DE60302270T2

DE60302270T2 - Sicherheitsvorrichtung für Werkzeugmaschinen

Info

Publication number: DE60302270T2
Application number: DE60302270T
Authority: DE
Inventors: Giorgio Grasselli; Stefano Santini
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2002-04-12
Filing date: 2003-03-11
Publication date: 2006-06-01
Anticipated expiration: 2023-03-12
Also published as: US20030193400A1; ITRE20020030A0; ATE310203T1; ES2249677T3; EP1353111A2; DK1353111T3; EP1353111A3; US7049967B2; DE60302270D1; EP1353111B1; ITRE20020030A1

Description

Die Erfindung betrifft Sicherheitsvorrichtungen, die bei Produktionsmaschinen vorgesehen sind, um die Sicherheit einer Bedienperson zu schützen.
Insbesondere ist das Sicherheitssystem gemäß der Erfindung auf jede Art von Produktionsmaschinen anwendbar, welche wenigstens ein bewegliches Element oder Werkzeug aufweisen, mit welchem die Bedienperson versehentlich in Kontakt kommen kann. Produktionsmaschinen sind im Allgemeinen mit Systemen ausgestattet, die die Sicherheit der Bedienperson gewährleisten.
Diese Systeme können entweder mechanisch oder elektrisch sein.
Elektrische Systeme sind diejenigen, die derzeit am meisten verwendet werden, weil sie im Allgemeinen eine kürzere Eingriffszeit als ähnliche mechanische Vorrichtungen aufweisen. Ein Sicherheitssystem der elektrischen Bauart, angewendet auf eine Produktionsmaschine, ist in der Patentanmeldung Nr. RE93U000060 ( EP 0 636 830 ) im Namen desselben Anmelders vollständig beschrieben. Insbesondere beschreibt diese Patentanmel dung ein elektrisches Sicherheitssystem, welches an einer Abhäutmaschine angewendet wird.
Das bekannte Sicherheitssystem, für dessen detaillierte Beschreibung auf die genannte Patentanmeldung Bezug genommen werden sollte, basiert im Wesentlichen auf dem Erkennen einer Spannungsveränderung, welche durch den Durchfluss eines Gleichstroms durch den Körper der Bedienperson hervorgerufen wird, wenn er in elektrischem Kontakt mit dem Werkzeug kommt.
Während der Verwendung des Systems wurde herausgefunden, dass es durch die elektrophysikalischen Eigenschaften der Bedienperson beeinflusst wird, d.h. im Wesentlichen durch ihre elektrische Leitfähigkeit, welche sich beträchtlich ändert, während sie arbeitet, sowie durch die Bedingungen der Umgebung, in welcher die Maschine betrieben wird. In diesem Zusammenhang wird, wenn die Maschine in einer sehr feuchten Umgebung betrieben wird, die Intensität des Gleichstromsignals durch die parasitäre Impedanz der Maschine gegenüber der Erde beeinflusst. Dies bewirkt Veränderungen in der Eingriffsgrenze des Sicherheitssystems, wodurch dieses unnötig oder zur falschen Zeit eingreift.
Es ist Aufgabe dieser Erfindung, die genannten Nachteile innerhalb des Zusammenhangs einer Lösung mit einer einfachen Konstruktion sowie einem sicheren und zuverlässigen Betrieb zu beseitigen.
Die Erfindung erreicht diese Aufgabe durch das zur Verfügung Stellen eines Sicherheitssystems, welches dafür vorgesehen ist, mit Produktionsmaschinen in Verbindung gebracht zu werden, die mit wenigstens einem Werkzeug ausgestattet sind, welches in der Lage ist, die Bedienperson zu verletzen, welches nicht durch die elektrophysikalischen Eigenschaften der Bedienperson beeinflusst wird und dessen Betrieb unabhängig von den Umgebungsbedingungen ist, in welchen die Maschine betrieben wird.
Insbesondere weist das Sicherheitssystem der Erfindung ein Paar Handschuhe, welche durch die Bedienperson zu tragen und mit einer äußeren Oberfläche aus dielektrischem Material und einer elektrisch leitenden inneren Oberfläche versehen sind, einen Alarmsignalerzeuger, welcher mit der leitenden inneren Oberfläche verbunden ist, eine Prozessoreinheit auf, welche mit den metallischen Maschinenelementen und mit dem wenigstens einen Werkzeug über eine Sicherheitsschaltung verbunden ist, welche dafür vorgesehen ist, das Alarmsignal festzustellen, wenn die Bedienperson einen der Handschuhe beim in Kontakt Kommen mit einem der mechanischen Elemente oder mit einem der Werkzeuge der Maschine einschneidet, wobei die Prozessoreinheit mit einer Einrichtung zum Unterbrechen des Betriebs der Maschine beim Feststellen des Alarmsignals versehen ist, wobei das Signal ein Wechselstromsignal ist, dessen Intensität durch die Prozessoreinheit auf der Basis von zumindest der physikalischen Eigenschaften der Bedienperson eingestellt wird, welche durch eine ge eignete Schaltung zum Ermitteln zumindest dieser Eigenschaften gemessen werden.
Die Schaltung zum Ermitteln der physikalischen Eigenschaften der Bedienperson weist wenigstens einen Erzeuger eines zweiten Signals auf, nämlich eines Signals, welches die Gegenwart der Bedienperson und seiner elektrophysikalischen Eigenschaften anzeigt.
Der zweite Erzeuger ist mit den Handschuhen der Bedienperson und mit der Prozessoreinheit verbunden, wobei vorzugsweise eine Adapterschaltung dazwischengeschaltet ist.
In einer bevorzugten Ausführungsform sind die beiden von der Bedienperson getragenen Handschuhe mittels eines Kondensators miteinander verbunden, von welchem ein Anschluss mit einer Addiervorrichtung verbunden ist, welche dafür vorgesehen ist, das Alarmsignal zu dem die physikalischen Eigenschaften der Bedienperson anzeigenden Signal hinzuzuzählen (oder das Alarmsignal zu modulieren), und wobei dessen anderer Anschluss mit der Prozessoreinheit verbunden ist, wobei wenigstens eine Adapterschaltung für das Alarmsignal und wenigstens eine Adapterschaltung für das die Eigenschaften der Bedienperson anzeigende Signal dazwischengeschaltet sind. Zusätzlich sind zwischen der Addiervorrichtung und wenigstens dem Alarmsignalerzeuger geeignete Einrichtungen eingefügt, um die Intensität der Signale zu regulieren. Diese Einrichtungen weisen vorzugsweise Potentiometer auf, welche elektrisch mit der Prozes soreinheit verbunden sind, mittels welcher die Prozessoreinheit die Intensität des Signals reguliert.
Diejenigen Eigenschaften der Erfindung, welche es ermöglichen, dass die Aufgabe erreicht werden kann, sind in den Ansprüchen festgelegt.
Das Sicherheitssystem gemäß der Erfindung wird unter Zuhilfenahme der beigefügten Zeichnungen in einer Ausführungsform für die Anwendung an einer Abhäutmaschine beschrieben, wobei allerdings offensichtlich ist, dass die Anwendung der Erfindung nicht auf diese Art von Maschinen beschränkt ist.
1 ist eine schematische Darstellung des Sicherheitssystems der Erfindung, angewendet auf eine Abhäutmaschine.
2 ist ein Blockdiagramm einer ersten Schaltung, mit welcher das System der Erfindung versehen ist.
3 ist ein Blockdiagramm einer zweiten Schaltung, mit welcher das System der Erfindung versehen ist.
4 zeigt die Handschuhe, welche von der Bedienperson während der Verwendung der Maschine getragen werden müssen.
1 zeigt eine gewöhnliche Abhäutmaschine 1, welche mit einer Stachelwalze 2 versehen ist, die von einem Elektromotor 3 über einen Zahnriemen 4 angetrieben wird. Die Walze 2 zieht ein Fleischstück 6, welches von der Bedienperson 7 in der Hand gehalten wird, um es der Einwirkung eines festen Messers 5 auszusetzen, welches in der Lage ist, mit dem Stück Fleisch 6 zusammenzuwirken, um die Haut von dem Fleisch des Fleischstücks zu trennen. Die Aufgabe der Bedienperson 7 ist es, das Stück Fleisch 6 gegen die Walze 2 zu drücken, wobei ihre Hände damit in der Nähe der Walze 2 und des Messers 5 sind.
Wie aus den Figuren erkennbar ist, muss die Bedienperson 7 für einen korrekten Betrieb des Systems ein Paar dielektrische Handschuhe 8 tragen, die in 4 dargestellt sind und bevorzugt mit einer metallischen oder auf andere Weise elektrisch leitenden inneren Oberfläche 41 versehen sind.
Die leitenden inneren Teile der von der Bedienperson getragenen Handschuhe 8 sind über einen Kondensator 9 elektrisch miteinander verbunden, welcher in der dargestellten Ausführungsform eine Kapazität von 1 μF aufweist. Der Anschluss 90 des Kondensators ist mit einer Addiervorrichtung 10 zum Zusammenzählen der Spannungssignale eines Wechselspannungssignalerzeugers bzw. -generators 11 und eines Gleichspannungssignalerzeugers bzw. -generators 12 verbunden. Zwischen jedem der Signalerzeuger 11 und 12 und der Addiervorrichtung 10 sind Einrichtungen angeordnet zum Regulieren der Intensität der von jedem dieser Erzeuger erzeugten Signale. Die Einrichtungen weisen in der dargestellten Ausführungsform digitale Potentiometer 13 und 14 auf, welche es ermöglichen, dass die Intensität der von dem jeweiligen Erzeuger 11 und 12 erzeugten Spannungssignale reguliert werden können.
Insbesondere erzeugt der Signalerzeuger 11 ein Wechselspannungssignal mit 8 kHz, nämlich das Alarmsignal, dessen Zweck es ist, das Vorhandensein einer für die Bedienperson gefährlichen Situation anzuzeigen, während der Signalerzeuger 12 ein Gleichspannungssignal mit 5 V erzeugt, dessen Zweck es ist, die Gegenwart der Bedienperson und ihrer elektrophysikalischen Eigenschaften, die nachfolgend deutlicher beschrieben werden, zu bestätigen. Die Intensität der Signale wird durch eine Prozessoreinheit 15 reguliert, welche mit den digitalen Potentiometern 13 und 14 elektrisch und mit dem Anschluss 91 des Kondensators 9 mittels geeigneter Signaladapterschaltungen 16 und 17, die nachfolgend detaillierter beschrieben werden, verbunden ist.
Der Zweck der Adapterschaltung 16 ist es, das von dem Signalerzeuger 12 erzeugte Gleichstromsignal zu messen, welches das Vorhandensein der Bedienperson in ihrer Arbeitsposition anzeigt und in der Lage ist, ihre elektrophysikalischen Eigenschaften, d.h. im wesentlichen ihre Leitfähigkeit, zu messen. Diese Schaltung weist zwei parallele, identische Schaltungen 16' und 16'' auf, die jeweils aus einer Impedanzadaptervorrichtung 160, einem Tiefpassfilter 161 und einem Peaksensor 162 bestehen. Es sollte jedoch festgehalten werden, dass die Gegenwart der zwei identischen Schaltungen 16' und 16'' aufgrund der Tatsache zustande kommt, dass sich die Leitfähigkeit der Bedienperson erheblich ändert, während sie arbeitet, wodurch unterhalb eines bestimmten Spannungswerts das Signal durch die Schaltung 16' gemessen wird, während es oberhalb des vorbestimmten Werts durch die Schaltung 16'' gemessen wird.
Der Zweck der Adapterschaltung 17 ist es, das Vorhandensein des Alarmsignals zu der Prozessoreinheit 15 anzuzeigen. Diese Schaltung weist eine Signaladaptervorrichtung 170, einen Bandfilter 171 und einen Peakgleichrichter 172 auf.
In dem dargestellten Beispiel ist die Prozessoreinheit 15 ein von der HITACHI Company mit dem Erkennungszeichen HD64F3337 hergestellter Mikrocontroller. Die Prozessoreinheit ist mit einer Sicherheitsschaltung 18 verbunden, welche wiederum mit sämtlichen Metallteilen der Maschine 1 elektrisch verbunden ist, wodurch die Prozessoreinheit das Alarmsignal erkennt, welches anzeigt, dass die Bedienperson eine der dielektrischen Handschuhe eingeschnitten hat, die sie während der Arbeit trägt.
Die Sicherheitsschaltung 18 weist einen Impedanzadapter 180, einen Bandfilter 181 und einen Peakgleichrichter 182 auf.
Die Prozessoreinheit 15 führt auch die Aufgabe des Unterbrechens des Maschinenbetriebs beim Erkennen des Alarmsignals aus. Zu diesem Zweck ist sie mit dem Antriebsmotor der Walze 2 mittels zweier Schalter 19 und 20 verbunden, welche die Bewegung der Walze in der einen und der anderen Richtung steuern.
Der Betrieb des Sicherheitssystems, mit dem die Erfindung ausgestattet ist, wird nachfolgend mit Hilfe der beigefügten Zeichnungen beschrieben.
Wie bereits erwähnt erfordert der Betrieb des Sicherheitssystems gemäß der Erfindung, dass der Benutzer ein Paar Handschuhe 8 trägt, von denen wenigstens die äußere Oberfläche aus einem dielektrischen Material ausgebildet ist, und dessen innere Oberfläche, die in Kontakt mit der Haut der Hände steht, vorzugsweise, jedoch nicht notwendigerweise aus einem leitenden Material ausgebildet ist.
Nachdem die Bedienperson die Handschuhe angezogen hat, drückt sie den Startknopf der Maschine.
Der Gleichstromsignalerzeuger erzeugt ein Signal mit dem Wert 5 V, welches durch die Addiervorrichtung 10 mit dem von dem Erzeuger 11 erzeugten Wechselstromsignal moduliert wird. Die Wechselstromkomponente des modulierten Signals ist an dem inneren, leitenden Teil von beiden Handschuhen der Bedienperson über den Kondensator 9 zugänglich und wird durch die Prozessoreinheit 15 über die Adapterschaltung 17 gemessen. Stattdessen ist die Gleichstromkomponente durch den Körper der Bedienperson, deren Durchfluss durch den Kondensator 9 unterbrochen ist, für die Prozessoreinheit 15 über die Adapterschaltung 16 zugänglich.
Die Prozessoreinheit 15 erkennt somit unabhängig voneinander die Gegenwart des Alarmsignals und des Gleichspannungssignals, welches die Gegenwart der Bedienperson anzeigt, wobei dessen Intensität die elektrische Leitfähigkeit der Bedienperson anzeigt. Auf der Basis der Intensität der gemessenen Werte der beiden Signale reguliert die Prozessoreinheit 15 die zwei digitalen Potentiometer 13 und 14 derart, dass diese Werte auf einem optimalen Niveau zur Messung als eine Funktion der elektrophysikalischen Eigenschaften der Bedienperson gehalten werden.
Falls die Bedienperson während des Arbeitens einen der Handschuhe einschneidet, wird das Alarmsignal durch die Prozessoreinheit über die Sicherheitsschaltung erkannt.
Wenn die Prozessoreinheit das Alarmsignal erkennt, bewirkt sie, bevor die Maschine zum Stehen gebracht wird, dass der Motor 3 in der entgegengesetzten Richtung rotiert, so dass, falls die Bedienperson die Walze noch immer hält, sie sich selbst von derselben befreien kann.
Es sollte festgehalten werden, dass, nachdem das Wechselstromalarmsignal und die Sicherheitsschaltung von der Erde isoliert sind, das Erkennen des Alarmsignals nicht durch parasitäre Impedanzen zwischen dem Maschinengehäuse und der Erde beeinflusst wird.
Schließlich sollte festgehalten werden, dass, obwohl die Schaltungen als separate Schaltungen dargestellt sind, sie in bestimmten Ausführungsformen der Erfindung in eine einzelne Schaltung integriert werden können, welche von einer einzelnen elektronischen Karte unterstützt wird.

Claims

Sicherheitssystem für eine Produktionsmaschine (1), welche mit wenigstens einem Werkzeug (2) ausgestattet ist, welches die Bedienperson (7) verletzen kann, mit folgenden Merkmalen: – einem Paar Handschuhe (8), welche durch die Bedienperson (7) zu tragen und mit einer äußeren Oberfläche aus dielektrischem Material und einer elektrisch leitenden inneren Oberfläche (41) versehen sind, – einem Alarmsignalerzeuger (11), welcher mit der leitenden inneren Oberfläche (41) verbunden ist, – eine Prozessoreinheit (15), welche mit den metallischen Maschinenelementen und mit dem wenigstens einen Werkzeug (2) über eine Sicherheitsschaltung (18) verbunden ist, welche dafür vorgesehen ist, das Alarmsignal festzustellen, wenn die Bedienperson (7) einen der Handschuhe (8) beim in Kontakt kommen mit einem der mecha nischen Elemente der Maschine (1) einschneidet, wobei die Prozessoreinheit (15) mit einer Einrichtung (13, 20) zum Unterbrechen des Betriebs der Maschine beim Feststellen des Alarmsignals versehen ist, dadurch gekennzeichnet, dass das Alarmsignal ein Wechselstromsignal ist, dessen Intensität durch die Prozessoreinheit (15) auf der Basis von zumindest der physikalischen Eigenschaften der Bedienperson eingestellt wird, welche durch eine geeignete Schaltung (16) zum Ermitteln zumindest dieser Eigenschaften gemessen werden.
System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Signalerzeuger (11) eine Spannungswelle mit einer Frequenz zwischen 2 und 40 kHz erzeugt.
System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Schaltung zum Messen der Eigenschaften der Bedienperson wenigstens einen zweiten Signalerzeuger (12) aufweist, welcher mit den Handschuhen (8) der Bedienperson verbunden ist, und eine Schaltung zum Feststellen des zweiten Signals, welche mit der Prozessoreinheit verbunden ist.
System nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Signal (12) ein Gleichstromsignal zwischen 0 +15 V ist.
System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass stromabwärts des Signalerzeugers wenigstens eine Einrichtung (13) zum Regulieren der Intensität des wenigstens einen Alarmsignals angeordnet ist.
System nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die wenigstens eine Einrichtung ein Potentiometer (13) ist, welches mit der Prozessoreinheit (15) verbunden ist und durch dieselbe gesteuert wird, um die Intensität des wenigstens einen Alarmsignals zu regulieren.
System nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass stromabwärts des zweiten Signalerzeugers (12) wenigstens eine Einrichtung (14) zum Regulieren der Intensität des wenigstens einen Signals, welches die elektrophysikalischen Eigenschaften der Bedienperson anzeigt, angeordnet ist.
System nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die wenigstens eine Einrichtung ein Potentiometer (14) ist, welches mit der Prozessoreinheit (15) verbunden ist und durch dieselbe gesteuert wird, um die Intensität des wenigstens einen Signals, welches die elektrophysikalischen Eigenschaften der Bedienperson anzeigt, zu regulieren.
System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Handschuhe (8) mittels einer Impedanz (9) miteinander verbunden sind.
System nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Impedanz ein Kondensator (9) ist.
System nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Kondensator (9) eine Kapazität zwischen 100 nF und 3 μF aufweist.
System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Wechselstromalarmsignal (11) und das Signal (12), welches die physikalischen Eigenschaften der Bedienperson (7) anzeigt, mittels einer geeignet Addiervorrichtung (10) moduliert werden.
System nach den Ansprüchen 9 und 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Addiervorrichtung (10) mit einem der Anschlüsse (90) der Impedanz (9) verbunden ist, wobei der andere Anschluss (91) über eine Adapterschaltung (17) zum Messen der Intensität des Alarmsignals und wenigstens eine Adapterschaltung (16) zum Messen der Intensität des Signals mit der Prozessoreinheit (15) verbunden ist, welches die physikalischen Eigenschaften der Bedienperson anzeigt.
System nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Adapterschaltung (16) zum Messen der Intensität des Signals, welches die physikalischen Eigenschaften der Bedienperson anzeigt, eine Impedanzadaptervorrichtung (160), einen Tiefpassfilter (161) und einen Peaksensor (162) aufweist.
System nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Adapterschaltung (17) zum Messen der Intensität des Alarmsignals eine Signaladaptervorrichtung (170), einen Bandfilter (171) und einen Peakgleichrichter (172) aufweist.
System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Prozessoreinheit (15) ein Mikrocontroller ist.
System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Sicherheitsschaltung (18) einen Impedanzadapter (181), einen Bandfilter (182) und einen Peakgleichrichter (183) aufweist.
System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Einrichtungen (19, 20) zum Unterbrechen des Betriebs der Maschine zwei gesteuerte Schalter oder Relais sind.