DE4317931A1 - Explosionsgeschützte Lichtschranke - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Lichtschranke für den Einsatz in einem explosionsgefährdeten Bereich, vorzugsweise für Aufzüge, mit einer Licht­ schrankenelektronik, einem optischen Bauelement, einer Anschlußleitung und einem Gehäuse, in dem die Lichtschrankenelektronik untergebracht ist und durch das die Anschlußleitung geführt ist.

Die Ausführungsform und Anordnung der Lichtschranke ist dabei ohne Bedeutung. Die Lichtschranke kann in Form eines Lichtgitters ausgeführt sein, sie kann als Einweg- oder als Reflexionslichtschranke ausgeführt sein, sie kann einzeln oder in Gruppen angeordnet sein.

Nach dem Stand der Technik werden Lichtschranken im explosionsgefährde­ ten Bereich entweder durch druckfeste Kapselung oder in Schutzart eigen­ sicher hergestellt. Bei druckfester Kapselung muß die gesamte Licht­ schrankenelektronik in einem druckfest gekapselten Gehäuse untergebracht werden. Das Licht kann durch eine im Gehäuse vorgesehene, druckfeste Scheibe eintreten bzw. austreten. Bei dieser Schutzart wird die Licht­ schranke relativ schwer, die Lichtschranke wird groß, sie wird zudem teuer. Bei Aufzügen führt dies zu erheblichen Problemen.

Die zweite Möglichkeit, nämlich Schutzart eigensicher, verwendet kein druckfest gekapseltes Gehäuse, sondern eine spezielle Schutzelektronik, die auch als "Sicherheitsbarriere" bezeichnet wird. Die Lichtschrankenelek­ tronik wird dabei außerhalb des explosionsgefährdeten Bereichs angeord­ net. Durch die Schutzelektronik wird der Stromkreis zu dem optischen Sender bzw. dem optischen Empfänger eigensicher gemacht. Für den eigen­ sicheren Stromkreis ist nachgewiesen, daß er bei einem Fehler beliebiger Art keinen Kurzschluß, insbesondere keinen Funken erzeugen kann. Die optischen Bauelemente, also die Senderdiode oder der Empfangstransistor, werden in den explosionsgefährdeten Bereich eingeführt und am zu über­ wachenden Ort montiert. Die Nachteile sind relativ lange Verbindungswege zwischen den optischen Bauteilen und der Lichtschrankenelektronik, die langen Verbindungswege führen zu Leitungsverlusten, weiterhin sind Zulei­ tungsstörungen möglich. Bei einem Aufzug haben die Zuleitungen zumindest die Länge des Aufzugsweges zwischen dem untersten und dem obersten Hal­ tepunkt. Schließlich ist für die Lichtschrankenelektronik ein separates Gehäuse nötig.

Hier setzt nun die Erfindung ein. Sie hat es sich zur Aufgabe gemacht, eine Lichtschranke, die vorzugsweise für Aufzüge geeignet ist und die im explosionsgefährdeten Bereich einsetzbar ist, so weiterzubilden, daß die Nachteile der bisherigen Ausführungen vermieden werden und die Licht­ schranke mit geringerem Gewicht, kleinerem Volumen und kleinerem Auf­ wand erstellt werden kann.

Gelöst wird diese Aufgabe durch eine Lichtschranke, die dadurch gekenn­ zeichnet ist, daß die Lichtschrankenelektronik in einer für den explosi­ onsgefährdeten Bereich zugelassenen Vergußmasse eingebettet ist und daß eine Schutzelektronik vorgesehen ist, die ebenfalls in der Vergußmasse eingebettet und im Gehäuse angeordnet ist und die entweder im Stromkreis zwischen dem optischen Bauelement und der Lichtschrankenelektronik oder zwischen der Lichtschrankenelektronik und der Anschlußleitung angeordnet ist.

Die Erfindung kombiniert somit zwei Explosionsschutzarten, die bislang nicht in Kombination eingesetzt werden, nämlich einerseits Vergußkapse­ lung und andererseits Eigensicherheit. Die Vergußkapselung ist zwar grundsätzlich im explosionsgefährdeten Bereich bekannt, es gibt zugelasse­ ne Vergußmassen, insbesondere solche auf der Basis von Epoxidharzen, bei Lichtschranken besteht jedoch das Problem, die optischen Bauelemente anzukoppeln. Sie dürfen nicht vollständig in der Vergußmasse unterge­ bracht sein, denn dies führt zu Verlusten aufgrund von Brechung und Schwächung. Sie können aber auch nicht zumindest teilweise außerhalb der Vergußmasse angebracht werden, denn dann ist die Sicherheit nicht mehr gewährleistet, weil sich ein Teilstück des optischen Bauelements außerhalb der Vergußmasse befindet, in dem Ströme fließen. Die Gehäuse der opti­ schen Bauelemente sind nicht für sich explosionsgeschützt. In den opti­ schen Bauelementen fließen aber zum Teil hohe Pulsströme, beispielsweise in der Größenordnung 1A.

Durch die Schutzelektronik (Sicherheitsbarriere) wird es nun möglich, die optischen Bauelemente außerhalb der Vergußkapselung anzuordnen, wobei insgesamt die Lichtschranke recht klein baut, leicht bleibt und die Zulei­ tungen kurz sind.

Die Sicherheitsbarriere wird entweder zwischen dem optischen Bauelement und der Lichtschrankenelektronik und/oder zwischen der Lichtschranken­ elektronik und der Zuleitung angeordnet. Im ersten Fall macht die Sicher­ heitsbarriere den Stromkreis zum optischen Bauteil eigensicher, im zweiten Fall ist die gesamte Elektronik eigensicher.

Das optische Bauelement, auch optoelektronisches Bauteil genannt, ist entweder teilweise in der Vergußkapselung untergebracht und nur seine optisch aktive Fläche ragt nach außen, oder es befindet sich vollständig außerhalb der Vergußkapselung. Im ersten Fall hat man den Vorteil, daß die Lichtschranke kompakt ist, die Zuleitung für das optische Bauelement muß nicht gesondert geschützt oder gesichert werden. Im zweiten Fall hat man höhere Flexibilität, das optische Bauelement kann in die Richtung bewegt und ausgerichtet werden, die man wünscht, unabhängig von der Montage des Gehäuses.

Die erste Alternative kann noch dadurch abgewandelt werden, daß das op­ tische Bauelement zwar in der Vergußmasse angeordnet ist, aber sich nicht in demselben Teil des Gehäuses befindet, wie die Lichtschrankenelektronik. Das Gehäuse ist dann in zwei Bereiche aufgeteilt, der eine Bereich hat höhere Schutzart, zum Beispiel IP 65, in ihm befindet sich die Lichtschran­ kenelektronik, der zweite Bereich hat eine geringere Schutzart, zum Bei­ spiel IP 44, in ihm befindet sich das optische Bauelement, ausgenommen seine optisch aktive Fläche, denn diese ragt durch eine Öffnung im ge­ nannten zweiten Teilbereich des Gehäuses.

Weitere Vorteile und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den übrigen Ansprüchen sowie aus der nun folgenden Beschreibung von nicht ein­ schränkend zu verstehenden Ausführungsbeispielen der Erfindung, die un­ ter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert werden. In der Zeich­ nung zeigen:

Fig. 1 eine schematische Darstellung einer Lichtschranke nach der Erfin­ dung, die Sicherheitsbarriere befindet sich zwischen optischem Bauteil und Lichtschrankenelektronik,

Fig. 2 eine Darstellung entsprechend Fig. 1, jedoch mit der Sicherheits­ barriere zwischen Anschlußleitung und Lichtschrankenelektronik,

Fig. 3 eine Darstellung entsprechend Fig. 2, jedoch mit einem vollständig außerhalb der Vergußmasse befindlichem optischen Bauelement,

Fig. 4 eine Darstellung ähnlich Fig. 1, mit zusätzlich eingezeichnetem Gehäuse und

Fig. 5 eine Darstellung entsprechend Fig. 4 in anderer Ausführung.

In den Figuren ist jeweils nur ein Teilstück einer kompletten Lichtschran­ ke gezeigt, nämlich Empfänger- oder Senderteil. Beide sind aber - soweit es die Zeichnung betrifft - baugleich, so daß sich die folgende Beschrei­ bung auf Sender- und Empfängerteil bezieht. Demgemäß ist auch nicht von optischen Empfängern oder optischen Sendern die Rede, sondern jeweils von einem optischen Bauelement.

Fig. 1 zeigt einen derartigen Teil einer Lichtschranke. In einer Vergußmas­ se 20 sind eingebettet eine Lichtschrankenelektronik 22, eine Sicherheits­ barriere 24 und teilweise ein optisches Bauelement 26. Auch eine Verbin­ dungsleitung 28, im folgenden auch Zuleitung 28 genannt, zur Verbindung der gezeigten Einheit mit einer Spannungsversorgung und gegebenenfalls einer oder mehreren zugehörigen Einheiten ist in der Vergußmasse 20 ein­ gebettet und aus dieser herausgeführt.

Das optische Bauelement 26 ist größtenteils in der Vergußmasse 20 aufge­ nommen und auf diese Weise auch mechanisch fixiert, seine aktive optische Fläche ist von außerhalb des Blocks der Vergußmasse 20 zugänglich, z. B. ragt sie aus der Vergußmasse 20 heraus. Dadurch kann in gewohnter Weise ohne zusätzliche Maßnahmen (ohne Lichtleiter, Lichtrohre usw.) eine Licht­ schranke aufgebaut werden. Durch die Sicherheitsbarriere 24 ist der Stromkreis des optischen Bauelements 26 eigensicher im Sinne der Explosi­ onsbestimmungen.

Die Vergußmassen 20 sind an sich bekannt, sie haben eine schwache elek­ trische Leitfähigkeit, sind wärmeleitend und temperaturbeständig. Sie sind auch resistent gegen Chemikalien und weitgehend bruchfest. Geeignete Vergußmaterialien sind beispielsweise Epoxidharze, denen zur Erhöhung der Leitfähigkeit geeignete Beimengungen, zum Beispiel Ruß, zugefügt sind. Derartige Vergußmassen sind auf dem Markt erhältlich.

In der Ausführung nach Fig. 2 befindet sich die Sicherheitsbarriere zwi­ schen der Zuleitung 28 und der Lichtschrankenelektronik 22. In diesem Fall ist der gesamte Stromkreis der Lichtschrankenelektronik 22 und des opti­ schen Bauelements 26 eigensicher gemacht. Ansonsten liegen dieselben Ver­ hältnisse wie bei Fig. 1 vor.

Zur Erhöhung der Sicherheit können auch die Lösungen gemäß Fig. 1 und Fig. 2 kombiniert werden, also zwei Sicherheitsbarrieren 24 vorgesehen sein.

Fig. 3 zeigt eine Ausführung, bei der das optische Bauelement 26 über eine Leitung 30, die sich außerhalb der Vergußmasse 20 befindet, mit der Licht­ schrankenelektronik 22 verbunden ist. Ansonsten entspricht die Ausfüh­ rung nach Fig. 3 im wesentlichen der Ausführung nach Fig. 2, die Sicher­ heitsbarriere ist wiederum zwischen der Zuleitung 28 und der Lichtschran­ kenelektronik 22 vorgesehen. Vorzugsweise ist die Leitung 30 flexibel oder steif biegbar, so daß das optische Bauelement 26 am Einbauort in die ge­ wünschte Richtung gebogen und fixiert bzw. selbst fixiert ist.

Damit die eingegossene Lichtschranke den Explosionsbestimmungen genügt, wird sie in ein Gehäuse 32 eingebaut. Dieses ist mechanisch belastbar, lichtbeständig, alterungsbeständig, chemiebeständig und dicht. Erfindungs­ gemäß muß das Gehäuse 32 jedoch nicht die Schutzart "erhöhte Sicherheit" bzw. "druckfest" erfüllen, was zu einem hohen Aufwand, insbesondere zu hohen Kosten führen würde, sondern es genügt ein Gehäuse mit der Zulas­ sung einer niedrigeren Schutzart, insbesondere wird ein Gehäuse der Schutzart IP 6x (IEC 529 und DIN 40050) vorgesehen, wobei das "x" für die zweite Stelle der Spezifikation steht, zum Beispiel Schutzart IP 61, IP 62 usw.

Fig. 4 zeigt eine Ausführung ähnlich Fig. 3, jedoch ist das Gehäuse 32 konkreter dargestellt, insbesondere ist eine Einführung 38 für die Zuleitung 28 vorgesehen. Ebenso ist eine Einführung 38 für die Leitung 30 in das Gehäuse dargestellt. Diese Einführungen 38 sind z. B. als PG- Verschraubungen ausgeführt.

Fig. 5 zeigt nun ein Gehäuse 32, das aus zwei Teilbereichen 34, 36 zusam­ mengesetzt ist. Nur der Teilbereich 34 entspricht der genannten Schutzart IP 6x, der zweite Teilbereich hat eine niedrigere Schutzart, zum Beispiel IP 44. Dadurch wird folgender Vorteil erzielt: Es ist aufwendig, eine Öff­ nung oder Schauscheibe in ein Gehäuse der Schutzart IP 6x zu bauen, ohne die Schutzart zu beeinträchtigen. Deshalb wird die in Fig. 5 gezeigte Zwei­ kammerlösung vorgeschlagen. Dabei müssen die Teilgehäuse 34, 36 nicht notwendigerweise mechanisch starr miteinander verbunden sein bzw. inein­ ander übergehen, wie aus Fig. 5 ersichtlich, sondern sie können auch sepa­ rat sein. In diesem Fall erhöht sich aber der Herstellungsaufwand.

Wie aus Fig. 5 ersichtlich ist, ragt das optische Bauelement 26 mit seiner aktiven Fläche aus einer Öffnung im zweiten Teilgehäuse 36 heraus. Größ­ tenteils ist es aber in der Vergußmasse 20 eingebettet, die dieselbe ist wie diejenige im ersten Teilgehäuse 34.

Für die Einführung der Zuleitung 28 in das erste Teilgehäuse 34 ist eine geeignete, zugelassene und an sich bekannte Einführung 38 vorgesehen. Ebenfalls ist für die Durchführung durch die Zwischenwand zwischen den beiden Teilgehäusen 34, 36 eine Durchführung 40 vorgesehen, die beispiels­ weise als PG-Verschraubung ausgeführt ist.

Der erfindungsgemäße Aufbau eignet sich auch für Überwachungsanlagen, bei denen als optisches Bauelement ein IR-Bewegungsmelder eingesetzt wird.

Bei einer Reflexionslichtschranke nach der Erfindung sind gegebenenfalls zwei optische Bauelemente im Gehäuse 32 bzw. außerhalb dieses bzw. der Vergußmasse 20 vorgesehen.

Claims (7)

1. Lichtschranke für den Einsatz in einem explosionsgefährdeten Bereich, vorzugsweise für Aufzüge, mit einer Lichtschrankenelektronik (22), einem optischen Bauelement (26), einer Anschlußleitung (28) und einem Ge­ häuse (32), in dem die Lichtschrankenelektronik (22) untergebracht ist und durch das die Anschlußleitung (28) geführt ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Lichtschrankenelektronik (22) in einer für den explosionsgefährdeten Bereich zugelassenen Vergußmasse (20) eingebet­ tet ist und daß eine Schutzelektronik (24) vorgesehen ist, die ebenfalls in der Vergußmasse (20) eingebettet und im Gehäuse (32) angeordnet ist und die entweder im Stromkreis zwischen dem optischen Bauelement (26) und der Lichtschrankenelektronik (22) oder zwischen der Lichtschrankenelek­ tronik (22) und der Anschlußleitung (28) angeordnet ist.

2. Lichtschranke nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das optische Bauelement (26) teilweise in der Vergußmasse (20) eingebettet ist und durch eine Öffnung im Gehäuse (32) ragt.

3. Lichtschranke nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sich das optische Bauelement (26) vollständig außerhalb des Gehäuses (32) be­ findet und über eine Anschlußleitung (30), die durch das Gehäuse (32) ge­ führt ist, mit der Lichtschrankenelektronik (22) verbunden ist.

4. Lichtschranke nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekenn­ zeichnet, daß das optische Bauelement (26) ein Lichtsender, zum Beispiel LED oder ein Lichtempfänger, zum Beispiel ein Phototransistor, eine Photo­ diode, ist.

5. Lichtschranke nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekenn­ zeichnet, daß das Gehäuse (32) mechanisch belastbar, lichtbeständig, alte­ rungsbeständig, chemiebeständig und dicht ist, jedoch nicht den Explosi­ onsbestimmungen genügt, insbesondere nicht die Schutzart "erhöhte Si­ cherheit" oder "druckfest" erfüllt.

6. Lichtschranke nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse (32) die Schutzart IP 6x (IEC 529/DIN 40050) erfüllt, wobei x für die zweite Stelle der Spezifikation steht, zum Beispiel Schutzart IP 65.

7. Lichtschranke nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse (32) aus zwei Teilbereichen (34, 36) besteht, von denen nur ein Teilbereich die Schutzart IP 6x erfüllt, während das andere eine nied­ rige Schutzart, beispielsweise IP 44 hat.