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Sicherheitseinrichtung für ein bewegtes Maschinenteil
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Die Erfindung betrifft eine Sicherheitseinrichtung gemäß dem Oberbegriff
des Anspruches 1.
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Derartige, im Handel erhältliche Sicherheitseinrichtungen überwachen
einen kleinen Raumbereich, nämlich den, innerhalb dessen sich die Richtcharakteristik
der Lichtquelle und diejenige des Lichtdetektors überlappen. Oft sind die Maschinenteile,
bei denen durch eine Lichtschranke überprüft werden soll, ob der Weg für eine durchzuführende
Bewegung frei ist, in zwei oder drei zueinander senkrechten Richtungen unabhängig
bewegbar. Dann reicht die tiberwachung eines kleinen Raumbereiches
nicht
aus, um sicher ein Anstoßen an einem Hindernis zu verhüten. Derartige in zwei oder
drei Richtungen unabhängig bewegbare Naschinenteile sind. B. die in Längsrichtung
und in vertikaler Richtung bezüglich eines Regales verfahrbaren Tragplattformen
von Regalwagen, welche zum Bewegen von Paletten in Regalfächer hinein oder aus diesen
heraus dienen.
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Bei vollautomatisch betriebenen Regalanlagen kommt es immer wieder
vor, daß an irgendeiner Stelle des Regales Lagergut über die Vorderfläche des Regales
übersteht. Um einen Zusammenstoß zwischen überstehendem Lagergut und dem Regalwagen
zu vermeiden, werden bisher einzelne Lichtschranken verwendet, die jedoch nur linienförmige
Bereiche kontrollieren können.
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Es kann aber auch dann noch zu Zusammenstößen kommen, nämlich dann,
wenn nur eine Ecke des Lagergutes übersteht, die von der bei der Mitte des Regalfaches
verlaufenden Lichtschranke nicht erfaßt wird. Dies kann auch bei Anwendung von mehreren
Lichtschranken geschehen, da diese nur ein Gitter bilden und die den Maschen des
Gitters entsprechend Zwischenräume nicht kontrollieren. Den gleichen Nachteil haben
auch bei der Mitte der Regalfächer angeordnete, um eine horizontale Achse verschwenkbare
Kontrollstäbe, welche mit elektrischen Schaltern zusammenarbeiten. Solche Kontrollstäbe
haben darüberhinaus den Nachteil, daß sie leicht abbrechen und angehoben werden
müssen, damit ein freier Zugang zum Regalfach besteht. Diese bekannten Sicherheitseinrichtungen
an automatischen Regalanlagen weisen eine sehr große Anzahl von elektrischen und
mechanischen Bauelementen auf, was einen erheblichen baulichen Aufwand bedeutet.
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Durch die vorliegende Erfindung soll daher eine Sicherheitseinrichtung
gemäß
dem Oberl,egriff des Anspruches 1 so weiter gebildet werden, daß bei geringem apparativem
Aufwand ein in zwei oder drei Richtungen unabhängig verfahrbares Maschinenteil zuverlässig
angehalten wird, bevor es an einem in seinem Weg befindlichen Hindernis anstößt.
Insbesondere hat sich die Erfindung die Aufgabe gestellt, eine Sicherheitseinrichtung
für eine Regalanordnung der vorgenannten Art zu schaffen, die sicherstellt, daß
beim Verfahren der Tragplattformen der vorgenannten Art keine Störungen auftreten
können.
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Bei der erfindungsgemäßen Sicherheitseinrichtung wird ein Lichtvorhang
erzeugt, welcher flächig die Nachbarschaft des bewegten Maschinenteiles auf Hindernisse
ausleuchtet, welche dann vom mit der Antriebssteuerung des Maschinenteiles verbundenen
Lichtdetektor festgestellt werden. Der Abstand des Vberlappungsbereiches der Richtcharakteristiken
von Lichtquelle und Lichtdetektor wird im Hinblick auf das Abbremsverhalten des
bewegten Maschinenteiles gewählt. Gemäß der erfindungsgemäßen Lehre benötigt man
nur eine einzige Lichtquelle und einen einzigen Lichtdetektor, die vom bewegten
Maschinenteil selbst getragen immer dort arbeiten, wo möglicherweise Gefahr droht.
Bei der Verwendung regalfester Uberwachungseinrichtungen wird dagegen stets der
überwiegende Teil der Lichtschranken unnötig betrieben, da der Regalwagen sowieso
an einer anderen Stelle des Regals arbeitet.
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Die erfindungsgemäße Sicherheitseinrichtung läßt sich jedoch nicht
nur bei automatischen Regalanlagen mit Vorteil verwenden, sie kann überall dort
eingesetzt werden, wo eine Fläche auf das Nichtvorhandensein von Hindernissen abgesucht
werden
muß. Sie läßt sic-h z. B. auch als Sicherheitseinrichtung an Pressen verwenden,
wobei dann das bewegte Maschinenteil der Pressenstempel ist und die zu ermittelnden
Hindernisse die Hände oder Arme der Bedienungsperson.
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Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in Unteransprüchen
angegeben.
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Bei einer Sicherheitseinrichtung gemäß Anspruch 2 wird die Umgebung
des bewegten Maschinenteiles über volle 3600 abgetastet. Ein weiterer Vorteil der
Sicherheitseinrichtung nach Fig. 2 ist der, daß sie einfach unter Verwendung handelsüblicher
Sender/Detektoreinheiten hergestellt werden kann.
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Muß nur ein Teil einer Bläche überwacht werden, so ist die Weiterbildung
der Erfindung gemäß Anspruch 3 besonders vorteilhaft, da Schleifringe und Schleifkontakte
entfallen können.
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Im Hinblick auf möglichst kleine bewegte Massen und auf hohe Geschwindigkeit
des bewegten Lichtstrahles ist die Weiterbildung der Erfindung gemäß Anspruch 4
besonders vorteilhaft.
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Soll bei hoher Uberwachungsgeschwindigkeit ein kleiner Sektor einer
Fläche überwacht werden, so erfolgt dies wiederum bei kleinen bewegten Massen vorzugsweise
mit einer Sicherheitseinrichtung gemäß Anspruch 5.
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Mit der Weiterbildung der Erfindung gemäß Anspruch 6 wird erreicht,
daß derjenige Abschnitt einer Ebene, der unter Verwendung eines Drehspiegels schlecht
abgetastet werden kann, zusätzlich mittels eines nachgeschalteten Drehprismas durchgefahren
wird. Vorzugsweise ist dabei die Phasenlage des Drehprismas bezüglich der Phasenlage
des Drehspiegels so gewählt, daß der Lichtstrahl durch das Prisma nicht abgelenkt
wird, wenn der Dspiegel senkrecht auf der durch die Richtcharakteristiken von Lichtquelle
und Lichtdetektor vorgegebenen Ebene steht.
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Mit der Weiterbildung der Erfindung gemäß Anspruch 7 läßt sich auf
einfache Weise die E'unktionsfähigkeit der Sicherheitseinrichtung prüfen.
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Dies kann entweder von Zeit zu Zeit erfolgen, indem bei einer Sicherheitseinrichtung
gemäß Anspruch 8 der Testreflektor in die Bahn des Lichtstrahles bewegt wird.
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Bei einer Sicherheitseinrichtung gemäß Anspruch 9 erfolgt die Uberwachung
der Funktionsfähigkeit der Sicherheitseinrichtung dauernd und durch elektronische
Maßnahmen werden diejenigen Ausgangssignale des Lichtdetektors ausgeblendet, welche
auf Reflexion von Licht am Testreflektor zurückzuführen sind.
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Bei einer Sicherheitseinrichtung gemäß Anspruch 10 wird das bewegte
Maschinenteil automatisch auch dann angehalten,
wenn die Sicherheitseinrichtung
nicht mehr ordnungsgemäß arbeitet, so daß das bewegte Maschinenteil an einem Hindernis
anstoßen könnte.
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Bei einer Sicherheitseinrichtung nach Anspruch 11 kann das Bedienungspersonal
leicht feststellen, ob das Anhalten des bewegten Maschinenteiles auf einen Fehler
in der Sicherheitseinrichtung selbst oder auf das Vorliegen eines Hindernisses zurückzuführen
ist.
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Nachstehend wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen unter
Bezugnahme auf die beiliegende Zeichnung näher erläutert. In dieser zeigen: Fig.
1 eine schematische Ansicht einer autoiflatischen Regalanlage; Fig. 2 eine seitliche
Ansicht einer ersten Ausführungsform der Überwachungseinrichtung der Regalanhage
nach Fig. 1 mit einer umlaufenden Lichtquelle/Lichtdetektoreinheit; Fig. 3 eine
zweite Ausführungsform der Uberwachungseinrichtung, bei der eine umlaufende Lichtquelle/Lichtdetektoreinheit
beidseitig gelagert ist; Fig. 4 eine schematische Aufsicht auf eine dritte Ausführungsform
der Uberwachungseinrichtung, welche eine stationäre Lichtquelle/Lichtdetektoreinheit
aufweist;
Fig. 5 eine schematische Darstellung einer Schaltung
zur Ansteuerung der Antriebe des Regalwagens, sowie, Fig. 6 eine weitere Variante
zu der Anordnung nach Fig. 5 als SchalSchema.
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ig. 1 zeigt schematisch ein Regal 1o, das aus vertikalen Trägern 12
und horizontalen Fachböden 14 besteht. Es steht auf dem Boden 16 einer Lagerhalle.
In einem Graben 18 des Bodens 16 ist ein Regalwagen 20 in Längsrichtung verfahrbar.
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Er hat zwei mehrfach ausfahrbare hydraulische Arbeitszylinder 22 und
24, welche zusammen eine Arbeitsbühne 26 tragen. Auf letzterer ist eine Tragplatte
28 auf Rollen gelagert verschiebbar. An der Tragplatte 28 sind zwei Tragarme 32
befestigt, welche unter nicht gezeigte Paletten eingeführt werden können. Das Bewegen
der Tragplatte 28 senkrecht zur Regalvorderfläche besofs ein schematisch angedeuteter
Arbeitszylinder 34, welcher an einer Wange 36 der Arbeitsbühne 26 und der Tragplatte
28 angreift.
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des An der/Regalvorderfläche benachbarten Seite der Arbeitsbühne
26 ist eine Uberwachungseinrichtung 38 befestigt, welche einen umlaufenden Lichtstrahl
4o erzeugt, der zwischen der dem Regal 1o benachbarten Stirnseite der Arbeitsbühne
26 und der Vorderfläche des Regals 1o hindurchläuft. Nur der besseren Ubersichtlichkeit
halber ist die Uberwachungseinrichtung 38 beim Ende der Arbeitsbühne 26 gelegen
dargestellt. In der Praxis wird sie vorzugsweise in Bewegungsrichtung des Regalwagens
20 gesehen in der Mitte der ArbeitsbüWne 26 angebracht, so daß die Uberwachung auf
Hindernisse in beiden Fahrtrichtungen des Regalwagens 20 in gleicher Weise erfolgt.
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Auf der Oberseite des Regalwagens 20 ist ein stabförmiger Testreflektor
42 wahlweise in und aus dem Weg des Lichtstrahles 40 bewegbar gelagert, um das BUnktionieren
der Überwachungseinrichtung 38 überprüfen zu können. In Verbindung mit einer Zusatzeinrichtung,
die später unter Bezugnahme auf Big. 5 noch genauer beschrieben wird, kann auch
ein dauernd in den Weg des Lichtstrahles 40 ragender Testreflektor 42 verwendet
werden.
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Wie aus Fig. 2 ersichtlich ist, weist die Uberwachungseinrichtung
38 eine Sender/Detektoreinheit 44 auf, die ein Austrittsfenster 46 für einen gebündelten,
intensitätsmodulierten Lichtstrahl und ein Eintrittsfenster 48 für von einem Hindernis
reflektiertes Licht aufweist. Die Sender/Detektoreinheit 44 enthält ferner zur Störlichtunterdrückung
einen in der Zeichnung nicht wiedergegebenen phasenempfindlichen Gleichrichter und
einen Verstärker.
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Die Sender/Detektoreinheit 44 enthält vorzugsweise eine Infrarotlichtquelle.
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Die Sender/Detektoreinheit 44 ist vom freien Ende einer Welle 50 getragen,
die in dem freien Arm 52 eines Winkelträgers 54 gelagert ist. Letzterer ist mit
Bohrungen 56 zur Aufnahme von Befestigungsschrauben versehen und trägt ferner einen
Elektromotor 58 mit einem im gleichen Gehäuse untergebrachten Untersetzergetriebe.
Die Abtriebswelle des Untersetzergetriebes trägt ein Ritzel 60, das mit einem auf
das Ende der Welle 50 aufgesetzten Zahnrad 62 kämmt.
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Ein fest mit der Welle 50 verbundener zylindrischer Isolierkörper
64 trägt drei unter axialem Abstand angeordnete Schleifringe 66, 68, 70, auf welchen
blattfederähnliche Schleifkontakte 72, 74, 76 laufen, die an einem Isolierplättchen
78;festgenietet sind. Letzteres ist am freien Ende des Armes 52 festgeschraubt und
hat mit den Schleifkontakten verbundene Anschlußfahnen zum Anlöten externer Leitungen.
Die Schleifringe sind ihrerseits über durch die hohl ausgebildete Welle 50 durchgeführte
Leitungen mit der Elektronik der Sender/Detektoreinheit 44 verbunden.
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tber den Schleifring 66 und den Schleifkontakt 72 ist die Sender/Detektoreinheit
44 mit dem positiven Pol, über den Schleifring 68 und den Schleifkontakt 74 mit
dem negativen Pol einer nicht gezeigten Gleichspannungsquelle verbundene über den
Schleifring 70 und den Schleifkontakt 76 wird das Ausgangssignal des Lichtdetektors
auf die Antriebssteuerung des Regalwagens 20 gegeben, welche in Fig. 2 nicht dargestellt
ist. Wird am Schleifkontakt 76 ein solcher Signalpegel erhalten, der anzeigt, daß
die Sender/Detektoreinheit ein Hindernis feststellt, so werden sowohl der Antrieb
zum Verfahren des Regalwagens 20 als auch der Antrieb zum Anheben der Arbeitsbühne
26 zwangsweise abgeschaltet, während der Arbeitszylinder 34 weiter betätigbar bleibt.
Damit wird erreicht, daß die Tragarme 32 in ein Regalfach hinein und aus diesem
heraustewegt werden können, ohne daß die Uberwachungseinrichtung 38 abgeschaltet
werden muß.
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Mit der oben beschriebenen Anordnung wird zugleich erreic-ht, daß
der Regalwagen 20 nicht verfahren werden kann und die Arbeitsbühne 26 in ihrer Höhe
nicht verstellt werden kann, solange sich die Tragarme noch innerhalb eines Regalfaches
befinden.
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Während sich eine Uberwachungseinrichtung, wie sie in Fig. 2 gezeigt
ist, für kleinere Umlauffrequenzen von 1 bis 10 Hz und für geringes Gewicht aufweisende
Sender/Detektoreinheiten eignet, sollte die Sender/Detektoreinheit bei größerem
Gewicht oder beim Arbeiten mit höheren Umlauffrequenzen des Lichtstrahles beidseitig
gelagert werden. Eine entsprechende Anordnung ist in ?ig. 3 gezeigt.
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Dort enthält eine Sender/Detektoreinheit 80 zwei Austrittsfenster
82 für intensitätsmoduliertes.licht, die einander bezüglich der Drehachse diametral
gegenüber liegen, und zwei fluchtende, in der Zeichnung nicht sichtbare Eintrittsfenster
für von einem Hindernis reflektiertes Licht. Eine die Sender/ Detektoreinheit tragende
Welle 84 ist beidseitig gelagert.
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Der in Fig. 3 sichtbare Arm des Lagerbügels 86 für die Welle 84 trägt
Schleifringe 88, 90, 92 und 94, die mit konzentrischen Leiterbahnen 96, 98, 100,
102 zusammenarbeiten, die auf einem aus isolierendem Material hergestellten Zahnrad
104 angeordnet sind und mit der Elektronik der Sender/ Detektoreinheit 80 verbunden
sind. Die Zahl der Schleifkontakte und Schleifringe kann beliebig sein.
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Ein mit einem nicht gezeigten Elektromotor mit nachgeschaltetem Untersetzergetriebe
verbundenes Ritzel 106 kämmt mit dem
Zahnrad 104.
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Die Schleifkontakte für die von innen nach außen gezählt erste und
dritte Leiterbahn befinden sich in der Zeichnung links des Lagers für die Welle
84, die Schleifkontakte für die zweite und vierte Leiterbahn rechts dieses Lagers,
was im Hinblick auf einaimöglichst kompakten Aufbau vorteilhaft ist.
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Die Leiterbahnen 96 und 98 dienen der Verbindung der Sender/ Detektoreinheit
80 mit einer externen Gleichspannungsquelle; auf den Leiterbahnen 100 und 102 stehen
die Ausgangssignale der Lichtdetektoren. Diese letztgenannten Leiterbahnen sind
über einen Winkelbereich hinweg unterbrochen, der demjenigen entspricht, über welchen
hinweg die Achsen der Lichtquellen und Lichtdetektoren eine Tragplatte 102 während
ihres Umlaufes schneiden. Damit wird innerhalb dieses Winkelbereiches kein die Antriebe
des Regalwagens blockierendes Signal an die Schleifkontakte 92 und 94 abgegeben.
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Die Tragplatte 102 hat Bohrungen 110 zur Aufnahme von Befestigungsschrauben.
Eine transparente Abdeckkappe 112 ist im Schnappsitz auf eine Schulter 114 der Tragplatte
102 aufgesetzt.
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Im Hinblick auf kleine bewegte Nassen ist die Uberwachungseinrichtung
nach Fig. 4 besonders vorteilhaft. Bei ihr ist die Sender/Detektoreinheit 116 stationär,
und in der durch
die Richtcharakteristiken von Lichtquelle und
Lichtdetektor vorgegebenen Ebene ist ein halbdurchlässiger Drehspiegel 118 und dahinter
ein umlaufendes Prisma 120 angeordnet. Drehspiegel 118 und Prisma 120 sind von miteinander
kämmenden Zahnrädern 122 und 124 getragen. An der Welle einer dieser Zahnräder greift
ein nicht gezeigter Antriebsmotor an. Die Sender/Detektoreinheit 116 und die Zahnräder
122 und 124 sowie der Antriebsmotor sind auf einer Tragplatte 126 angeordnet, die
wieder an der Arbeitsbünne 26 befestigbar ist.
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Der Drehspiegel 118 erzeugt einen umlaufenden Lichtstrahl 128. Der
mit dem Drehspiegel 118 nicht sauber überdeckbare Vorwärtsbereich wird durch einen
oszillierenden Lichtstrahl 130 erfaßt, welcher vom umlaufenden Prisma 120 erzeugt
wird.
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Die Amplitude der Oszillationsbewegung des Lichtstrahles 130 läßt
sich über den Keilwinkel des Prismas 120 einstellen.
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Der Lichtdetektor spricht an, wenn entweder der Lichtstrahl 128 oder
der Lichtstrahl 130 auf ein Hindernis trifft. Es versteht sich, daß zum Erzeugen
nur des oszillierenden Lichtstrahles 130 oder nur des umlaufenden Lichtstrahles
128 Prisma und Drehspiegel für sich allein verwendet werden können, wobei dawiim
letzteren Falle ein völlig undurchlässiger Spiegel verwendet wird.
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Fig. 5 zeigt schematisch eine Schaltung zur Ansteuerung der Antriebe
des Regalwagens 20. Eine Lochscheibe 132 wird durch Aufsetzen auf die Welle 50,
die Welle 84 oder die Welle eines der Zahnräder 122, 124 synchron zum Lichtstrahl
bewegt.
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Dieser fällt bei jedem Umlauf genau einmal auf den jetzt fest in seinem
Weg angebrachten Testreflektor 42. Die einzige Durchbrechung 134 der Lochscheibe
132 fluchtet bei auf den Testreflektor fallendem Lichtstrahl mit einer Lichtschranke
136. Der Durchmesser der Durchbrechung 134 ist im Hinblick auf die Größe des Testreflektors
42 gewählt.
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Der Ausgang der Lichtschranke 136 ist direkt mit einem Eingang eines
ersten UND-Gliedes 138 und über einen Inverter 140 mit einem Eingang eines zweiten
UND-Gliedes 142 verbunden.
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Der zweite Eingang des letzteren ist direkt mit dem Ausgang des mit
144 bezeichneten Lichtdetektors der bberwachungseinrichtung verbunden, welcher ferner
über einen zweiten Inverter 146 mit; dem zweiten Eingang des UND-Gliedes 138 verbunden
ist.
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Die Ausgänge der beiden UND-Glieder 138 und 142 sind über ein ODER-Glied
148 mit dem Setzeingang eines Flipp-Flopps 150 verbunden, dessen "O" - Ausgang mit
einer Steuerklemme einer Antriebssteuerung 152 verbunden ist, deren Ausgangsleitungen
154, 156 zum fahrmotor für den Regalwagen 20 bzw. zu Magnetventilen für die Druckbeaufschlagung
der Årbeitszylinder 22 und 24 führen.
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Der Ausgang des T3ND- Gliedes 138 ist ferner mit dem Rückstelleingang
eines Flipp-Flopps 158 verbunden, dessen "O"-Ausgang eine akustische und/oder visuelle
Alarmeinrichtung 160 ansteuert, welche anzeigt, daß die Überwachungseinrichtung
nicht
richtig arbeitet.
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Der Ausgang des UND-Gliedes 142 ist ferner mit dem Setzeingang eines
weiteren Flipp-Flopps 162 verbunden, dessen "1"-Ausgang mit einer zweiten akustischen
und/oder visuellen Alarmeinrichtung 164 verbunden ist, welche anzeigt, daß ein Hindernis
festgestellt worden ist.
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Der Setzeingang des i'lipp-2'lopps 158 und die Rückstelleingänge der
Blipp-2lopps 15o und 162 sind über einen von Hand betätigbaren Schalter 166 mit
einer Jleichspannquelle V verbindbar.
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Durch manuelles Schließen des Schalters 166 nach Beseitigen des Hindernisses
oder Reparatur der Uberwachungseinrichtung können somit die Blipp-çlopps 150, 158,
162 in den normalen Arbeitszustand zurückgestellt werden, in welchem die Antriebe
des Regalwagens nicht blockiert sind.
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In Fig. 6 ist eine weitere anordnung schematisch dargestellt, die
nach dem sogenannten Ruhestromprinzip arbeitet. (Bewegungen werden nur eingeleitet,
wenn Spannung vorhanden ist; Die Schleifringe 170, 171, 172, 173 sind hierbei der
Ubersichtlichkeit wegen nebeneinandeç statt hintereinanderliegend dargestellt, 170
und 171 sind zwei Schleifringe, die in an sich bekannter Weise an das betz angeschlossen
sind.
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Der Schleifring 172 ist dem Relais 174 zugeordnet, wobei die Anordnung
so getroffen ist, daß das Relais 174 angezogen bleibt, solange kein Licht zurückkommt,
dlh. kein Hindernis im Weg des Regalwagens liegt. Wenn ein Hindernis vorhanden ist,
fällt das Rekis 174 ab7 der Schleifring 172
wird stromlos. Der
vierte Schleifring 173 ist dem Relais 175 zugeordnet, wobei nur das Schleifringsegment
176 mit der Kohle Kontakt hat, und zwar nur dann, wenn der Sontrollstrahl (Infrarot)
auf das Testhindernis trifft; in diesem Falle ist das Relais 175 angezogen. Ein
fünfter Schleifring 177 stellt eine Invertierung des vierten Schleifrings 173 dar,
wobei das Relais 178 immer angezogen ist, solange der Strahl außerhalb der Testkante
liegt; wenn also der vierte Schleifring Strom gibt, unterbricht der fünfte Schleifring
und umgekehrt. Die Schließer von 174 und 175 sind parallel geschaltet und diese
gehen auf den Antrieb (Fahrwerk, Hubwerk. Wenn 174 wegen des Gesthindernisses abfällt,
sorgt 175 dafür, daß der Antrieb (Hub- oder Bahrwerk) nicht unterbrochen wird. Ein
Öffner von 174 ist mit dem Schließer von 178 parallel geschaltet. Wenn Lichtstrahl
auf Kontrollmarke ist, ist 178 abgefallen, dann muß auch 174 abgefallen sein.