaltkontakt beim Überführen des
Betätigungselements
in die Schaltstellung bei nicht gebrochenem Betätigungselement einen weiteren
Stromkreis zwangsweise unterbricht, ist der Schalter zweikanalig
ausgebildet. In diesem Fall ist es insbesondere möglich, dass
das Betätigungselement
derart ausgebildet ist, dass es in den weiteren Stromkreis einschleifbar
ist, so dass auch der weitere Stromkreis durch einen Bruch des Betätigungselements
unterbrochen wird. Es ist sogar möglich, dass der Schalter und
das Betätigungselement
derart ausgebildet sind, dass der weitere Schaltkontakt in den weiteren
in das Betätigungselement
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 Sicherheitsschalters 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
Be dienperson 4 abschirmbar. Die Bedienperson 4 ist
somit bei geschlossener Abdeckung 2 vor Gefahren geschützt, die
von dem Wirkbereich 3 ausgehen. Umgekehrt sind 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. Der Schaltkontakt 6 wird
also über
eine mechanische Wirkkette betätigt,
die das Betätigungselement 7,
das Schaltrad 11 und den Stößel 12 umfasst.
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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
Ent fernen des Betätigungselements 7 aus
der Aufnahme 13 der Stößel 12 nicht
eingerückt
wird. Ein Abbrechen des Antriebskopfes 5' hätte ähnliche Folgen. Nur bei nicht
gebrochenen Elementen 5', 7, 11, 12 ist
also das obenstehend beschriebene Zusammenwirken des Schalters 5 und
des Betätigungselements 7 gewährleistet.
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Um
auch in solchen Fällen
ein Unterbrechen des Stromkreises 8 zu gewährleisten,
ist mindestens eines dieser Elemente 5', 7, 11, 12 in
den Stromkreis 8 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
Element, 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
Elements 5', 7, 11 bzw. 12 zwangsweise
unterbrochen werden.
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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
Elements 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 Aufnahme 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 erforderlich. Vielmehr
kann in diesem Fall eine einzige, durchgehende elektrische Verbindung
vorhanden sein.
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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.