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Die
Erfindung bezieht sich auf eine Sicherheitsschalteinrichtung, wie
sie im Anspruch 1 bezeichnet ist.
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Es
sind bereits verschiedene, auch als Zustimmschalter bezeichnete
Sicherheitsschalteinrichtungen bekannt. Diese Zustimmschalter sind
durch eine Mehrzahl von einzelnen auf Federzungen angeordneten Schaltkontakten
gebildet. Diesen mechanischen Schaltkontakten sind zur Relativverstellung zueinander
mehrere Bedienorgane zugeordnet, sodaß eine elektrische Verbindung
zwischen zwei korrespondierenden Schaltkontakten hergestellt bzw. unterbrochen
werden kann. Um mit derartigen Schaltkontakten die Anforderungen
an ein Sicherheitsschaltelement erfüllen zu können, ist eine aufwendige Mechanik
vorzusehen, die bestimmte, unzulässige
Schaltzustände
ausschließt.
Nachteilig ist bei diesen bekannten Vorrichtungen, daß diese
mechanischen Betätigungsorgane
eine aufwendige, mechanische Ausbildung zur Vermeidung von unerlaubten
Schaltfolgen erfordern.
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In
der
DE 196 15 682
A1 ist eine dreistufige Sicherheitsschalteinrichtung mit
einer Ausstellung, einer Einschaltstellung und einer Panikausstellung für Handprogrammiergeräte beschrieben.
Um die Manipulationssicherheit dieser Sicherheitsschalteinrichtung
zu erhöhen,
ist dessen mechanisches Betätigungsorgan
zweiteilig ausgeführt.
Insbesondere sind dabei ein Betätigungselement
und ein Abdeckrahmengehäuse
der Sicherheitsschalteinrichtung zwischen der Ausstellung und der
Panikausstellung unabhängig
voneinander bewegbar. Das Abdeckrahmengehäuse weist dabei einen Mitnehmer
zur Bewegung des Abdeckrahmengehäuses
in Richtung von der Ausstellung der Sicherheitsschaltvorrichtung
in die Einschalt- und Panikausstellung durch das Betätigungselement
auf. In der Einschaltstellung nimmt dabei die Betätigungsfläche des
Betätigungselementes
eine in Einschaltrichtung gesehen tiefere Position ein, als der
obere umlaufende Kragenrand des Abdeckrahmengehäuses. Durch diese Ausgestaltung müssten zur
unerlaubten bzw. unzulässigen
Fixierung der Einschaltposition des Sicherheitsschalters mehrere
einzelne Manipulationsschritte vorgenommen werden, sodass derartige,
aufwendige Manipulationen mittels mehr als einem Hilfsmittel als
so kompliziert erscheinen, dass sie vom Bedienungspersonal nicht
bzw. kaum angewendet werden. Beispielsweise ein Verklemmen bzw.
ein Bruch des als Übertragungselement
bezeichneten Betätigungselementes
für die
beiden Mikroschalter dieser Sicherheitsschalteinrichtung, wobei
einer der Mikroschalter den Zustimmungszustand detektiert und der
andere Mikroschalter den Panikauszustand detektiert, kann jedoch
weiterhin zu unerlaubten Schaltzuständen bzw. zu einem Versagen
der plangemäßen Funktion
der Sicherheitsschalteinrichtung führen.
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Die
DE 196 41 516 C1 beschreibt
eine mehrkreisige Schaltungsanordnung mit Sicherheitsfunktion. Hierbei
werden eine Vielzahl von elektrischen Schaltkontakten, Widerständen, Kondensatoren,
Dioden sowie elektromagnetischer Relais benötigt, um zumindest in den Schaltungsteilen
für die
Abschaltung von Anlagen bzw. Maschinen eine Einfehlersicherheit
zu gewährleisten.
Diese Druckschrift offenbart jedoch keine gattungsgemäße Sicherheitsschalteinrichtung.
Die vorgeschlagene Ausbildung wäre
auch nicht zufriedenstellend für
die Anwendung bei einer gattungsgemäßen Sicherheitsschalteinrichtung
einsetzbar, da die gat tungsgemäße Sicherheitsschalteinrichtung
auf um mehrere Größenordnungen häufigere
Schaltzyklen auszulegen ist, während
das vorbekannte Sicherheitsrelais nur beim tatsächlichen Aus- bzw. Einschalten
einer Anlage aktiv wird. Die gattungsgemäße Sicherheitsschalteinrichtung
hingegen wird z.B. beim sogenannten Teachen eines Roboters oder
einer technischen Anlage oftmals bzw. ständig betätigt und wieder losgelassen.
Die Verwendung mehrerer elektromagnetischer Relais und mechanische
Kontakte entsprechend dieser vorbekannten Ausführung würde dabei keine ausreichende
Gesamtlebensdauer gewährleisten
und einen z.B. für möglichst
kompakt aufzubauende Handbediengeräte unverhältnismäßig hohen Energieverbrauch
samt problematischer Erwärmung
bedeuten. Darüber
hinaus würde
eine derartige Schalteinrichtung eine unerwünschte Erhöhung von Bauvolumen und Gewicht bedingen.
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In
der
DE 34 34 205 A1 und
DE 41 08 388 A1 sind
Geber bzw. Gangwähler
für ein
automatisches Schaltgetriebe eines Kraftfahrzeuges beschrieben. Die
Positionen des Schalthebels werden dabei berührungslos erfasst, wozu magnetisch
oder optisch arbeitende Sende- und Empfangsmittel ausgeführt sind.
Eine hochsichere bzw. hochzuverlässige
Erfassung der Positionen des Gangwahlhebels ist in diesen Druckschriften
nicht beschrieben und ist diesen Druckschriften auch keine diesbezügliche Anregung entnehmbar.
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Der
vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Sicherheitsschalteinrichtung
zu schaffen, welche eine hohe Funktionssicherheit aufweist.
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Diese
Aufgabe der Erfindung wird durch die Merkmale des Anspruches 1 gelöst. Ein
sich durch die Merkmale des Kennzeichenteiles des Anspruches 1 ergebender überraschender
Vorteil liegt darin, daß die
Sicherheitsschalteinrichtung bedeutend kleiner als die bekannten
mechanischen Lösungen
aufbaut und daher sehr kompakte Handterminals zur Bedienung von
Maschinen bzw. Robotern hergestellt werden können. Die Produktion der vergleichsweise überaus kleinen
Sicherheitsschalteinrichtungen wirft dabei keinerlei Probleme auf,
da lediglich sehr einfache mechanische Komponenten erforderlich
sind, die wenige Freiheitsgrade aufweisen müssen und nur relativ geringe
Kräfte übertragen
müssen.
Aufwendige Führungsbahnen
und/oder Gelenksverbindungen zwischen einzelnen Teilen sind bei
der erfindungsgemäßen Sicherheitsschalteinrichtung
gänzlich
erübrigt,
wodurch eine sehr hohe Funktionssicherheit der mechanischen Teile
erreicht wird, ohne daß dabei hochfeste
bzw. hochwertige Materialien erforderlich sind. Weiters ist von
Vorteil, daß eventuell
auftretende Fehler in einem der Kreise der elektrischen Sicherheitsschalteinrichtung
problemlos erfaßt
und auch angezeigt werden können,
sodaß unverzüglich eine
Reparatur bzw. ein Austausch der Sicher heitsschalteinrichtung vorgenommen
werden kann. Insbesondere kann ein einzelner Fehler zumindest beim nächsten Zyklus
erkannt werden, sodaß ein
Auftreten eines einzelnen Fehlers nicht zu einem Sicherheitsverlust
führt.
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Ferner
ist es durch die überwiegend
elektrische Ausbildung der Sicherheitsschalteinrichtung in einfacher
Art und Weise ermöglicht,
die Auswertevorrichtungen des Sicherheitsschalters dezentral zu
den Betätigungselementen
und den Positionserfassungsvorrichtungen auszubilden, da über eine
einfache Kabelverbindung vergleichsweise große Distanzen problemlos überbrückt werden
können.
Somit besteht die eigentliche Eingabeeinheit umfassend die Betätigungselemente
und die diesen zugeordneten Positionserfassungsvorrichtungen aus
einfachen, relativ klein aufbauenden Komponenten, welche mit einfachen
Mitteln zu einer kompakten Einheit zusammengesetzt werden können. Die
dazugehörige
elektronische Auswertevorrichtung kann davon distanziert auf einer
eigenen Bauteilplatine angeordnet sein oder aber auch mit den elektrischen
Komponenten des Handbediengerätes
für die
Maschine auf einer einzigen Bauteilplatine angeordnet sein, wodurch Kosteneinsparungen
erreicht werden sowie eine Reduzierung des erforderlichen Aufbauraumes
erzielt ist. Durch die mehrkreisige Ausbildung der Sicherheitsschalteinrichtung
ist darüber
hinaus eine hohe Funktionssicherheit erzielbar. Darüber hinaus
ist durch die weitgehend elektrische Ausführung der Sicherheitsschalteinrichtung
die Berücksichtigung
von Sondersituationen bei den Schaltzuständen in einfacher Art und Weise
ermöglicht.
So ist z.B. die Verweigerung einer kurzzeitigen, unerlaubten Zustimmung nach
Einleitung eines Nothalt-Schaltzustandes in einfacher Art und Weise
zuverlässig
ausschließbar.
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Gemäß der Ausgestaltung
nach Anspruch 2 sind elektrische Schaltkontakte für galvanische
Verbindungen erübrigt,
sodaß eventuelle
Funkenbildungen an den Schaltkontakten erst gar nicht auftreten können und
auch keinerlei Verschleißerscheinungen an
Schaltkontakten oder aber auch keinerlei elektromagnetische Störungen von
peripheren, elektrischen Komponenten auftreten können. Weiters sind durch die
weitgehend berührungslose
Ausbildung der Sicherheitsschalteinrichtung Verschleißerscheinungen bzw.
Abnützungserscheinungen
an den mechanischen Teilen weitgehend ausgeschlossen und ist somit
ein langfristiger Betrieb ohne jegliche Störungen erreicht.
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Vorteilhaft
ist auch eine Weiterbildung nach Anspruch 3, da dadurch einerseits
ein redundanter Aufbau erzielt ist, der die Funktionssicherheit
der Sicherheitsschalteinrichtung auch bei Ausfall einzelner Komponenten
gewährleistet.
Darüber
hinaus ist dadurch in einfacher Art und Weise eine hochsichere Bestimmung
der Verstellrichtung der Betätigungselemente
ermöglicht.
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Von
besonderem Vorteil ist auch die Ausbildung nach Anspruch 4 und/oder
5, da sich dadurch die elektrischen Komponenten des ersten Schaltkreises
von den elektrischen Komponenten des zweiten Schaltkreises einerseits
durch die unterschiedliche Technologie und Methodik und/oder andererseits durch
den grundlegenden Schaltungsaufbau unterscheiden und somit Umwelteinflüsse keine
Mehrfachfehler generieren können,
sodaß niemals
beide Kreise gleichzeitig beeinflußt sind und daher die sogenannte
Einfehlersicherheit erreicht ist. Vorteilhaft ist dabei eine Ausführungsform
nach Anspruch 6, da dadurch bei Beschädigung bzw. Bruch eines Betätigungselementes
zumindest ein weiteres Betätigungselement
vorgesehen ist, sodaß ein
gänzlicher Funktionsausfall
verhindert ist.
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Vorteilhaft
ist weiters eine Ausbildung nach Anspruch 7, da somit stets alle
vorhandenen Schaltkreise der Sicherheitseinrichtung eingesetzt sind
und daher eine mehrfache Sicherheit vorliegt.
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Durch
die Ausbildung nach Anspruch 8 ist eine sehr störungsunempfindliche Positionserfassungsvorrichtung
aufgebaut, die besonders in elektromagnetisch verseuchten Umgebungen
eine hohe Störsicherheit
aufweist.
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Mit
der Ausbildung nach Anspruch 9 wird eine hohe Zuverlässigkeit
durch standardmäßig verfügbare, vielfach
eingesetzte, elektrische Komponenten erreicht.
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Durch
die vorteilhafte Ausbildung nach Anspruch 10 kann in einfacher Art
und Weise eine Verstellrichtung der Betätigungselemente erfaßt werden, sodaß eindeutig
feststellbar ist von welcher Schaltstufe auf die aktuelle Schaltstufe
umgeschaltet worden ist. Darüber
hinaus ist durch die Mehrfachanordnung der Positionserfassungsvorrichtungen
bzw. Lichtschranken eine mehrfache Funktionssicherheit erzielt.
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Nach
der Ausbildungsvariante gemäß Anspruch
11 und/oder 12 ist von Vorteil, daß diese Bauteile einfach herzustellen
sind und ein funktionssicheres, physikalisches Prinzip eingesetzt
ist.
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Durch
die Ausbildung nach Anspruch 13 können die Auswerteergebnisse
der Auswertevorrichtung entsprechend der geforderten Schaltfunktion
bei geringem elektrischen Leistungsbedarf umgesetzt werden.
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Von
Vorteil ist aber auch eine Ausbildung nach Anspruch 14, da dadurch
eine multifunktionelle Sicherheitsschalteinrichtung geschaffen ist,
die einerseits als Zustimmschalter und andererseits auch als Nothaltvorrichtung
eingesetzt werden kann.
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Gemäß einer
Ausbildung wie im Anspruch 15 beschrieben, werden mehrere, voneinander
unabhängige
Ausgänge
der Sicherheitsschalteinrichtung erreicht, sodaß entweder mehrere voneinander
unabhängige
Schaltkreise gebildet werden können
oder aber auch diese Schaltausgänge
zur Erhöhung
der Funktionssicherheit kombiniert werden können.
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Nach
einer vorteilhaften Weiterbildung gemäß Anspruch 16 und/oder 17 ist
eine Beschädigung der
Sicherheitsschalteinrichtung durch Störungen in den peripheren, elektrischen
Schaltkreisen der Maschine ausgeschlossen, sodaß eine mit mechanischen Schaltkontakten
vergleichbare Unempfindlichkeit erzielt ist.
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Von
Vorteil ist aber auch eine Ausbildung nach Anspruch 18, da dadurch äußere Umwelteinflüsse, wie
z.B. elektrische Störfelder,
keine Mehrfachfehler bzw. keine mehrfachen Beeinflussungen hervorrufen
können.
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Von
Vorteil ist aber auch eine Ausbildung nach Anspruch 19, da dadurch
sehr kurze Schaltzeiten erreicht werden können und der elektrische Energiebedarf
vergleichsweise gering ist.
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Bei
der Ausbildung gemäß Anspruch
20 ist von Vorteil, daß diese
Schaltelemente standardmäßig verfügbar sind
und vergleichsweise niedrige Kosten verursachen.
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Bei
der Weiterbildung nach einem oder mehreren der Ansprüche 21 bis
23 ist von Vorteil, daß im wesentlichen
potentialfreie Schaltausgänge
gebildet sind, sodaß bei
einer Einbindung der Sicherheitsschalteinrichtung in bestehende
Stromkreise keine bestimmte Polarität beachtet werden muß und somit die
Gefahr von Montagefehlern verringert ist.
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Durch
die Ausbildung gemäß den Ansprüchen 24
und/oder 25 wird mit wenigen Komponenten eine zuverlässige Polaritätsangleichsvorrichtung
geschaffen, die auch in integrierter Form verfügbar ist.
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Durch
die Ausbildung nach Anspruch 26 und/oder 27 wird die Sicherheitsschalteinrich-tung hohen
Sicherheitsanforderungen gerecht, da äußere Umwelteinflüsse keine
Mehrfachfehler generieren können.
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Eine
vorteilhafte Ausbildungsvariante der Auswertevorrichtung ist in
Anspruch 28 beschrieben, da dadurch breitbandige Schalthysteresen
ermöglicht
sind, die eine zuverlässige
Ermittlung der Auswerteergebnisse begünstigt.
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Bei
einer Ausbildung nach Anspruch 29 und/oder 30 ist von Vorteil, daß die Auswertevorrichtung
sehr klein aufgebaut werden kann und sehr kurze Reaktionszeiten
erreicht werden.
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Nach
einer anderen Ausführungsform
gemäß Anspruch
31 wird die in Abhängigkeit
der jeweiligen Umgebungsbedingungen günstigste Ausbildungsform eingesetzt.
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Von
Vorteil ist weiters eine Weiterbildung nach Anspruch 32, da dadurch
bei Ausfall eines Nothaltausganges der weitere Nothaltausgang weiterhin
eine Abschaltung der Maschine vornehmen kann.
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Bei
der Ausführung
nach Anspruch 33 ist von Vorteil, daß bei Ausfall eines Zustimmausganges
der weitere Zustimmausgang die geforderte Schaltfunktion ordnungsgemäß ausführt.
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Die
Ausgestaltung nach Anspruch 34 ermöglicht in vorteilhafter Art
und Weise eine bestimmten Sicherheitsanforderungen entsprechende
Einbindung von aktiven Stellorganen in die entsprechenden elektrischen
Schaltkreise.
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Die
Erfindung wird im nachfolgenden anhand der in den Zeichnungen dargestellten
Ausführungsbeispiele
näher erläutert.
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Es
zeigen:
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1 Eine
Ausbildungsvariante für
den Aufbau der erfindungsgemäßen Sicherheitsschalteinrichtung
in stark vereinfachter, schematischer Darstellung;
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2 ein
stark vereinfachtes Blockschaltbild der elektronischen Komponenten
sowie eine Prinzipdarstellung der vom Benutzer zu bedienenden Betätigungselemente
der Sicherheitsschalteinrichtung.
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Einführend sei
festgehalten, daß in
den unterschiedlich beschriebenen Ausführungsformen gleiche Teile
mit gleichen Bezugszeichen bzw. gleichen Bauteilbezeichnungen versehen
werden, wobei die in der gesamten Beschreibung enthaltenen Offenbarungen
sinngemäß auf gleiche
Teile mit gleichen Bezugszeichen bzw. gleichen Bauteilbezeichnungen übertragen
werden können.
Auch sind die in der Beschreibung gewählten Lageangaben, wie z.B. oben,
unten, seitlich usw. auf die unmittelbar beschriebene sowie dargestellte
Figur bezogen und sind bei einer Lageänderung sinngemäß auf die neue Lage
zu übertragen.
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In
den 1 und 2 ist die erfindungsgemäße Sicherheitsschalteinrichtung 1 zur
Verdeutlichung des erfindungsgemäßen Aufbaus
und deren Wirkungsweise stark vereinfacht dargestellt, wobei 1 eine
Konstruktions- bzw. Aufbauvariante und 2 ein Blockschaltbild
darstellt, in welches zur Verdeutlichung der Funktionsweise die
vom Benutzer bevorzugt per Fingerdruck zu betätigenden Betätigungselemente 2, 3 ebenso
eingezeichnet sind.
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Die
erfindungsgemäße Sicherheitsschalteinrichtung 1 ist
zur Steuerung von Maschinen bzw. Robotern in Kombination mit den
eigentlichen Steuerorganen derselben vorgesehen und wird insbesondere für die manuelle
Steuerung von Bewegungs- bzw. Funktionsabläufen einer Maschine eingesetzt.
So ist die erfindungsgemäße Sicherheitsschalteinrichtung 1,
z.B. für
den Handbetrieb eines mehrachsigen Roboterarmes oder einer mehrachsigen
Bearbeitungsmaschine vorgesehen. Die Sicherheitsschalteinrichtung 1 ist
dabei in Kombination mit den vom Benutzer zu betätigenden Steuerorganen, wie
z.B. einem Steuerknüppel,
einer Steuerkugel bzw. Trackball oder dgl. einzusetzen, wobei die
Maschine die vom Bediener beabsichtigte Bewegung nur bei einer vordefinierten
Betätigung
der Sicherheitsschalteinrichtung 1 ausführt. Die Sicherheitsschalteinrichtung 1 ist daher
mit einer Zustimmeinrichtung vergleichbar und kann in einem Handbediengerät für die Maschine
eingebaut sein oder auch als Schaltknüppel oder dgl. aufgebaut sein.
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Die
Sicherheitsschalteinrichtung 1 kann beispielsweise bei
sogenannten "Teach
In"-Prozeduren bzw. Lernverfahren
für Roboter,
bei welcher der auszuführende
Bewegungsablauf des Roboterarmes vorab durch eine manuelle Bedienung
vorgegeben wird und sodann der Roboter den durch die manuelle Bedienung
vorgegebenen Bewegungsablauf eigenständig ausführt, eingesetzt werden.
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Die
Sicherheitsschalteinrichtung 1 ist dabei insbesondere als
Taster ausgeführt,
d.h. der vom Bediener eingeleitete Schaltzustand bleibt nur während der
Dauer der bewußten
Betätigung
der Sicherheitsschalteinrichtung 1 aufrecht.
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Die
erfindungsgemäße Sicherheitsschalteinrichtung 1 ist
dabei mit den üblichen
Steuerorganen am Handbediengerät
für die
Maschine in serieller Wirkverbindung ge schaltet. D.h. die Maschine
führt die
vom Bediener beabsichtigte Funktion nur dann aus, wenn zusätzlich die
Sicherheitsschalteinrichtung 1 bevorzugt von der zweiten
Hand des Benutzers derart betätigt
ist, daß eine
Zustimmung zur Ausführung
der Funktion gegeben ist. Die Sicherheitsschalteinrichtung 1 übernimmt
daher eine Zustimmfunktion als auch eine Sicherheitsfunktion, da unbeabsichtigte,
z.B. durch Rempelungen, hervorgerufene Betätigungen des Steuerorgans für die Maschine
nicht zu unkontrollierten Bewegungen bzw. Funktionsausführungen
derselben führen
können.
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Darüberhinaus
kann der Sicherheitsschalteinrichtung 1 eine Nothaltfunktion
zugeordnet sein, die eine sehr hohe Funktionssicherheit bzw. Zuverlässigkeit
erreicht und daher im Bedarfsfall mit überaus hoher Sicherheit auch
wirksam ist.
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Die
Sicherheitsschalteinrichtung 1 weist also einerseits eine
sehr hohe Funktionssicherheit auf. Weiters ist durch die Sicherheitsschalteinrichtung 1 aber
auch das Verletzungsrisiko von Menschen oder die Gefahr von Beschädigungen
der Maschinenteile minimiert und eine vergleichsweise sichere Bedienung
der entsprechenden Maschinen ermöglicht.
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Die
Sicherheitsschalteinrichtung 1 ist mehrstufig ausgebildet
und weist zumindest zwei Schaltstufen, gegebenenfalls auch drei
Schaltstufen – Position 4 bis 6 – auf. In
der ersten Schaltstufe – Position 4 –, in welcher
die Sicherheitsschalteinrichtung 1 vom Bediener unbetätigt ist,
ist keine Zustimmung für
eine Bewegung eines Maschinenteils bzw. eine kritische Funktionsausführung der
Maschine gegeben. In der zweiten Schaltstufe – Position 5 – ist die
Sicherheitsschalteinrichtung 1 bevorzugt von einem Finger
des Benutzers betätigt
und eine Zustimmung zu einer Bewegung bzw. zu einer Funktionsausführung der
Maschine gegeben. Die Zustimmung ist dabei nur bei gedrückt gehaltener
Stellung der Betätigungselemente 2, 3 in
der zweiten Schaltstufe – Position 5 – aufrecht.
Bei einem Loslassen der Betätigungselemente 2, 3 kehren
diese unverzüglich
in die erste Schaltstufe – Position 4 – zurück, sodaß wiederum keine
Zustimmung gegeben ist. Die Sicherheitsschalteinrichtung 1 weist
also ausschließlich
Tastschaltfunktionen ohne einer Verriegelung bzw. Festlegung von
Schaltstellungen auf.
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Gegebenenfalls
kann die Sicherheitsschalteinrichtung 1 auch dreistufig
ausgebildet sein, wobei bei einer Verstellung der Betätigungselemente 2, 3 in die
dritte Schaltstufe – Position 6 – die Zustimmung für die Bewegungsausführung bzw.
Funktionsausführung
der Maschine ebenso nicht gegeben ist. Diese dritte Schaltstufe – Position 6 – kann insbesondere bei
einer Panikreaktion eines Bedieners ausgelöst werden, wenn dieser bei
Gefahr im Verzug die Sicherheitsschalteinrichtung 1 krampfhaft
betätigt
und die Betätigungselemente 2, 3 über die
zweite Schaltstufe – Position 5 – hinaus
gedrückt
werden.
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Eine
weitere Zustimmung zu einer Bewegung eines Maschinenteils oder zu
einer Funktionsausführung
einer Maschine kann erst wieder nach dem vollständigen Loslassen der Betätigungselemente 2, 3 und
erneutem Drücken
bis zur zweiten Schaltstufe – Position 5 – erreicht
werden. Beim Überstreichen
der Betätigungselemente 2, 3,
ausgehend von der dritten Schaltstufe – Position 6 – über die
zweite Schaltstufe – Position 5 – in die
erste Schaltstufe – Position 4 – ist dabei
keine, auch keine kurzfristige, Zustimmung von der Sicherheitsschalteinrichtung 1 abgegeben,
sodaß sich
die Maschine keinesfalls – auch
nicht kurzzeitig – aktiviert,
wenn die Betätigungselemente 2, 3 einmal
in die dritte Schaltstufe – Position 6 – gedrückt wurden
und nachfolgend wieder losgelassen werden.
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Unabhängig von
einer zwei- oder mehrstufigen Ausbildung der Sicherheitsschalteinrichtung 1 ist diese
mehrkanalig bzw. mehrkreisig ausgebildet, sodaß bei Ausfall eines elektrischen
Kreises zumindest ein weiterer elektrischer Kreis vorhanden ist
und ein gänzlicher
Funktionsausfall der Sicherheitsschalteinrichtung 1 somit
vermieden ist. Die Sicherheitsschalteinrichtung 1 ist also
in die Kategorie der sogenannten "einfehlersicheren" Schaltelemente einzureihen, deren Funktionssicherheit
im Vergleich zu herkömmlichen
Schaltelementen wesentlich gesteigert ist. Die Sicherheitsschalteinrichtung 1 umfaßt dabei
also zumindest zwei elektrische Schaltkreise 7, 8,
wobei jedem der vorhandenen Betätigungselemente 2, 3 jeweils
ein eigener Schaltkreis 7, 8 zugeordnet ist. Insbesondere
ist der erste Schaltkreis 7 dem Betätigungselement 2 zugeordnet
und zur Erfassung der jeweiligen Positionen desselben sowie zur
Umwandlung dieser Positionsdaten in eindeutig unterscheidbare, elektrische
Signale ausgebildet. Der weitere Schaltkreis 8 hingegen
ist dem weiteren Betätigungselement
zugeordnet und ebenso zur Positionserfassung desselben sowie zur
Umwandlung der jeweiligen Position in entsprechende, eindeutig unterscheidbare,
elektrische Signale ausgebildet.
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Die
Betätigungselemente 2, 3 der
Sicherheitsschalteinrichtung 1 werden bevorzugt gleichzeitig
verstellt, wenn der Bediener die Sicherheitsschalteinrichtung 1 betätigt. Insbesondere
ist den beiden Betätigungselementen 2, 3 eine
Koppelanordnung bzw. eine beide Betätigungselemente 2, 3 verbindende
Kappe zugeordnet, sodaß bei
einer Verstellung eines Betätigungselementes 2, 3 durch
Druckbeaufschlagung vom Bediener alle weiteren Betätigungselemente 2, 3 simultan
mitbewegt sind.
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Die
Betätigungselemente 2, 3 sind
in einem Aufnahmegehäuse 9 der
Sicherheitsschalteinrichtung 1 gehaltert. Das Aufnahmegehäuse 9 weist gleichzeitig
Führungsbahnen
für eine
weitgehend spielfreie Führung
der Betätigungselemente 2, 3 auf. Die
Betätigungselemente 2, 3 werden
bevorzugt zur Ausführung
einer Schaltfunktion translatorisch bewegt. Selbstverständlich ist
es jedoch auch möglich, rotatorische
oder eine Kombination von rotatorischen und/oder translatorischen
Bewegungen mit den Betätigungselementen 2, 3 auszuführen, um
die gewünschte
Schaltfunktion einzuleiten.
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Den
Betätigungselementen 2, 3 ist
zumindest ein Federelement 10, 11 zugeordnet,
welches einer Verstellung der Betätigungselemente 2, 3 einen bestimmten
mechanischen Widerstand entgegensetzt. Bevorzugt üben die
Federelemente 10, 11 auf die Betätigungselemente 2, 3 eine
federelastische Vorspannkraft aus, sodaß diese in der Ausgangs- bzw.
Ruhelage in der ersten Schaltstufe – Position 4 – gehaltert
sind und eine Verstellung derselben in die zweite Schaltstufe – Position 5 – erst nach Überwindung
eines gewissen, durch die Federelemente 10, 11 bestimmten
mechanischen Widerstandes möglich ist.
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Zur
Realisierung einer mehrstufigen Sicherheitsschalteinrichtung 1 können zumindest
zwei weitere Federelemente 12, 13 vorgesehen sein,
deren Federkraft zur Verstellung der Betätigungselemente 2, 3 in
die dritte Schaltstufe – Position 6 – ebenso überwunden
werden muß.
Der Kraftaufwand, um die Betätigungselemente 2, 3 von
der zweiten Schaltstufe – Position 5 – in die
dritte Schaltstufe – Position 6 – verstellen
zu können,
ist dabei größer als
jene Kraft, die aufgebracht werden muß, um die Betätigungselemente 2, 3 von
der ersten Schaltstufe – Position 4 – in die
zweite Schaltstufe – Position 5 – verstellen
zu können.
Es ist somit ein deutlicher Druckpunkt bei der erfindungsgemäßen Sicherheitsschalteinrichtung 1 gegeben,
sodaß eine
kontrollierte Betätigung
derselben ermöglicht
ist und z.B. ein unbeabsichtigtes Durchdrücken der Betätigungselemente 2, 3 in
die dritte Schaltstufe – Position 6 – durch
die deutlichen Schaltdruckpunkte ausgeschlossen ist. Die Federelemente 10 bis 13 können dabei
durch beliebige aus dem Stand der Technik bekannte Vorspannvorrichtungen,
wie z.B. Zugfedern oder Druckfedern in Spiral- bzw. Blattausführung oder
sonstiger Ausbildung und/oder durch federelastische Kunststoffblöcke bzw.
Gummipuffer gebildet sein. Darüberhinaus
ist es auch möglich,
ein einstückiges
Federelement vorzusehen, das eine mehrstufige Federkennlinie aufweist bzw.
eine sich progressiv aufbauende Federkraft ermöglicht.
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Der
jeweilige Schaltzustand ist somit auch bei der mehrstufigen Sicherheitsschaltein richtung 1 für den Bediener
problemlos erkennbar bzw. ist die dem jeweiligen Schaltzustand zugeordnete
Schaltfunktion eindeutig und fehlersicher einleitbar.
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Die
Erfassung der jeweiligen Schaltstufen – Position 4 bis 6 – der Betätigungselemente 2, 3 erfolgt
dabei über
zumindest zwei unabhängig
voneinander arbeitende und unabhängig
voneinander aufgebaute Schaltkreise 7, 8, sodaß bei Ausfall
eines Auswerteschaltkreises der weitere Schaltkreis erhalten bleibt
und somit die Funktionssicherheit der Sicherheitsschalteinrichtung 1 wesentlich
gesteigert ist.
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Die
vom Bediener bevorzugt durch Fingerdruck oder auch durch Druck mit
einem Fuß eingestellte
Position der Betätigungselemente 2, 3 ist durch
zumindest eine den Betätigungselementen 2, 3 zugeordnete
Positionserfassungsvorrichtung 14, 15 detektierbar.
Dabei ist bevorzugt jedem der Betätigungselemente 2, 3 eine
eigenständige
Positionserfassungsvorrichtung 14, 15 zugeordnet.
Weiters sind die Positionserfassungsvorrichtungen 14, 15 zumindest
zur Erfassung aller möglichen
Schaltstufen – Position 4 bis 6 – der Sicherheitsschalteinrichtung 1 ausgebildet,
sodaß die
Positionserfassung 14, 15 sämtliche Positionen der Betätigungselemente 2, 3 von
der ersten bis zur letzten Schaltstufe – Position 4 bis 6 – zuverlässig detektiert.
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Bevorzugt
ist die Positionserfassungsvorrichtung 14, 15 durch
eine kontaktlos bzw. berührungslos
arbeitende Detektionsvorrichtung 16, 17, insbesondere
durch eine optische Detektionsvorrichtung 16, 17 gebildet.
Diese optischen Detektionsvorrichtungen 16, 17 sind
dabei bevorzugt durch mehrere Lichtschranken 18 bis 21 gebildet.
Die Lichtschranken 18 bis 21 können dabei als Gabellichtschranken
aufgebaut sein und die Lichtstrahlunterbrechung zur Zustandsbestimmung
heranziehen oder aber auch durch Reflektionslichtschranken gebildet
sein und Lichtreflexionen zur Zustandsbestimmung heranziehen. Darüber hinaus
ist es auch möglich,
optische Detektionsvorrichtungen 16, 17 einzusetzen,
die die Intensität
abgegebener und nachfolgend gegebenenfalls empfangener Signale,
insbesondere optischer Signale, auswerten und somit auf sämtliche,
möglichen
Positionen 4 bis 6 der Betätigungselemente 2, 3 rückschließen lassen.
So ist es z.B. auch möglich,
Positionserfassungsvorrichtungen 14, 15 einzusetzen,
die eine weitgehend stufenlose Positionserfassung ermöglichen.
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Je
Betätigungselement 2, 3 sind
dabei zumindest je zwei optische Detektionsvorrichtungen 16, 17 bzw.
je zwei Lichtschranken 18, 19; 20, 21 angeordnet.
Insbesondere sind dem Betätigungselement 2 die
Lichtschranken 18, 19 und dem Betätigungselement 3 die
Lichtschranken 20, 21 zugeordnet, um die jeweiligen
Positionen derselben detektieren zu können.
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Selbstverständlich ist
es jedoch auch möglich,
anstelle der optischen Detektionsvorrichtungen 16, 17 bzw.
anstelle der optischen Positionserfassungsvorrichtungen 14, 15 induktive
und/oder kapazitive und/oder drucksensitive, wie z.B. piezoelektrische
Positionserfassungsvorrichtungen 14, 15 vorzusehen,
um die den jeweiligen Schaltzuständen
entsprechenden Positionen der Betätigungselemente 2, 3 erkennen
zu können.
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Die
Lichtschranken 18 bis 21 sind bevorzugt durch
miniaturisierte Gabellichtschranken mit zumindest einer Lichtquelle 22 bis 25 und
durch zumindest ein den Lichtquellen 22 bis 25 zugeordnetes
Lichtempfangselement 26 bis 29 gebildet.
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Den
Lichtquellen 22 bis 25 und/oder den Lichtempfangselementen 26 bis 29 sind
dabei zur Arbeitspunkteinstellung elektrische Widerstände zugeordnet,
um die Lichtschranken 18 bis 21 an die vorhandene
Versorgungsspannung anlegen zu können.
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Die
Lichtschranken 18 bis 21 sind bevorzugt zur Abstrahlung
von für
das menschliche Auge unsichtbarem Licht, insbesondere zur Abstrahlung
von Infrarotlicht ausgebildet. Selbstverständlich ist es jedoch auch möglich, die
Lichtschranken 18 bis 21 zur Abstrahlung von sichtbarem
Licht auszubilden.
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Die
Betätigungselemente 2, 3 sind
bevorzugt durch plattenartige Verschiebeorgane 30, 31 gebildet bzw.
sind die plattenartigen Verschiebeorgane 30, 31 an
den vom Bediener zu verstellenden Betätigungselementen 2, 3 angeformt.
Die plattenartigen Verschiebeorgane 30, 31 weisen
dabei zumindest jeweils einen schlitzartigen Durchbruch 32, 33 auf, durch
welche das von den Lichtquellen 22 bis 25 abgestrahlte
Licht bei entsprechender Position der Betätigungselemente 2, 3 hindurchleuchten
und von den Lichtquellen 22 bis 25 erfalßt werden
kann.
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Das
Betätigungselement 2 ist
dabei zwischen den Lichtquellen 22, 23 und den
dazugehörigen
Lichtempfangselementen 26, 27 verstellbar gelagert
und das weitere Betätigungselement 3 ist
zwischen den Lichtquellen 24, 25 und den dazugehörigen Lichtempfangselementen 28, 29 verstellbar
gelagert.
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Die
Durchbrüche 32, 33 in
den plattenartigen Verschiebeorganen 30, 31 sind
dabei derart positioniert, daß bei
einer Verstellung der Betätigungselemente 2, 3 in
die zweite Schaltstufe – Position 5 – die von
den ersten Lichtquellen 22, 24 abgestrahlten Lichtsignale
durch die Durchbrüche 32, 33 hindurch an
die gegenüberliegende
Seite der Verschiebeorgane 30, 31 gelangen können und
in weiterer Folge von den entsprechenden Lichtempfangselementen 26, 28 aufgenommen
werden können.
Bei einer Verstellung der Betätigungselemente 2, 3 in
die zweite Schaltstufe – Position 5 – ist also
der Lichtstrahl der Lichtschranken 18, 20 durch
die entsprechende Position der Betätigungselemente 2, 3 nicht
unterbrochen und Sicherheitsschalteinrichtung 1 befindet
sich in der Zustimmungsstellung für eine kritische Bewegungsausführung einer
Maschine bzw. für
eine kritische Maschinenfunktion.
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Befinden
sich hingegen die Betätigungselemente 2, 3 bzw.
Verschiebeorgane 30, 31 in der ersten Schaltstufe – Position 4 – so sind
die Lichtschranken 18 bis 21 von den plattenartigen
Verschiebeorganen 30, 31 unterbrochen. Insbesondere
können
die von den Lichtquellen 22 bis 25 abgestrahlten
Lichtsignale in der ersten Schaltstufe – Position 4 – der Betätigungselemente 2, 3 nicht
auf die zugehörigen Lichtempfangselemente 26 bis 29 auftreffen,
da diese durch die plattenartigen Verschiebeorgane 30, 31 abgeschirmt
sind.
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Die
Darstellung gemäß 1 zeigt
die Sicherheitsschalteinrichtung 1, also in einer Stellung,
in welcher keine Zustimmung zu einer bestimmten Funktionsausführung gegeben
ist, da die Lichtempfangselemente 26 bis 29 das
von den Lichtquellen 22 bis 25 abgestrahlte Licht
nicht empfangen können. Hingegen
zeigt die Darstellung gemäß 2 die
Sicherheitsschalteinrichtung 1 im Zustimmungszustand für eine kritische
Maschinenbewegung bzw. Maschinenfunktion, da der Lichtstrahl der
ersten Lichtschranken 18, 20 nicht unterbrochen
ist, wenn sich die Betätigungselemente 2, 3 in
der zweiten Schaltstufe – Position 5 – befinden.
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Beim
vorerwähnten
Lösungsprinzip
ist von Vorteil, daß tatsächlich nur
dann eine Zustimmung gegeben ist, wenn nur die Lichtempfangselemente 26, 28 ein
Lichtsignal empfangen können,
sodaß z.B. bei
einem Bruch der als optische Blenden wirkenden Verschiebeorgane 30, 31 der
Zustimmungszustand aus sicherheitstechnischen Gründen nicht erreichbar ist,
somit Fehlfunktion gesichert vermieden sind. Der Zustimmungszustand
der Sicherheitsschalteinrichtung 1 ist also nur dann gegeben,
wenn von den Detektionsvorrichtungen 16, 17 ein
positives Detektionssignal bereitgestellt ist. Die Durchbrüche 32, 33 in den
Betätigungselementen 2, 3 bzw.
in den Verschiebeorganen 30, 31 sind daher in
einem bestimmten Abstand vom Endbereich der Verschiebeorgane 30, 31 angeordnet,
sodaß der
stirnseitige Endbereich der Verschiebeorgane 30, 31 die
Lichtschranken 18 bis 21 in der ersten Schaltstellung – Position 4 – unterbricht
und in den dazu benachbarten Bereich die Durchbrüche 32, 33 angeordnet
sind, welche eine Lichtübertragung
an die Lichtempfangselemente 26, 28 bei Einnahme
der zweiten Schaltstufe – Position 5 – ermöglicht.
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Bei
einer dreistufigen Sicherheitsschalteinrichtung ist der Bereich
der Verschiebeorgane 30, 31 im Anschluß an die
Durchbrüche 32, 33 wiederum undurchscheinend
ausgebildet. Bei Einnahme der dritten Schaltstufe – Position 6 – sind die
Durchbrüche 32, 33 in
den Verschiebeorganen 30, 31 dann derart plaziert,
daß sämtliche
von den Lichtquellen 22 bis 25 abgesandten Lichtstrahlen
von den Lichtempfangselementen 26 bis 29 der Lichtschranken 18 bis 21 empfangen
werden können.
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Anstelle
der Verschiebebewegung der Betätigungselemente 2, 3 relativ
zu den Positionserfassungsvorrichtungen 14, 15 ist
es selbstverständlich auch
möglich,
die Betätigungselemente 2, 3 ortsfest auszubilden
und die Positionserfassungsvorrichtung 14, 15 relativverschiebbar
zu den Betätigungselementen 2, 3 zu
lagern.
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Wie
vorhergehend bereits erwähnt,
sind jedem Betätigungselement 2, 3 bzw.
jedem Verschiebeorgan 30, 31, bevorzugt zwei voneinander
unabhängige
Lichtschranken 18, 19; 20, 21 zugeordnet. Die
Lichtschranken 18, 19 des ersten Lichtschrankenpaares
sind dabei, bezogen auf eine Verstellrichtung – Pfeil 34 – der Betätigungselemente 2, 3 nebeneinander
angeordnet. Die Lichtschranken 18, 19 sind also
derart aneinandergereiht, daß diese
Lichtschranken 18, 19 eine im wesentlichen parallel
zur Verstellvorrichtung – Pfeil 34 – der Betätigungselemente 2, 3 bzw.
der Verschiebeorgane 30, 31 verlaufende Reihe
bilden, wobei die Lichtschranken 18, 19 lückenlos
oder auch in einem bestimmten Abstand zueinander angeordnet sein
können.
Ebenso sind die Lichtschranken 20, 21 des weiteren,
dem Verschiebeorgan 31 zugeordneten Lichtschrankenpaares derart
benachbart zueinander angeordnet, daß deren Richtung der Aneinanderreihung – Pfeil 35 – im wesentlichen
parallel zur Verstellrichtung – Pfeil 34 – der Betätigungselemente 2, 3 verläuft.
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Dadurch,
daß die
Aneinanderreihungsrichtung – Pfeil 35 – der beiden
Lichtschranken 18, 19 sowie die Aneinanderreihungsrichtung – Pfeil 35 – der Lichtschranken 20, 21 des
weiteren Lichtschrankenpaares im wesentlichen parallel zur Verstellrichtung – Pfeil 34 – der Betätigungselemente 2, 3 bzw.
der Verschiebeorgane 30, 31 verläuft, ist
es in einfacher Art und Weise ermöglicht, festzustellen, in welche
der beiden Verstellrichtungen – Pfeil 34 – die Betätigungselemente 2, 3 verstellt
worden sind. Insbesondere ist durch die vorhergehend beschriebene
Aneinanderreihung der Lichtschranken 18, 19; 20, 21 pro Verschiebeorgan 30, 31 eindeutig
erkennbar, von welcher Ausgangsschaltstufe die Betätigungselemente 2, 3 in
die gegenwärtige
bzw. aktuelle Schaltstufe verstellt worden sind. So ist es z.B.
ermöglicht, zu
erkennen, ob die Betätigungselemente 2, 3 von der
zweiten Schaltstufe – Position 5 – in die
dritte Schaltstufe – Position 6 – verstellt
wurden, wodurch ein Nothaltzustand gegeben ist.
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Ebenso
ist es durch die zur Verstellrichtung – Pfeil 34 – gleiche
bzw. parallele Ausrichtung bzw. Aneinanderreihung der Lichtschranken 18, 19; 20, 21 pro
Lichtschrankenpaar ermöglicht
festzustellen, ob sich die Sicherheitsschalteinrichtung 1 in
der dritten Schaltstufe – Position 6 – befindet
und daher beim Loslassen der Betätigungselemente 2, 3 die
zweite Schaltstufe – Position 5 – gezwungenermaßen überstreicht,
dabei aber keine – auch
nicht kurzfristige – Zustimmung
zur Ausführung
der kritischen Maschinenfunktion bzw. zur Ausführung der kritischen Maschinenbewegung
zugelassen werden darf.
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Abweichend
von dem in 1 dargestellten Aufbau ist es
zur Ausbildung einer überaus
kompakten Sicherheitsschalteinrichtung 1 auch möglich, die beiden
Flachseiten einer die Positionserfassungsvorrichtungen 14, 15 aufnehmenden
Printplatte im wesentlichen parallel zu den Flachseiten der Verschiebeorgane 30, 31 auszurichten,
wobei diese Printplatte zwischen den beiden Verschiebeorganen 30, 31 angeordnet
ist. Auf einer Flachseite der Printplatte ist dann die dem Verschiebeorgan 30 zugeordnete
Positionserfassungsvorrichtung 14 und auf der gegenüberliegenden
Flachseite ist die dem weiteren Verschiebeorgan 31 zugeordnete
Positionserfassungsvorrichtung 15 angeordnet. Die Detektoren,
insbesondere die Lichtschranken 18, 19 der Positionserfassungsvorrichtung 14 können dann
jeweils einer der beiden parallel zur Verstellrichtung – Pfeil 34 – verlaufenden
Längsseitenkanten
des Verschiebeorganes 30 zugeordnet sein, sodaß jeder
Längsseitenkante
des Verschiebeorganes 30 je ein Detektor zugeordnet ist.
Gleiches gilt für
die dem weiteren Verschiebeorgan 31 zugeordneten Detektoren
bzw. Lichtschranken 20, 21. Die Detektoren bzw.
Lichtschranken 18, 19; 20, 21 zu
jedem Verschiebeorgan 30, 31 sind bezogen auf
die Verstellrichtung – Pfeil 34 – ebenso
nacheinander angeordnet.
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Anstelle
der zuvor beschriebenen Aneinanderreihung von mehreren optischen
Detektionsvorrichtungen 16, 17 ist es selbstverständlich auch
möglich,
diese Aneinanderreihung mit magnetischen, induktiven, piezoelektrischen
Detektionsvorrichtungen 16, 17 bzw. Positionserfassungsvorrichtungen 14, 15 oder
dgl. zu realisieren und dabei ebenso eine Verstellrichtung – Pfeil 34 – der Betätigungselemente 2, 3 erfassen
zu können.
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Abweichend
von der zuvor beschriebenen Zuordnung ist es selbstverständlich auch
möglich,
in der zweiten Schaltstufe – Position 5 – sämtliche
Lichtschranken 18 bis 21 freizugeben, d.h. das
von den Lichtquellen 22 bis 25 abgestrahlte Licht über die Durchbrüche 32, 33 auf
den Lichtempfangselementen 26 bis 29 auftreffen
zu lassen und nur in diesem Zustand eine Zustimmung zu definieren,
sodaß aufgrund
der mehrfachen Realisierung und Abfragemöglichkeit ebenso eine hohe
Funktionssicherheit erzielt ist. In sämtlichen vom zweiten Schaltzustand – Position 5 – abweichenden
Schaltstellungen ist dann keine Zustimmung bzw. auch Nothaltzustand
gegeben, wobei eine diesbezügliche
Unterscheidung alleinig durch die Signale der Positionserfassungsvorrichtungen 14, 15 oder
auch unter Einbeziehung der jeweiligen Verstellrichtung – Pfeil 34 – der Betätigungselemente 2, 3 eindeutig
erfolgen kann.
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Die
weitgehend eigenständig
aufgebauten Positionserfassungsvorrichtungen 14, 15 bzw.
optischen Detektionsvorrichtungen 16, 17 sind
ausgangsseitig mit jeweils einer eigenen elektrischen Auswertevorrichtung 36, 37 verbunden.
Pro Schaltkreis 7, 8 bzw. pro Betätigungselement 2, 3 ist
also jeweils eine eigene Auswertevorrichtung 36, 37 vorhanden.
Insbesondere ist die Positionserfassungsvorrichtung 14 bzw.
die Detektionsvorrichtung 16 mit der Auswertevorrichtung 36 leitungsverbunden,
wohingegen die weitere Positionserfassungsvorrichtung 15 bzw.
Detektionsvorrichtung 17 mit der weiteren Auswertevorrichtung 37 leitungsverbunden
ist. Insbesondere sind Signalausgänge 38, 39 der
Detektionsvorrichtung 16 mit der Auswertevorrichtung 36 und
Signalausgänge 40, 41 der
Detektionsvorrichtung 17 mit der weiteren elektronischen
Auswertevorrichtung 37 leitungsverbunden.
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Die
elektrische Auswertevorrichtung 36 ist dabei gegenüber der
elektrischen Auswertevorrichtung 37 bezüglich der Aufbauart grundlegend
unterschiedlich aufgebaut. Insbesondere ist die elektrische Auswertevorrichtung 36 gemäß einer
ersten Technologie bzw. Methodik aufgebaut, wohingegen die zweite
Auswertevorrichtung 37 gemäß einer davon unterschiedlichen
Technologie bzw. Methodik aufgebaut ist. So ist es z.B. möglich, die
Auswertevorrichtung 36 diskret, d.h. mit einzelnen entsprechend
zusammengeschalteten Komponenten der Elektrotechnik, wie z.B. Widerständen, Kondensatoren,
Operationsverstärker
und dgl. aufzubauen. Die Auswertevorrichtung 36 führt dabei
z.B. eine analoge Auswertung der von der Detektionsvorrichtung 16 abgegebenen
Positionssignale aus, wohingegen die weitere Auswertevorrichtung 37 digitale
Verfahren bzw. Komponenten der Digitaltechnik zur Auswertung der
von der Detek tionsvorrichtung 17 abgegebenen Positionssignale
einsetzt bzw. demgemäß aufgebaut
ist. Eine digitale Ausführungsform
der Auswertevorrichtung 37 kann z.B. durch eine Gatteranordnung 42 mit
entsprechend der geforderten Auswertelogik zusammengeschalteten
digitalen Gattern aufgebaut sein. Die digitalen Gatter können dabei z.B.
durch sämtliche
aus dem Stand der Technik bekannten digitalen Gatterbausteine gebildet
sein, die entsprechend der gewünschten
Ablauflogik miteinander verbunden sind und z.B. durch UND, ODER und/oder
durch Inverter-Gatter sowie alle daraus abgeleiteten Gatter für boolsche
Operationen gebildet sein können.
Bevorzugt ist die digitale Auswertevorrichtung 37 jedoch
durch eine frei programmierbare Gatteranordnung 42, wie
z.B. die aus dem Stand der Technik bekannten GAL-Bausteine bzw.
PAL-Bausteine gebildet, wodurch die Anordnung einer Vielzahl einzelner,
diskreter Gatterbausteine erübrigt
ist.
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Die
analoge Auswertevorrichtung 36 kann z.B. diskret oder integriert
aufgebaute Schwellwertschaltungen bzw. Schmitt-Trigger-Schaltungen und/oder
Vergleicherschaltungen und/oder Treiberstufen aufweisen.
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Jedem
Schaltkreis 7, 8 ist also zumindest eine elektronische
Auswertevorrichtung 36, 37 zugeordnet, welche
zur Erkennung bzw. Bestimmung der Position 4 bis 6 der
Betätigungselemente 2, 3 ausgebildet
ist. Die Auswertevorrichtungen 36, 37 werten dabei
die von den Detektionsvorrichtungen 16, 17 übergebenen
Positionssignale unabhängig
voneinander aus. Die Auswertung der jeweiligen Schalterzustände bzw.
die Auswertung der den jeweiligen Positionen 4 bis 6 entsprechenden
Positionssignale erfolgt dabei unabhängig voneinander im Schaltkreis 7 als
auch im Schaltkreis 8, sodaß die Auswertevorrichtungen 36, 37 jeweils
eigenständig
auswerten.
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Die
von den Auswertevorrichtungen 36, 37 ermittelten
Auswerteergebnisse, welche den jeweiligen Schaltstufen – Position 4 bis 6 – entsprechen, werden
von den Auswertevorrichtungen 36, 37 an eigenen
Ausgängen
ausgegeben. So weist jede der Auswertevorrichtungen 36, 37 einen
Zustimmausgang 43, 44 und gegebenenfalls auch
jeweils einen Nothaltausgang 45, 46 auf.
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Die
Zustimmausgänge 43, 44 sind
dabei entsprechend der jeweiligen Schalterstellung aktiviert bzw.
deaktiviert. Bevorzugt sind die Zustimmausgänge 43, 44 der
Auswertevorrichtungen 36, 37 bei gegebener Zustimmung
auf High-Potential, da sich die Betätigungselemente 2, 3 in
der zweiten Schaltstufe – Position 5 – befinden.
Sofern sich die Betätigungselemente 2, 3 in
der ersten Schaltstufe – Position 4 – befinden,
ist am Zu stimmausgang 43, 44 ein davon abweichender,
eindeutig unterscheidbarer Zustand ausgegeben. Bevorzugt sind bei
nicht gegebener Zustimmung die Zustimmausgänge 43, 44 auf
Low-Pegel und lassen somit den nicht zugestimmten Schalterzustand
erkennen.
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Selbstverständlich ist
es aber auch möglich, mit
dazu inversen Signalpegeln einen zugestimmten oder nicht zugestimmten
Schalterzustand erkennen zu können.
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Die
Nothaltausgänge 45, 46 der
Auswertevorrichtung 36, 37 sind bevorzugt bei
gegebener Nothaltsituation auf Low-Pegel und bei nicht gegebener
Nothaltsituation auf High-Pegel. Selbstverständlich ist es jedoch auch möglich, eine
dazu inverse Pegelzuordnung zu treffen, um eine Nothaltsituation eindeutig
von einer Normalsituation unterscheiden zu können.
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Befinden
sich die Betätigungselemente 2, 3 also
in der dritten Schaltposition, so ist an den Nothaltausgängen 45, 46 der
Auswertevorrichtung 36, 37 ein demgemäßes Signal,
bevorzugt ein Low-Signal bzw. kein Ausgangssignal ausgegeben.
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Zusammenfassend
ist also festzuhalten, daß bei
inaktiven bzw. energielosen Nothaltausgängen 45, 46 eine
Nothaltsituation gegeben ist und bei aktiven bzw. elektrische Energie
zur Verfügung
stellenden Nothaltausgängen 45, 46 eine
Normalsituation vorherrscht. Vorteilhaft ist dadurch, daß auch bei Ausfall
eines Nothaltausganges 45, 46 bzw. bei Ausfall
der Versorgungsspannung die ordnungsgemäße Funktion der Sicherheitsschalteinrichtung 1 nicht
beeinträchtigt
ist. Insbesondere ist durch die vorhergehend beschriebene Ausführung bei
einem Signalausfall bzw. einer Leitungsunterbrechung oder dgl. automatisch
eine Notsituation festgelegt und die Maschine kann vom Bediener
nicht in Betrieb genommen werden.
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Die
Zustimmausgänge 43, 44 und
die Nothaltausgänge 45, 46 der
Auswertevorrichtungen 36, 37 sind mit je einem
elektrischen Schaltelement 47 bis 50 leitungsverbunden.
Je Schaltkreis 7, 8 sind also zumindest zwei Schaltelemente 47, 48; 49, 50 vorhanden,
wobei die beiden Schaltelemente 47, 48 des Schaltkreises 7 gegenüber den
Schaltelementen 49, 50 des Schaltkreises 8 unterschiedlich
sind. Insbesondere sind die Schaltelemente 47, 48 gegenüber den
Schaltelemente 49, 50 bezüglich der Aufbauart gemäß einer
anderen Technologie hergestellt. So sind z.B. die Schaltelemente 47, 48 des
Schaltkreises 7 durch Bipolartransistoren 51, 52 gebildet,
wohingegen die Schaltelemente 49, 50 des Schaltkreises 8 durch
Feldeffekttransistoren (FET) 53, 54 gebildet sind.
Die Bipolartransistoren 51, 52 sind dabei bevorzugt
durch NPN-Transistoren ge bildet, können jedoch auch durch PNP-Transistoren
gebildet sein. Die Feldeffekttransistoren 53, 54 sind
bevorzugt durch selbstsperrende Feldeffekttransistoren 53, 54 gebildet,
können
jedoch selbstverständlich
auch durch selbstleitende Feldeffekttransistoren gebildet sein.
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Die
von den Zustimmausgängen 43, 44 und von
den Nothaltausgängen 45, 46 angesteuerten Schaltelemente 47 bis 50 dienen
der Unterbrechung bzw. Schließung
von über
die Schaltelemente 47 bis 50 geführten elektrischen
Arbeitsstromkreisen. Insbesondere sind die Drain-Anschlüsse der
Schaltelemente 49, 50 bzw. der Feldeffekttransistoren 53, 54 jeweils
am Zustimmausgang 44 bzw. am Nothaltausgang 46 der
Auswertevorrichtung 37 angeschlossen. Analog dazu ist der
Basisanschluß des
Schaltelementes 47 bzw. Bipolartransistors 51 mit
dem Zustimmausgang 43 verbunden und der Basisanschluß des Schaltelementes 48 bzw.
Bipolartransistors 52 mit dem Nothaltausgang 45 verbunden.
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Die
beiden Ausgangsanschlüsse
bzw. der Kollektor und der Emitter des Schaltelementes 47 bilden
einen ersten Schaltausgang 55 der Sicherheitsschalteinrichtung 1,
dessen beide Anschlüsse
bei gegebener Zustimmung über
das Schaltelement 47 elektrisch verbunden sind und somit
einen geschlossenen Schalter darstellen, wenn Zustimmung gegeben
ist. Das weitere Schaltelement 48 des Schaltkreises 7 stellt
einen weiteren Schaltausgang 56 der Sicherheitsschalteinrichtung 1 dar,
wobei die beiden Arbeitskreisanschlüsse des Schalters 56 in
der dritten Schaltstufe, d.h. bei einer Notaussituation elektrisch
voneinander isoliert sind und somit einem geöffneten Schalter entsprechen,
wohingegen bei Normalzustand die beiden Anschlüsse über das Schaltelement 48 elektrisch
leitend miteinander verbunden sind.
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Analog
dazu bildet das Schaltelement 49 einen Schaltausgang 57 und
das Schaltelement 50 einen Schaltausgang 58. Die
Anschlüsse
des Schaltausganges 57 sind dabei bei gegebener Zustimmung bzw.
bei in zweiter Schaltstufe – Position 5 – befindlichen
Betätigungselementen 2, 3 über das
Schaltelement 49 elektrisch leitend miteinander verbunden. Die
Anschlüsse
des weiteren Schaltausganges 58 sind bei gegebener Nothaltsituation über das
Schaltelement 50 elektrisch voneinander getrennt, sodaß ein geöffneter
Schalter realisiert ist, der den Nothaltzustand definiert. Die Schaltausgänge 57, 58 sind
dabei Ausgänge
des Schaltkreises 8 der Sicherheitsschalteinrichtung 1.
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Die
bevorzugt durch Halbleiterbauelemente gebildeten Schaltelemente 47 bis 50 weisen
naturgemäß eine unidirektionale
Stromdurchflußrichtung
auf, wodurch an den Schaltausgängen 55, 58 nur
eine bestimmte Stromflußrichtung
ermöglicht
ist. Bevorzugt ist den Schaltelementen 47 bis 50 jedoch
jeweils eine eigene Vorrichtung 59 bis 62 zugeordnet,
die einen einheitlichen, unidirektionalen Stromfluß über die
bevorzugt durch Halbleiterbauelemente gebildeten Schaltelemente 47 bis 50 ermöglicht.
Durch die bevorzugt eingesetzten Vorrichtungen 59 bis 62 zur Vereinheitlichung
der Polarität
der an die Schaltelemente 47 bis 50 geleiteten
Schaltspannung sind also ungepolte Schaltausgänge 55 bis 58 erzielbar.
Durch die Vorrichtungen 59 bis 62 ist es also
ermöglicht, daß die Polarität der zu
schaltenden Spannung bzw. die Stromflußrichtung an den Schaltausgängen 55 bis 58 nicht
beachtet werden muß und
somit ein sogenannter potentialfreier Schaltkontakt bzw. Schaltausgang 55 bis 58 erreicht
ist.
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Die
Vorrichtungen 59 bis 62 für jedes Schaltelement 47 bis 50 sind
bevorzugt durch eine Mehrzahl von Halbleiterdioden 63 bis 66 in
Brückenanordnung
gebildet. Die in Brückenschaltung
angeordneten Halbleiterdioden 63 bis 66 für jedes
einzelne Schaltelement 47 bis 50 sind dabei in
Art eines Brückengleichrichters
angeordnet. Die den Vorrichtungen 59 bis 62 zugeordneten
Schaltelemente 47 bis 50 sind dabei parallel zu
den beiden Diodenpaaren 67, 68 einer jeden Vorrichtung 59 bis 62 geschaltet. Die
Diodenpaare 67, 68 bestehen dabei aus in gleiche
Durchlaßrichtung
geschalteten Halbleiterdioden 63 bis 66. Insbesondere
umfaßt
das Diodenpaar 67 die in gleiche Stromdurchflußrichtung
geschalteten Halbleiterdioden 63, 66, wohingegen
das weitere Diodenpaar 68 die beiden jeweils in gleiche
Stromdurchflußrichtung
geschalteten Halbleiterdioden 64, 65 umfaßt. Durch
diese Vorrichtungen 59 bis 62 fließt der über die
Schaltelemente 47 bis 50 geleitete elektrische
Strom unabhängig
von der Polarität
der zu schaltenden Spannung an den Schaltausgängen 55 bis 58 immer
in gleiche Richtung über
die bevorzugt durch Halbleiter gebildeten Schaltelemente 47 bis 50.
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Selbstverständlich ist
es jedoch auch möglich,
die Schaltelemente 47 bis 50 als Relais auszubilden,
wobei diese dann von den Auswertevorrichtungen 36, 37 angesteuert
sind und arbeitsstromkreisseitig die Schaltausgänge 55 bis 58 bilden.
Diese als Relais ausgebildeten Schaltelemente 47 bis 50 stellen
dann ebenso potentialfreie Schaltkontakte dar, bei welchen die Polarität der Schaltspannung gleichgültig ist.
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Bevorzugt
ist jedem Schaltelement 47 bis 50 auch eine Schutzschaltung 69 bis 72 zugeordnet,
die die Schaltelemente 47 bis 50 vor kurzgeschlossenen Arbeitsstromkreisen
und/oder vor Überlast
schützt. Die
Schutzschaltungen 69 bis 72 sind insbesondere zur
Detektierung des über
die Schaltelemente 47 bis 50 fließenden Stromes
ausgebildet. Insbesondere sind die Schutzschaltungen 69 bis 72 zur Überwachung
des über
die Schaltausgänge 55 bis 58 geführten elektrischen
Stroms ausgebildet. Erkennt die Schutzschaltung 69 bis 72 eine Überschreitung
des maximal zulässigen
Arbeitsstromes, was beispielsweise durch Kurzschließen eines
an die Schaltausgänge 55 bis 58 geschalteten
Verbrauchers hervorgerufen werden kann, so wird das Schaltelement 47 bis 50,
an welchem der unzulässig
hohe Arbeitsstrom auftritt, abgeschaltet und der Arbeitsstromkreis
unterbrochen. Ebenso detektiert die Schutzschaltung 69 bis 72 eine
unzulässig
hohe Schaltspannung an den Schaltausgängen 55 bis 58.
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Detektiert
die Schutzschaltung 69 bis 72 beispielsweise einen
unzulässig
hohen Arbeitsstrom über
die Schaltelemente 47 bis 50, so kann der Steuereingang
der Schaltelemente 47 bis 50 von der Schutzschaltung 69 bis 72 entsprechend
angesteuert werden, sodaß der
Stromfluß über das
entsprechende Schaltelement 47 bis 50 unterbrochen
wird und der unzulässig
hohe Strom keine Beschädigung
des jeweiligen Schaltelementes 47 bis 50 hervorrufen kann.
Die Schutzschaltung 69 bis 72 kann dabei einerseits
mit der Auswertevorrichtung 36, 37 und mit der
Vorrichtung 59 bis 62 leitungsverbunden sein,
um die jeweiligen Kurzschluß-
bzw. Überlastzustände detektieren
und entsprechende Gegenmaßnahmen, die
eine Beschädigung
der Schaltelemente 47 bis 50 verhindern, einleiten
zu können.
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Die
Schutzschaltungen 69 bis 72 können dabei durch einfache Spannungsüberwachungsvorrichtungen
gebildet sein, die bei Auftreten einer unzulässig hohen, abgenommenen Spannung
an einem Meßwiderstand
im Arbeitsstromkreis der Schaltelemente 47 bis 50 auf
einen unzulässig
hohen Strom schließen
lassen und somit eine Abschaltung des Schaltelementes 47 bis 50 einzuleiten
ist.
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Die
Schaltausgänge 55 bis 58 der
Sicherheitsschalteinrichtung 1 bilden bevorzugt die Schnittstelle
zur Steuerungselektrik der über
die Sicherheitsschalteinrichtung 1 bzw. über den
Zustimmschalter zu kontrollierenden Maschine und sind daher bevorzugt
als Klemmen ausgebildet. Die mehrfache, insbesondere zweifache Erfassung,
Auswertung und Ausgabe der gewünschten
Schaltfunktion der Sicherheitsschalteinrichtung 1 erhöht die Ausfallssicherheit
bzw. Funktionssicherheit erheblich. Äußere Einflüsse auf die Sicherheitsschalteinrichtung 1 können durch
den unterschiedlichen Aufbau des Schaltkreises 7 gegenüber dem
Aufbau des Schaltkreises 8 Mehrfachfehler generieren bzw.
Mehrfachbeeinflussungen hervorrufen. So ist dann beispielsweise bei
Beeinflussung bzw. eines der Schaltkreise 7 oder 8 der
weitere Schaltkreis davon unabhängig,
wodurch die Sicherheitsschalteinrichtung 1 weiterhin ordnungsgemäß funktioniert
und somit eine sogenannte "Einfehlersicherheit" erreicht ist.
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Zur
Erzielung dieser Einfehlersicherheit können die Schaltausgänge 55 bis 58 entweder
von einem Elektromonteur entsprechend verdrahtet werden. Selbstverständlich ist
es aber auch möglich,
die Verknüpfung
der Schaltausgänge 55 bis 58 bzw.
der unabhängig
aufgebauten Schaltkreise 7, 8 direkt auf der die
elektrischen Komponenten der Sicherheitsschalteinrichtung 1 aufnehmenden
Bauteilplatine auszuführen.
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Insbesondere
sind hierfür
die den Nothaltausgängen 45, 46 zugeordneten
Schaltelemente 48, 50 bzw. die dementsprechenden
Schaltausgänge 56, 58 des
ersten Schaltkreises 7 und des zweiten Schaltkreises 8 in
serieller Wirkverbindung zu schalten. Insbesondere sind die als
Nothalt-Ausgänge
fungierenden Schaltausgänge 56, 58 in
Serie zu schalten, sodaß bei
Ausfall eines der Schaltelemente 48, 50 weiterhin
eine Stromkreisunterbrechung ermöglicht
ist.
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Dementsprechend
sind die den Zustimmausgängen 43, 44 zugeordneten
Schaltelemente 47, 49 bzw. die dementsprechenden
Schaltausgänge 55, 57 des
ersten Schaltkreises 7 und des zweiten Schaltkreises 8 in
parallele Wirkverbindung zu schalten. Durch diese Parallelschaltung
der als Schließer
fungierenden Schaltelemente 47, 49 ist bei Ausfall
eines Schaltelementes 47, 48 das weitere Schaltelement 47 bzw. 48 weiterhin
aktiv, sodaß trotzdem
eine Zustimmung erfolgen kann.
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Die
parallel geschalteten Schaltelemente 47, 49 sind
außerdem
mit den in Serie geschalteten Schaltelementen 48, 50 seriell
verbunden, sodaß alle vier
Schaltelemente 47 bis 50 entsprechend den vorhergegangenen
Beschreibungen zusammengeschaltet sind. Die zuvor beschriebene Schaltanordnung
aus den Schaltelementen 47 bis 50 ist dann zur Ansteuerung
zumindest eines Aktors 73, z.B. einer Relaisspule vorgesehen.
Insbesondere kann über diese
Schalteranordnung der Aktor 73 an eine entsprechende Energieversorgung
geschaltet bzw. davon getrennt werden. Selbstverständlich ist
es aber auch möglich,
als Aktor 73 einen Elektromotor, eine Hydraulikpumpe oder
dgl. einzusetzen.
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Gegebenenfalls
ist es auch möglich,
anstelle der Anordnung mehrerer Betätigungselemente 2, 3 bzw.
Verschiebeorgane 30, 31 lediglich ein Verschiebeorgan
vorzusehen, das mit mehreren, voneinander unabhängigen Positionserfassungsvorrichtungen 14, 15 zusammenwirkt
ohne dabei einen gravierenden Sicherheitsverlust hervorzurufen,
da die Wahrscheinlichkeit eines Ausfalls des mechanischen Verschiebeorganes
vergleichsweise gering ist. Dieses einzelne, mechanische Verschiebeorgan
könnte
dann mehrere Durchbrüche 32, 33 aufweisen,
die in den jeweiligen Schalterstellungen mit den Positionserfassungsvorrichtungen 14, 15 bzw.
Detektionsvorrichtungen 15, 16 korrespondieren.
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Es
ist aber auch möglich,
je Schaltkreis 7, 8 eine einzige Positionserfassunsvorrichtung 14, 15 vorzusehen,
wobei diese Positionserfassungsvorrichtungen 14, 15 in
Abhängigkeit
der Position 4 bis 6 der Betätigungselemente 2, 3 zumindest
ein elektrisches Signal unterschiedlicher Formen abgeben. So ist
es z.B. möglich,
anhand der von der Positionserfassungsvorrichtung 14, 15 abgegebenen
Signalform, insbesondere anhand der Frequenz, Amplitude und/oder
Phasenverschiebung der Signale auf die entsprechende Position 4 bis 6 der
Betätigungselemente 2, 3 schließen zu können. Insbesondere
kann über
die Spannungsamplitude und/oder über
die Frequenz eines von einer Positionserfassungsvorrichtung 14, 15 abgegebenen
elektrischen Signals auf die jeweilige Schaltstellung – Position 4 bis 6 – geschlossen
werden.
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Der
Ordnung halber sei abschließend
darauf hingewiesen, daß zum
besseren Verständnis
des Aufbaus der erfindungsgemäßen Sicherheitsschalteinrichtung,
diese bzw. deren Bestandteile teilweise unmaßstäblich und/oder vergrößert und/oder
verkleinert dargestellt wurden.