DE3710079C2 - Elektromagnetischer Verriegelungsschalter - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen elektromagnetischen Verriegelungs­ schalter mit den gattungsmäßigen Merkmalen nach Oberbe­ griff des Anspruchs 1 sowie ein Verfahren zum Betrieb die­ ses Verriegelungsschalters.

Derartige Verriegelungsschalter werden in der Industrie z. B. an Werkzeugmaschinen verwendet, die zum Schutz der daran arbeitenden Personen mit einem Gitter oder Gehäuse versehen sind. Nach jedem Bearbeitungsprozeß, wie z. B. einer spanabhebenden Formgebung eines Werkstückes durch die Maschine, wird die Tür des Gitters bzw. des Gehäuses geöffnet und das fertige Werkstück wird von Hand heraus­ genommen und ein zu bearbeitendes neues Werkstück oder ein anderes Werkzeug wie z. B. eine Gewindeschneidvorrich­ tung wird in die beispielsweise rotierende Spannvorrich­ tung (Spindel) der Maschine eingesetzt.

Dabei soll mit Sicherheit ausgeschlossen werden, daß die Tür des Schutzgitters vor dem Stillstand der Maschine ge­ öffnet und die Maschine noch bei geöffneter Tür wieder an­ gefahren werden kann.

Ein derartiger elektrischer Verriege­ lungs- bzw. Sicherheitstür-Verriegelungsschalter ist aus der DE 34 44 325 A1 bekannt. Bei diesem Schalter weisen die beiden separaten Zusatzgehäuse eines Schaltkopfes und eines Verriegelungskopfes je eine schlitzartige Öffnung auf, in welche ein schlüsselähnliches Betätigungsorgan eingreift, das z. B. an der zuverriegelnden Tür befestigt ist. Der Schaltbereich des Betätigungsorganes betätigt über ein schwenkbares Schaltstück im Schaltkopf den Stößel ei­ nes Positionsschalters, der Verriegelungsbereich des Betä­ tigungsorganes gelangt im Verriegelungskopf in den Wirkungs­ bereich eines Verriegelungsbolzens, der als verlängerter Anker eines Elektromagneten mit einer relativen Einschalt­ dauer von 100% ausgebildet ist.

Ein Sicherheits-Verriegelungsschalter kann einmal so aus­ gestaltet sein, daß die Tür mit dem Betätigungsschlüssel bei stromlosem Elektromagneten von dem durch Federkraft ausgefahrenen Verriegelungsbolzen verriegelt ist (feder­ verriegelt) und durch Stromanlegung an den Elektromagneten entriegelt ist, oder so ausgestaltet sein, daß die Tür durch Stromanlegung an dem Elektromagneten verriegelt ist (stromverriegelt) und bei abgeschaltetem Magneten durch Federkraft entriegelt ist.

Die Elektromagneten für derartige Sicherheitsverriegelungs­ schalter bzw. Türverriegelungseinrichtungen sind in der Praxis für eine relative Einschaltdauer von 100% bzw. für Dauerbetrieb ausgelegt und weisen in Aufbringung einer zur Überwindung der Rückstellfederkraft erforderlichen me­ chanischen Arbeit entsprechend große Abmessungen auf. Dies ist darauf zurückzuführen, daß die bekannten Elektromagne­ te für den ungünstigsten Fall einer Betätigung ausgelegt sein müssen, wobei der ungünstigste Betätigungsfall darin besteht, daß der Magnet für längere Zeiträume dauernd in Anzugsstellung eingeschaltet bleibt, sein konstruktiver Aufbau also für eine Einschaltdauer von 100% ausgebildet sein muß. Bei diesen üblichen Magneten bleibt die Erreger­ leistung praktisch konstant. Die elektrische Leistung bzw. die vom Magneten geleistete Hubarbeit wird für den kurzen Anziehvorgang ausgelegt und muß genügend Reserven enthal­ ten, um eine sichere Anzugs- und Haltefunktion des Verrie­ gelungsschalters zu gewährleisten. Bei der ständigen kon­ stanten Spannungsaufschaltung kommt es zu einer Erwärmung, der durch entsprechende Baugrößen des Magneten selbst und durch eine die Wärmeableitung ermöglichende Gesamtkonstruk­ tion Rechnung getragen werden muß.

Genormte Elektromagneten mit relativen Einschaltdauern von 40%, 25%, 15% oder 5% sind gegenüber Elektromagneten mit 100% relativer Einschaltdauer im allgemeinen nur für einen entsprechenden Kurzzeitbetrieb geeignet; sie leisten aber auch kurzzeitig eine höhere mechanische Arbeit. Auf­ grund einer höheren Stromaufnahme und demzufolge einer höheren Wärmeentwicklung, müssen zwischen den einzelnen Einschaltzeiträumen längere Ausschalt- bzw. Pausenzeit­ räume eingelegt werden. Die relative Einschaltdauer (% ED) ist als Verhältnis von Einschaltdauer zu Spieldauer defi­ niert und wird in Prozenten ausgedrückt, wobei die Spiel­ dauer gleich der Summe aus Einschaltdauer und stromloser Pause ist.

In heutiger Zeit gewinnen Personenschutz und Arbeitssicher­ heit sowie Prozeßabsicherung an maschinellen Anlagen zu­ nehmend an Bedeutung. Nicht nur große Türen und Schutz­ einrichtungen sondern auch kleine Türen, Klappen, Gitter und Abdeckungen müssen wegen immer schnelleren und ge­ fährlicheren Bewegungen überwacht und kurzzeitig verrie­ gelt gehalten werden. Dies erfordert den Einsatz kleiner und preisgünstiger Überwachungs- und Verriegelungsgeräte, welche z. Zt. auf dem Markt nicht angeboten werden. Die Problematik bei derartigen Geräten besteht darin, daß die notwendige Elektromechanik bei kleinerem Schaltervolumen die hohen Anforderungen an Magnet- und Federkräfte sowie eine universelle Anwendbarkeit, Robustheit und Dichtheit gegen Staub- und Feuchtigkeit nicht zufriedenstellend er­ füllt. Für kleine Türen oder Schwenkklappen ist der bekann­ te Verriegelungsschalter daher nicht gut geeignet, da seine stabile Ausführungsform für den genannten Anwendungs­ fall zu groß, zu schwer und zu teuer ist.

Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, den be­ kannten Sicherheits-Türverriegelungsschalter konstruktiv dahingehend abzuändern, daß er insbesondere für kleine Türen oder Klappen mit Abmessungen von beispielsweise kleiner 500×500 mm geeignet ist. Die Außenabmessungen des bekannten Schaltergehäuses betragen in Höhe/Breite/ Länge ca. 85/60/70 mm, woraus sich ein Bauvolumen von et­ wa 880 cm³ (0,88 Ltr.) ergibt. Der neuanzugebende Schal­ ter soll aber nur ein Viertel oder weniger des genannten Bauvolumens aufweisen. Bei der Umwandlung von elektrischer Leistung in mechanische Arbeit soll die anfallende Wärme­ entwicklung so gering sein, daß der neuanzugebende Sicher­ heitsverriegelungsschalter, insbesondere wenn das Gehäuse aus schlecht wärmeleitendem Kunststoff besteht, auch bei Dauerbetrieb keine unzulässig hohen Übertemperaturen von z. B. größer 65°C erreicht.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit den Merkmalen aus dem Kennzeichnungsteil des Anspruchs 1 gelöst. Durch die Anordnung eines Elektromagneten mit einer Einschaltdauer von 40% oder kleiner und eines entsprechenden Leistungsreglers im Verriegelungsbereich des Schal­ ters, wird gegenüber einem sonst üblichen bzw. an sich erforderlichen großen Elektromagneten mit einer Einschalt­ dauer von 100% eine erhebliche Verminderung des erforder­ lichen Bauvolumens des Verriegelungsschalters erreicht, da die äußeren Abmessungen eines Elektromagneten mit 100% Einschaltdauer wesentlich größer als die eines Elektromag­ neten mit 40% Einschaltdauer oder kleiner sind.

In Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daß auf der dem Verriegelungsbolzen gegenüberliegenden Seite des Mag­ neten eine fest mit dem Anker in Verbindung stehende und von diesem schaltbare doppelseitige Kontaktbrücke angeordnet ist. Durch diese vorteilhafte Anordnung der Kontaktbrücke direkt unter den Magneten am Anker - im Gegensatz zu einer separaten Schaltbrückeneinheit mit Verbindungssteg zum Mag­ netanker - wird weiterhin eine erhebliche Verringerung des Bauvolumens des erfindungsgemäßen Verriegelungsschalters erzielt.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daß dem Magneten innerhalb des Schaltergehäuses den Lei­ stungsregler als kompaktes Elektronikbauteil zur Steue­ rung der Spannungsanlegung räumlich nebengeordnet und elektrisch vorgeschaltet ist. Durch den Leistungsregler wird erst die erfindungsgemäße Verwendung eines leistungs­ starken kleinen Elektromagneten, der aufgrund seiner kon­ struktiv vorgegebenen elektrischen Leistungsdaten für ei­ nen Dauerbetrieb nicht einsetzbar ist, praktisch für eine relative Einschaltdauer von 100% ermöglicht, obwohl der Magnet gemäß seiner elektrischen Eigenschaften bei kon­ stanter Spannungsaufschaltung nur für eine relative Ein­ schaltdauer von 40% oder kleiner ausgelegt und vorgesehen ist.

Der Elektromagnet ist zweckmäßigerweise ein Gleichstrom­ magnet und weist eine im wesentlichen waagerechte Kraft/ Weg-Kennlinie auf. Im Betrieb wird der Elektromagnet er­ findungsgemäß zunächst über den Leistungsregler als inte­ griertes Elektronikbauteil mit Schnell- und Halte-Erreger­ schaltung übererregt, um bei dem kleinen Volumen des Gleich­ strom-Magneten die notwendigen Magnetkräfte aufbringen und die erforderliche mechanische Arbeit leisten zu können. Nach Erreichen des Haltezustandes des Magneten wird die angelegte Spannung über eine getaktete Ein/Aus-Schaltung von dem Leistungsregler so gesteuert, daß nur noch eine herabgesetzte mittlere Halteleistung bereitgestellt wird, die zur Haltung des Magneten ausreichend ist und für den Verriegelungsschalter praktisch eine relative Einschalt­ dauer von 100% bzw. Dauerbetrieb zuläßt. Bei Verriegelungs­ funktion des Verriegelungsschalters wird über die vom Anker betätigte Kontaktbrücke ein Freigabe-Strompfad zur Einschaltung der abgesicherten Werkzeugmaschine oder Arbeitsmaschine durchgeschaltet. Da eine weitgehend ver­ lustlose Leistungsregelung angestrebt wird, unterbricht der Leistungsregler nach der Anzugsphase des Elektromag­ neten periodisch die Spannungsversorgung. Dabei sind die Unterbrechungszeiten in einer solchen Größenordnung bzw. so genügend klein zu wählen, daß ein Abfallen des Magne­ ten aufgrund der Hysterese des Eisenkernes, bzw. der na­ türlichen Abfall-Zeitkonstante des Magneten oder durch zusätzliche Schaltmaßnahmen wie z. B. Haltegliedern in Form von Kondensatoren usw. während dieser Unterbrechungs­ zeiten verhindert wird. Diesbezüglich wurde festgestellt, daß die benötigte Haltekraft etwa nur ein Drittel von der Anzugskraft des Magneten beträgt. Demzufolge wird die zeitvariable Spannungsaufschaltung auf den Magneten mit einer relativen Einschaltdauer von 40% oder kleiner durch den Leistungsregler so gesteuert, daß die Anfangs­ übererregung des Magneten im Einschaltzustand 10 Zeitein­ heiten bis zu einer ersten Abschaltung und im darauf fol­ genden Haltezustand des Magneten ein Aus/Einverhältnis der angelegten Spannung von 1 zu 0,3 Zeiteinheiten beträgt. Die Einschalt- und Pausenzeiten liegen in Größenordnungen von Millisekunden und betragen bei einem Einschalt/Pausen- Taktverhältnis von etwa 1 zu 3 beispielsweise 5 ms für eine Einschaltzeit und 15 ms für eine Pausenzeit.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Miniatur-Verriegelungsschalters sind in den Merkmalen der Unteransprüche enthalten.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand von in den Zeich­ nungen dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert und beschrieben:

Es zeigen:

Fig. 1 einen Verriegelungsschalter gemäß der Erfindung mit abgenommenem Gehäusedec­ kel in Draufsicht,

Fig. 2 einen Längsschnitt durch den Verriege­ lungsschalter gemäß Linie II-II in Fig. 1,

Fig. 3 einen Teil-Längsschnitt durch den Schalt­ kopf des Verriegelungsschalters gemäß Linie III-III in Fig. 1,

Fig. 4 einen Teil-Längsschnitt durch den Schaltkopf des Verriegelungsschalters gemäß Linie IV-IV in Fig. 3,

Fig. 5 einen Querschnitt durch den Schaltkopf des Verriegelungsschalters gemäß Linie V-V in Fig. 4,

Fig. 6a ein anderes Ausführungsbeispiel eines erfin­ dungsgemäßen Verriegelungsschalters in Drauf­ sicht,

Fig. 6b eine Seitenansicht des Verriegelungsschalters aus Fig. 6a,

Fig. 6c einen Querschnitt durch den Verriegelungs­ schalter gemäß Linie VI-VI in Fig. 6b,

Fig. 7 ein Kennlinien-Diagramm des Elektromagneten gemäß der Erfindung,

Fig. 8 ein schematisches Blockschaubild zur elektri­ schen Erregerschaltung des Leistungsreglers mit dem Gleichstrommagneten,

Fig. 9 ein Diagramm zur Darstellung des Spannungsver­ laufes über der Zeit und

Fig. 10 einen Ausschnitt aus dem Verriegelungsbereich mit einer anderen Ausgestaltung des Verriege­ lungselementes.

In Fig. 1 ist mit der Bezugsziffer 10 das Gehäuse eines kleinen leistungsstarken Verriegelungsschalters bezeich­ net. Die äußeren Abmessungen des Gehäuses 10 betragen in der Länge ca. 90 mm, in der Breite ca. 60 mm und in der Höhe ca. 35 mm. Dadurch ergibt sich ein vorteilhaft kleines Bauvolumen, daß weniger als ein Viertel des ein­ gangs angeführten bekannten Verriegelungsschalters auf­ weist.

In der linken Hälfte des Verriegelungsschalters ist der Verriegelungsteil und in der rechten Hälfte im wesentli­ chen der Schalterbereich untergebracht. Der Verriegelungs­ teil besteht in der Hauptsache aus einem Gleichstrommag­ neten 11 mit Anker 12, hier in nicht verriegelter Stellung dargestellt. Der Gleichstrommagnet 11 ist erfindungsgemäß von kleiner Bauweise und nur für einen Kurzzeithaltebe­ trieb mit einer Erregerspule für eine relative Einschalt­ dauer von 40% oder kleiner ausgelegt. Darauf angeordnet ist ein flacher elektronischer Leistungsregler 13 mit Lötanschlüssen 14. Der Anker 12 weist an seinen beiden Enden je einen rechtwinkelig abgespreizten Flanschkopf 15, 15′ auf. An dem unteren Flanschkopf 15′ des Ankers 12 ist mittels einer taschenförmigen Ausnehmung 16 mit über­ greifenden Klauen ein Kontaktbrückenträger 17 befestigt bzw. lösbar übergesteckt, in den - lediglich mit ge­ strichelten Linien angedeutet - eine querverlaufende Kontaktbrücke 18 als Überwachungskontakt für die Magnet­ stellung angeordnet ist. Der Kontaktbrücke 18 sind zwei gehäusefeste Gegenkontakte zugeordnet, von denen ledig­ lich eine dazu gehörige Klemmplatte 19 und Klemmschraube 20 ersichtlich sind. Die Klemmanschlüsse 26 und die Klemm­ platten 19 liegen für eine einfache Verdrahtung zweckmäßigerweise in einer Ebene. Der am oberen Ende des Ankers 12 ausgebildete Flanschkopf 15 ist formschlüssig mittels einer entsprechend taschenförmig ausgebildeten Aus­ nehmung 23 mit einem in einem separaten Verriegelungs­ kopfgehäuse 21 angeordneten Verriegelungsbolzen 22 ver­ bunden bzw. zusammengesteckt. Auf der rechten Hälfte des Schaltergehäuses 10 ist dem Verriegelungskopfgehäuse 21 ein äußerlich baugleiches Schaltkopfgehäuse 24 neben­ geordnet. Der Schaltbereich in der rechten Hälfte des Schaltergehäuses 10 besteht im wesentlichen aus einem handelsüblichen Positionsschalter 25 kleiner Bauart mit vier Klemmanschlüssen 26 und einem verlängerten Schalt­ stößel 27, der bis in das oben aufgesetzte Schaltkopf­ gehäuse 24 hineinreicht. Auf der dem Schaltkopfgehäuse 24 gegenüberliegenden Seite ist im Schaltergehäuse 10 eine Bohrung mit eingeschraubter Stopfbuchse 28 zur Kabel­ einführung und Abdichtung vorgesehen.

Das Verriegelungskopfgehäuse 21 und das Schaltkopfgehäuse 24 weisen jeweils einen durchgehenden Schlitz 29, 29′ zur Aufnahme eines schlüsselartigen Betätigungsorganes auf. Die beiden Kopfgehäuse 21, 24 sind mittels vier Schrauben auf dem Schaltergehäuse 10 befestigt und sind in der zeich­ nerischen Darstellung nebeneinander (Parallelschaltung) angeordnet. Dann besteht das Betätigungsorgan, das in der Regel an der zu verriegelnden Tür oder Klappe angebracht ist, wobei das Schaltergehäuse 10 z. B. an dem Schutzge­ häuse der zu schützenden Maschine befestigt ist aus einem gabelartigen Schlüssel mit nebeneinander angeordnetem Schalt- und Verriegelungsbereich. Durch Lösen der Schrau­ ben können beide Gehäuseköpfe 21, 24 jeweils um 90° gedreht und wieder fixiert werden, so daß die Schlitze 29, 29′ in den Gehäuseköpfen 21, 24 hintereinander (Reihenschal­ tung) angeordnet sind. Dann ist das Betätigungsorgan als länglicher schmaler Schlüssel mit hintereinander angeord­ netem Schalt- und Verriegelungsbereich ausgebildet. Bei Reihenschaltung - in der Zeichnung durch gestrichelte Linien angedeutet - wird zuerst das Verriegelungskopf­ gehäuse 21 durchfahren, wonach der Schaltvorgang und der Verriegelungsvorgang durch ein im Schaltkopfgehäuse 24 angeordnetes auf einer Welle drehbar gelagertes Schalt­ glied 30 ausgelöst wird. Im Schaltergehäuse 10 sind schließlich noch Gewindebohrungen 31 für die Befestigung des Deckels und Langlochbohrung 32 zur Befestigung des Schaltergehäuses 10 an der zu schützenden Einrichtung vorgesehen.

In Fig. 2 sind nähere Einzelheiten aus dem Verriegelungs­ teil des Verriegelungsschalters dargestellt, der sich nun in seiner Verriegelungsposition befindet. Dabei ist der an einer gemäß Pfeil 33 hin und her schwenkbaren Tür 34 oder Klappe befestigte Schlüssel 35 in den Schlitz 29 des Verriegelungskopfgehäuses 21 eingefahren und durch den in den Verriegelungsbereich des Schlüssels 35 hinein­ ragenden Verriegelungsbolzen 22 fixiert. Durch die be­ sondere Formgebung des bzw. der Schlitze 29, 29′ in den Verriegelungskopfgehäuse 21 (bzw. auch Schaltkopfgehäuse 24) kann der Betätigungsschlüssel auch an einer sehr kleinen Klappe befestigt sein und gemäß Pfeil 36 unter einem minimalen Schwenkradius von ca. 150 mm von oben eingeschwenkt werden.

Der Verriegelungsbolzen 22 weist in vorteilhafter Weise in seinem oberen Wirkungsbereich mit dem Betäti­ gungsschlüssel 35 einen quadratischen Querschnitt und auf seine Längsachse bezogen eine flache Anlaufschräge 37 von ca. 60° und eine steile Halteschräge 38 von ca. 10° auf, die den verriegelten Schlüssel gegen Entriegeln festhält. Die Anlaufschräge 37 ist vorgesehen, damit der Verriegelungsbolzen 32 dem einfahrenden Schlüssel 35 ge­ gen die Kraft einer Druckfeder 39 nachgiebig ausweichen kann. Die Ausbildung der Halteschräge 38 ist vorgesehen, damit der Magnet 11 bzw. dessen Anker 12 den Verriege­ lungsbolzen 22 auch dann zurückziehen kann, wenn der Schlüssel 35 bzw. die Tür 34 unter einer bestimmten Zug­ belastung steht.

Um ein einfacheres Umsetzen bzw. ein Drehen des Verriege­ lungskopfgehäuses zu ermöglichen, ist zweckmäßigerweise vorgesehen, daß der Verriegelungsbolzen 22 als separates Bauteil ausgebildet ist und in seiner Längsrichtung form­ schlüssig fest, in seiner Umfangsrichtung drehbar über Verbindungsmittel 15, 23, 40 mit dem Anker 12 in Verbindung steht.

Dabei können die Verbindungsmittel aus einem an dem Anker 12 angeordneten Flanschkopf 15 und einer am Verriegelungs­ bolzen 22 oder einem weiteren Zwischenelement 40 angeord­ neten Ausnehmung 23 bestehen, die formschlüssig ineinander­ greifen. Wie in Fig. 2 dargestellt ist, weist das zwischen Anker 12 und Verriegelungsbolzen angeordnete Zwischenele­ ment 40 auf seinen beiden Seiten taschenartige Ausnehmungen 23, 41 auf, so daß es in Längsrichtung formschlüssig über einen Bund 42 bzw. Flanschkopf mit dem Verriegelungsbol­ zen 22 und über den Flanschkopf 15 mit dem Anker 12 ver­ bunden ist. Zur Abdichtung gegen Staub und Feuchtigkeit ist um das bolzenartige Zwischenelement 40 herum ein im Schaltergehäuse 10 befestigter Dichtungsbalg 43 angeord­ net. Zum gleichen Zweck ist zwischen Schaltergehäuse 10 und Ge­ häusedeckel 44 ebenfalls eine Dichtungsscheibe 45 einge­ legt. Der mittig in das Schaltergehäuse 10 eingegliederte Magnet 11 bzw. dessen Erregerspule ist über zwei Lötan­ schlüsse mit dem direkt auf dem Magneten angeordneten Leistungsregler 13 verbunden. Das dem Verriegelungskopf­ gehäuse 21 gegenüberliegende Ende des Ankers 12 trägt den Kontaktbrückenträger 17 und betätigt die darin angeord­ nete Kontaktbrücke 18, die nunmehr im Verriegelungszu­ stand mit den gegenüberliegenden Festkontakten in Berüh­ rung steht und elektrisch den Verriegelungszustand mel­ det bzw. anzeigt.

Für den Fall der Nichtfunktion des Magneten, z. B. bei Stromausfall muß der Verriegelungsschalter durch manuellen Eingriff entriegelbar sein. Dazu ist zweckmäßigerweise vor­ gesehen, daß der direkt mit dem Anker 12 in Verbindung stehende Kontaktbrückenträger 17 eine Befestigungsein­ richtung 46 in Form einer Gewindebohrung für ein von außen durch eine Öffnung im Schaltergehäuse 10 einführbares Be­ tätigungsmittel 47 z. B. in Form einer Gewindestange auf­ weist, mittels dem die Kontaktbrücke 18 bei Nichtfunktion des Magneten geöffnet und/oder der Verriegelungsbolzen 22 aus seiner Verriegelungsposition zurückziehbar ist.

In Fig. 3 sind Einzelheiten im Schaltkopfgehäuse 24 ver­ deutlicht. Der Schaltstößel 27 ist gleichfalls mittels ei­ nes Dichtungsbalges 48 gegenüber dem Schaltergehäuse 10 abgedichtet. Aufgrund einer Federkraft im Positionsschal­ ter versucht der Stößel 27 sich in Richtung des auf einer Achse 49 drehbar gelagerten Schaltgliedes 30 zu bewegen. Das Schaltglied 30 ragt mit seiner vorderen Schaltnase 50 in den Schlitz 29′ des Schaltkopfgehäuses 10 und wird von der Kraft einer auf der Achse 49 angeordneten Schenkelfe­ der 51 und von zwei in Richtung der Achse 49 verschiebbaren von oben auf die Schaltnase 50 einwirkenden Sperrschiebern 52 in der dargestellten Position gehalten. Die Sperrschie­ ber 52 werden wie aus Fig. 4 ersichtlich ist, von jeweils einer Druckfeder 53 gegen das Schaltglied 30 bzw. in Sperrfunktion über dessen Schaltnase 50 gedrückt gehalten. Die Sperrschieber 52 sind zu dem Zweck vorgesehen, damit das Schaltglied 30 bzw. der Positionsschalter nicht durch unbefugte Manipulation mit einfachen Mitteln wie z. B. Blechstreifen oder Drahtstücken betätigt und der Sicherheits- Verriegelungsschalter außer Funktion gesetzt werden kann, um beispielsweise die zu sichernde Tür noch bei rotieren­ der Arbeitsmaschine öffnen zu können.

Die Funktion der Sperrschieber sei anhand der Fig. 5 er­ läutert. Der Schlüssel 35 - hiervon ist nur der Schaltbe­ reich zeichnerisch angedeutet, der damit verbundene Ver­ riegelungsbereich des Schlüssels fährt gleichzeitig in das benachbarte Verriegelungskopfgehäuse - wird in den Schlitz 29 eingeschoben und stößt mit seinen abgerundeten Längsstegen 54 gegen aufeinander zulaufende Schrägflächen 55 an den Innenseiten der Sperrschieber 52, wodurch die­ se gegen die Kraft der Federn 53 auseinander gedrückt wer­ den und das Schaltglied 30 freigeben. Das Schaltglied 30 wird von einem Mittelsteg 56 des Schlüssels 35 bei weiterem Hineinschieben um ca. 90° um die Achse 49 gedreht, so daß der Stößel des Positionsschalters nach oben springt und die obere Kontaktbrücke 57 (Fig. 1) im Positionsschalter ge­ schlossen wird und die Signalanzeige "Verriegelungsposition" meldet. Beim Herausziehen des Schlüssels 35 drückt der Mittelsteg 56 gegen eine hintere Schaltnase 58 des Schalt­ gliedes 30, so daß dieses in die dargestellte Position zurückgedreht wird und den Stößel 27 eindrückt bzw. wieder den Positionsschalter 25 betätigt, indem die Öffner-Kon­ taktbrücke 57 (Fig. 1) zwangsgeöffnet wird.

Aus Fig. 5 sind weiterhin die auf den Eckpunkten eines Quadrates angeordneten Befestigungsbohrungen 59 ersicht­ lich, die ein beliebiges Befestigen in um jeweils 90° ge­ drehte Positionen des Schaltkopfgehäuses 24 (bzw. des Ver­ riegelungskopfgehäuses) ermöglichen. Besonders hingewiesen sei noch auf die aus Fig. 4 ersichtliche Formgebung der Sperrschieber 52 im Schlüsseleinwirkungsbereich. Im hinte­ ren Bereich sind die aufeinander zulaufenden Schrägflächen 55 der Sperrschieber außerdem parallelverlaufend zur Schlüsseleinschubrichtung schräg ausgebildet und zwar weist (gemäß Fig. 4) der rechte Sperrschieber eine untere Abschrägung 60 und der linke eine obere Abschrägung 61 auf, die als vorteilhaftes wichtiges Merkmal die Sicherheit des Verriegelungsschalters gegen unbefugte Manipulation mit Draht, Klammern oder anderen derartigen Gegenständen we­ sentlich erhöht. So ist es z. B. nicht mehr möglich, die Verriegelung bzw. den Schaltvorgang des Schaltgliedes 30 mittels einer Büroklammer zu bewerkstelligen.

In den Fig. 6a, 6b, und 6c ist eine andere vorteilhaf­ te Ausführungsform des Schaltergehäuses 10′ mit einem kom­ binierten Schalt- und Verriegelungsgehäusekopfteil 65 dar­ gestellt. Durch die vorteilhafte kurze bzw. flache Aus­ bildung des Gehäusekopfteiles 65 ohne Halsstück und eine eingerückte seitliche Anordnung der Stopfbuchse 28′ sowie einer mittigen unteren Befestigungsbohrung 66 kann eine weitere Verkleinerung der Gehäuseaußenabmessungen erzielt werden. Dabei ist der Gehäusedeckel 44′ seitlich am Ge­ häuse 10′ angeordnet.

Bei "Reihenschaltung" von Verriegelungs- und Schaltbereich im gemeinsamen Gehäusekopfteil 65 wird vom Schlüssel ge­ mäß Pfeil 67 der Verriegelungsbereich immer zuerst durch­ fahren, um auszuschalten, daß vom Positionsschalter eine Verriegelungsmeldung abgegeben wird, ohne daß der Schlüs­ sel vom Verriegelungsbolzen verriegelt ist. Selbstverständ­ lich kann das gemeinsame Gehäusekopfteil auch in Parallel­ schaltung ausgebildet sein; dann weist das Gehäusekopfteil an seinen Längsseiten je einen Schlitz für den integrierten Schalt- und Verriegelungsbereich auf.

Eine andere vorteilhafte Ausgestaltung des Verriegelungs­ bolzens bzw. Verriegelungselementes im Verriegelungsbereich ist in Fig. 10 dargestellt. Das Betätigungsorgan wird zum Verriegeln gemäß Pfeil 68 in den Einschubschlitz 69 einge­ schoben. Im Verriegelungsbereich des Gehäuses ist als Ver­ riegelungselement ein einseitig angelenkter Doppelhebel 70 vorgesehen, der mit seinem unteren Hebelarm formschlüssig mit dem Ankerflanschkopf 15 des Gleichstrom-Magneten 11 ver­ bunden ist, und dessen oberer Hebelarm eine lange flache Auflaufschräge 37′ und eine kurze steile Halteschräge 38′ für die Verriegelungsfunktion mit dem Betätigungsorgan bzw. Schlüssel aufweist. Der Doppelhebel kann zweckmäßigerweise aus Kunststoff gefertigt sein, da er aufgrund seiner Kon­ struktion und Anordnung im Gehäuse im wesentlichen nur mit Druckkräften und nicht mit Scherkräften beaufschlagt wird.

In Fig. 7 ist anhand eines Kraftweg-Diagrammes erläutert, warum die Anordnung eines Gleichstrommagneten mit 40% ED (Einschaltdauer) im Sicherheitsverriegelungsschalter für dessen sichere Funktionsweise möglich ist. Die beiden Kur­ venverläufe stellen die im wesentlichen waagerechten Kenn­ linien eines Magneten mit 100% ED (untere Kurve) und eines Magneten mit 40% ED (obere Kurve) bei gleicher Baugröße dar. Das schraffierte Feld gibt die Summe der zu überwindenden Kräfte, wie Reibungskräfte, Federkräfte von Federn und Gummibalgdichtungen an, die zur Betätigung des Magneten sicher überwunden werden müssen. Bei einem Magneten mit 100% ED wäre die Haltekraft F (H)′ ausreichend, während die Anzugskraft F(A)′ zur Einleitung der Magnetbewegung nicht ausreichend wäre. Die Anzugskraft F(A)′ des Magneten mit 40% ED überwindet die entgegenwirkenden mechanischen Kräfte F(M) und schaltet den Magneten durch. Dabei erreicht der 40% ED-Magnet eine an sich viel zu hohe Haltekraft F(H), die nicht erforderlich ist und die Erregerspule des Magneten nur in unnötiger Weise aufwärmt.

Die Haltekraft F(H) des 40% ED-Magneten wird daher gemäß der Erfindung auf die verminderte Haltekraft F(H)′ eines vergleichbaren 100% ED-Magneten vermindert, wodurch keine Übererwärmung der Magnetspule mehr erfolgt. Die verminder­ te Halteleistung wird über eine zeitvariable getaktete Spannungsaufschaltung mittels des Leistungsschalters 13 derart gesteuert, daß die Anfangsübererregung des Magneten 11 im Einschaltzustand zehn Zeiteinheiten bis zu einer er­ sten Abschaltung und im darauffolgenden Haltezustand des Magneten 11 ein Aus/Ein-Verhältnis der angelegten Spannung von 1 zu 0,3 Zeiteinheiten beträgt, wobei eine Zeiteinheit in der Größenordnung von etwa 10 bis 20 ms, vorzugsweise bei 15 ms liegt.

Die diskrete Schaltungsanordnung des Leistungsreglers 13 ist aus Fig. 8 ersichtlich. Hauptkomponenten dieser Schal­ tung sind integrierte Schaltkreise S1, S2, S3, RC-Glieder, Dioden D1, Z1 sowie Transistoren T1, T2. Der Transistor T1 schaltet den Verriegelungsmagneten 11 (M). Dazu wird der Magnet von dem Timer-Schaltkreis S1 angesteuert. Als zeit­ bestimmende Glieder sind der Widerstand R2 und der Konden­ sator C2 vorgesehen, die für die Zeitspanne der Übererre­ gung zuständig sind. Widerstand R3 und Kondensator C3 sind für den Ein/Aus-Schaltbetrieb mit Taktverhältnis von z. B. 1 zu 3 zuständig. Der vorgeschaltete Schaltkreis S2 ist für den richtigen und zuverlässigen Ein/Aus-Betrieb des Timer- Schaltkreises S1 vorgesehen. Falls die extern zugeführte Be­ triebsspannung von z. B. 24 V an den Anschlußklemmen nur schleichend oder unregelmäßig hochläuft, dann wird durch diesen Schaltkreis S2 bei einer Schaltschwelle von z. B. 18 V der Timer-Schaltkreis S1 aktiviert und sorgt erst ab diesem Zeitpunkt bzw. dieser Spannungsvorgabe für die Über­ erregung des Magneten. Damit auch bei Kontaktprellvorgängen ordnungsgemäße Signalzustände vorliegen, ist das RC-Glied R1 und C1 vorgesehen. Der Kondensator C4 in Verbindung mit dem Konstant-Stromkreis S3 sowie Transistor T2 und Z-Diode Z1 sind vorgesehen, damit eine von außen angelegte pulsie­ rende Gleichspannung nicht auf die Schaltkreise und deren Beschaltung gelangt.

In Fig. 9 ist weiterhin ein Spannungs/Zeit-Verlauf für den Ein/Aus-Betrieb an den Schalteranschlußklemmen bzw. am Leistungsreglereingang (oberer Kurvenverlauf) und für den getakteten Signalbetrieb an der Magneterregerspule bzw. am Leistungsreglerausgang dargestellt.

Mit den ausführlich beschriebenen erfindungsgemäßen Merk­ malen wird für den Miniatur-Sicherheitsverriegelungsschal­ ter eine wesentliche Verkleinerung des Bauvolumens gegen­ über dem eingangs genannten bekannten Verriegelungsschalter erreicht, so daß auch kleine Klappen oder Türen von zu sichernden Maschinen mit einem entsprechenden kleinen Verriegelungsschalter versehen werden können, wodurch eine nur zu vorbestimmten begrenzten Zeiträumen zulässi­ ge Bedienbarkeit der Maschinen zum Schutz der daran ar­ beitenden Personen gegeben ist.

Bezugszeichenliste

10, 10′ Schaltergehäuse
11 Magnet
12 Anker
13 Leistungsregler
14 Lötanschluß
15, 15′ Flanschkopf
16 Ausnehmung
17 Kontaktbrückenträger
18 Kontaktbrücke
19 Klemmplatte
20 Klemmschraube
21 Verriegelungskopfgehäuse
22 Verriegelungsbolzen
23 Ausnehmung
24 Schaltkopfgehäuse
25 Positionsschalter
26 Klemmanschluß
27 Schaltstößel
28, 28′ Stopfbuchse
29, 29′ Schlitz
30 Schaltglied
31 Gewindebohrung
32 Langlochbohrung
33 Pfeil
34 Tür
35 Schlüssel, schlüsselartiges Betätigungsorgan
36 Pfeil
37 Anlaufschräge
38 Halteschräge
39 Druckfeder
40 Zwischenelement
41 Ausnehmung
42 Bund (22)
43 Dichtungsbalg
44, 44′ Gehäusedeckel
45 Dichtungsscheibe
46 Befestigungseinrichtung
47 Betätigungsmittel
48 Dichtungsbalg
49 Achse (30)
50 vordere Schaltnase (30)
51 Schenkelfeder (49)
52 Sperrschieber
53 Druckfeder (52)
54 Längssteg (35)
55 Schrägfläche (52)
56 Mittelsteg (35)
57 Kontaktbrücke
58 hintere Schaltnase
59 Befestigungsbohrung
60 untere Abschrägung (52)
61 obere Abschrägung (52)
65 Gehäusekopfteil
66 Befestigungsbohrung
67 Pfeil
68 Pfeil Betätigungsorgan
69 Einschubschlitz
70 Doppelhebel

Claims (13)

1. Elektromagnetischer Verriegelungsschalter, insbesondere Sicher­ heitstürverriegelungsschalter, mit einem in einem Schal­ tergehäuse angeordneten Magneten, einem im Magneten bewegbaren Anker sowie einem damit verbundenem Verriegelungs­ bolzen, mit einem Positionsschalter und dazugehörigem Stößel, mit einem dem Verriegelungsbolzen zugeordne­ ten Verriegelungskopfgehäuse und einem dem Stößel zu­ geordneten Schaltkopfgehäuse, die jeweils einen Schlitz zur Aufnahme eines schlüsselartigen Betätigungsorganes aufweisen, das mit einem Schaltbereich und einem Verriege­ lungsbereich versehen und an dem zu verriegelnden Teil befestigbar ist und in Zusammenwirkung mit dem Verriegelungskopf und dem Schaltkopf Verriegelungs- und Schaltfunktionen übernimmt, dadurch gekennzeichnet, daß zur Betätigung des Verriegelungsbolzens (22) ein Gleichstrommagnet (11) der für eine relative Einschaltdauer von 40% oder kleiner bei konstanter Spannungsaufschaltung ausgelegt ist, und ein Leistungsregler (13) mit Schnell- und Halteerregerschaltern vorgesehen sind.

2. Verriegelungsschalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß auf der dem Verrie­ gelungsbolzen (22) gegenüberliegenden Seite des Mag­ neten (11) eine fest mit dem Anker (12) in Verbindung stehende und von diesem schaltbare doppelseitige Kon­ taktbrücke (18) angeordnet ist.

3. Verriegelungsschalter nach Anspruch 1 oder 2, da­ durch gekennzeichnet, daß dem Gleichstrommagneten (11) innerhalb des Schaltergehäuses (10) der Leistungsregler (13) als kompaktes Elektronikbau­ teil zur Steuerung der Spannungsanlegung räumlich nebengeordnet und elektrisch vorgeschaltet ist.

4. Verriegelungsschalter nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Magnet (11) ein Gleichstrommagnet mit im wesent­ lichen waagerechter Kraft/Weg-Kennlinie ist.

5. Verriegelungsschalter nach Anspruch 1, 2, 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Verriegelungsbolzen (22) als separates Bauteil aus­ gebildet ist und in seiner Längsrichtung formschlüssig fest, aber in seiner Umfangsrichtung drehbar über Ver­ bindungsmittel mit dem Anker (12) in Ver­ bindung steht.

6. Verriegelungsschalter nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Verbindungsmittel aus einem an dem Anker (12) angeordneten Flanschkopf (15) und einer am Verriegelungsbolzen (22) oder einem wei­ teren Zwischenelement (40) angeordneten Ausnehmung (23) bestehen, die formschlüssig ineinandergreifen.

7. Verriegelungsschalter nach einem der vorhergehenden Anspruche 1 bis 6, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Verriegelungsbolzen (22) einen quadratischen Querschnitt und in seinem Wirkungs­ bereich mit dem schlüsselartigen Betätigungsorgan (35) eine flache Anlaufschräge (37) und eine steile Halte­ schräge (38) aufweist.

8. Verriegelungsschalter nach einem der vorhergehenden An­ sprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeich­ net, daß das Verriegelungselement aus einem einseitig angelenkten Doppelhebel (70) besteht, der mit seinem unteren Hebelarm formschlüssig mit dem Ankerflanschkopf (15) in Verbindung steht und dessen oberer Hebelarm eine lange Anlaufschräge (37′) und eine kurze Halteschräge (38′) für die Verriegelungsfunktion mit dem Betätigungs­ organ aufweist.

9. Verriegelungsschalter nach einem der vorhergehenden An­ sprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeich­ net, daß der direkt mit dem Anker (12) in Verbindung stehende Kontaktbrückenträger (17) eine Befestigungsein­ richtung (46) für ein von außen durch eine Öffnung im Schaltergehäuse (10) einführbares Betätigungsmittel (47) aufweist, mittels dem die Kontaktbrücke (18) bei Nicht­ funktion des Magneten (11), z. B. bei Stromausfall, schalt­ bar und/oder der Verriegelungsbolzen (22) aus seiner Ver­ riegelungsposition zurückziehbar ist.

10. Verriegelungsschalter nach einem der vorhergehenden An­ sprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeich­ net, daß das Schaltergehäuse (10′) einen seitlich an­ geordneten Deckel (44′) für den Zugang zu den inneren An­ schlüssen aufweist und eine Kabel-Stopfbuchse (28′) auf der dem Verriegelungskopf (21) und dem Schaltkopf (24) ge­ genüberliegenden Gehäuseseite seitlich eingedrückt so vor­ gesehen ist, daß weiterhin eine Befestigungsbohrung (66) auf dieser Gehäuseseite mittig angeordnet ist.

11. Verriegelungsschalter nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Verriegelungskopf (21) und der Schaltkopf (24) aus einem einzigen Gehäuse­ kopfteil (65) bestehen, das auf dem Grundgehäuse (10′) lösbar befestigt ist.

12. Verfahren zum Betrieb des Verriegelungsschalters nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß der Gleichstrommagnet (11) für die Betätigung des Verriegelungsbolzens (22) den Leistungsregler (13) zu­ nächst übererregt wird, um bei dem kleinen Volumen des Magneten (11) die notwendigen Magnetkräfte auf­ bringen und die erforderliche mechanische Arbeit leisten zu können und nach Erreichen des Haltezu­ standes des Magneten (11) die angelegte Spannung über eine getaktete Ein/Aus-Schaltung von dem Leistungsreg­ ler (13) so gesteuert wird, daß nur noch eine herab­ gesetzte mittlere Halteleistung bereitgestellt wird, die zur Haltung des Magneten ausreichend ist und für den Verriegelungsschalter eine praktische relative Einschaltdauer von 100% zuläßt, und daß über die vom Anker (12) betätigte Kontaktbrücke (18) im Verriege­ lungszustand des Verriegelungsschalters ein Freigabe- Strompfad zur Einschaltung einer Werkzeug- oder Arbeitsmaschine durchgeschaltet wird.

13. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die zeitvariable Span­ nungsaufschaltung auf den Magneten (11) mit einer re­ lativen Einschaltdauer von 40% oder kleiner durch den Leistungsregler (13) gesteuert so erfolgt, daß die An­ fangsübererregung des Magneten (11) im Einschaltzu­ stand zehn Zeiteinheiten bis zu einer ersten Abschal­ tung und im darauffolgenden Haltezustand des Magneten (11) ein Aus/Ein-Verhältnis der angelegten Spannung von 1 : 0,3 Zeiteinheiten beträgt.