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Die
Erfindung betrifft einen Schlüsselsicherheitsschalter
zur Steuerung des Schutzes von Maschinen und industriellen Anlagen,
wie zum Beispiel Türen
von Steuerkabinen und zum Bewegen von Sperren für den Zutritt von Arbeitsbereichen.
Die Funktion dieser Art von Schalter ist es, ein Stop-Signal zu
senden, wenn der Schutz aufgehoben ist oder umgangen werden soll.
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Herkömmliche
Schalter der oben beschriebenen Art weisen im wesentlichen ein Gehäuse auf, das
befestigt werden kann an dem festen Teil des Schutzes der Maschine
und das im Inneren mindestens einen festen, elektrischen Kontakt
und mindestens einen beweglichen, elektrischen Kontakt aufnimmt.
Diese Kontakte können
wahlweise zusammen wirken, um den äußeren elektrischen Schaltkreis
der Maschine zu öffnen
oder zu schließen.
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Eine
Abdeckung oder ein Kopf ist lösbar
auf dem Gehäuse
angeordnet und enthält
einen Mechanismus zum Schließen
und Betätigen
des beweglichen, elektrischen Kontakts. Der Kopf ist auch mit einem
Schlitz versehen zum Einsetzen einer schlüsselartigen Vorrichtung, die
an dem beweglichen Teil des Schutzes der Maschine befestigt werden
kann. Das Einsetzen des Schlüssels
in den Schlitz gibt frei und ändert
die Position des Kopf-Betätigungsmechanismus,
so daß die
gewählte
Bewegung des beweglichen, elektrischen Kontakts ausgelöst wird
und das anschließende Öffnen oder
Schließen
des elektrischen Schaltkreises.
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Durch
die strukturierte Form des Schlüssels können die
Kontakte nur mit dem Schlüssel
betätigt werden
und betätigen
mit Hilfe von Schraubenziehern, Drähten oder anderen herkömmlichen
Werkzeugen ist eigentlich unmöglich.
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Es
sind Sicherheitsschalter bekannt, bei denen der bewegliche Kontakt
auf einen Stift montiert ist, der entlang einer longitudinalen Achse
des Körpers
gleiten kann und auf den ein Rad oder ein Nocken wirkt, das Teil
des Betätigungsmechanismus
ist. Der Nocken ist montiert auf Halterungen am Kopf, so daß er sich
um eine Achse dreht, die transversal zu der Achse des Stifts ausgerichtet
ist und ist mit Schließvorrichtungen
versehen, die seine Drehung verhindern, es sei denn der Schlüssel ist
mindestens bis zu einem gewissen Teil seines Hubs eingeführt.
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Bei
einem Sicherheitsschalter herkömmlicher
Art sind die Schließvorrichtungen
gebildet aus einem oder mehreren Blocks, die an den Seiten des Nockens
angeordnet sind und mit Vorsprüngen
versehen sind, die axial zusammen wirken mit komplementären Ausnehmungen,
die auf den seitlichen Flächen
des Nockens angeordnet sind. Die Blocks sind so angeordnet, daß sie gleiten
aber sich nicht drehen können
zur Achse des Nockens und sind normalerweise in Anlage an dem Nocken
durch Druckfedern, um so die Drehung des Nockens zu sperren. Nach dem
Einsetzen bewegt das gefaste Ende der schlüsselartigen Betätigung die
Blöcke
weg von dem Nocken, um deren freie Drehung zu ermöglichen
und so den Schalter zu betätigen.
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Bei
einer anderen Art von Schalter sind die Blöcke, die axial mit Bezug auf
den Nocken gleiten können,
ersetzt durch Gleitvorrichtungen, die sich im rechten Winkel zu
deren Drehachse bewegen können.
Die Gleitvorrichtungen weisen Vorsprünge oder Halteelemente auf,
die ausgebildet sind, um komplementär ausgebildete Teile, die am
Nocken vorgesehen sind, zu erfassen, um deren Drehung zu verhindern,
bis die schlüsselartige
Betätigung
eingesetzt und in den Kopf gedrückt
ist.
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Die
US-A 5 587 569 (EJA) beschreibt einen von einem Schlüssel gesteuerten
Schalter mit zwei Öffnungen
und zwei Gleitvorrichtungen, die entlang Führungen gleiten können, die
gebildet sind auf den seitlichen Halterungen des Betätigungsnockens
und zusammen wirken mit komplementären Teilen, die auf dem Nocken
gebildet sind.
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Die
US-A 5 516 993 (Bernstein) beschreibt einen Schalter mit zwei Öffnungen
und zwei Gleitvorrichtungen, die entlang Führungen gleiten können, die
gebildet sind in den seitlichen Flächen des Betätigungsnockens
und sich zusammen mit dem Nocken drehen.
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Die
internationale Veröffentlichung
WO 95/24726 beschreibt einen Schalter mit einer Öffnung und mit zwei Verriegelungs-Gleitvorrichtungen,
die relativ zu dem Schlüssel
entlang dessen gesamten Einsatzhubs gleiten können.
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Bei
all den herkömmlichen
Schaltern ist die Gleitrichtung der Verriegelungs-Gleitvorrichtungen im
wesentlichen senkrecht zu der Richtung, in die der Schlüssel eingesetzt
und zum Gleiten gebracht wird. Entsprechend erfolgt die Bewegung
der Verriegelungs-Gleitvorrichtungen durch die geneigten Ebenen,
die auf dem Schlüssel
und den Gleitvorrichtungen vorgesehen sind. Die schlüsselartige
Betätigung gleitet
weiter über
den größten Teil
ihres Einsatzhubs entlang den Gleitvorrichtungen.
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Überdies
sind die Teile des Schließmechanismus
sehr klein, sind zusammengesetzt aus mehreren Komponenten, sind
zerbrechlich und sind plötzlichen
Bewegungen ausgesetzt. Der Nachteil relativer Komplexität und Zerbrechlichkeit
des Schließ- und
Betätigungsmechanismus
ergibt sich mit dem Vorliegen beträchtlicher Reibung und Verschleiß, die die Zuverlässigkeit
und Lebensdauer beeinträchtigen und
das Risiko des Blockierens vergrößern, insbesondere
beim Vorhandensein von Verunreinigungen und in hoch verschmutzten
Umgebungen.
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Ein
weiterer Nachteil der Schalter mit doppelten Öffnungen ist der, daß die Schlitze
für den
Einsatz des Schlüssels
asymmetrisch relativ zum Kopf angeordnet sind, das heißt, ihre
Abstände
von einer Endkante sind unterschiedlich, dadurch ist die Flexibilität der Ausrichtung
des Schalters vermindert, wenn der Kopf gedreht wird, um ihn an
die Maschine anzupassen.
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EP 0 941 549 offenbart einen
Schlüsselsicherheitsschalter
mit einem drehenden Plattennocken, der wahlweise gesperrt ist von
einem gleitbaren Verriegelungselement, das verschoben wird in einer
einzigen möglichen
Richtung mittels Führungen, die
in dem Schaltgehäuse
vorgesehen sind.
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Eine
Aufgabe der Erfindung ist es, die oben genannten Nachteile zu beseitigen
und einen Schlüsselsicherheitsschalter
zu schaffen, der konstruktiv sehr einfach, hoch zuverlässig, mechanisch
stabil und flexibel beim Zusammenbau ist.
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Eine
weitere Aufgabe ist es, das Gleiten und damit den Verschleiß zu beseitigen
oder mindestens zu minimieren und so die Lebensdauer und die Zuverlässigkeit
zu erhöhen.
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Eine
weitere Aufgabe der Erfindung ist es, einen Schlüsselsicherheitsschalter zu
schaffen, der aus einer geringen Anzahl sehr starker Teile besteht.
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Eine
weitere Aufgabe der Erfindung ist es, die Positionierung des Schalters
zu vereinfachen, wobei die Abstände
zwischen dessen festen und beweglichen Teilen im wesentlichen unverändert bleiben.
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Die
Lösung
erfolgt gemäß der Erfindung
mit einem Schlüsselsicherheitsschalter
mit den Merkmalen des Anspruchs 1.
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Mittels
der Neigung des Verriegelungs-Gleitvorrichtung oder der Gleitvorrichtungen
bezüglich
der Einsetzrichtung des Schlüssels,
ist durch die geneigten Flächen
verursachte Gleitreibung im wesentlichen vermieden und damit die
Zuverlässigkeit
und Lebensdauer des Schalters verbessert.
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Gemäß einer
weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung vereinfacht die
Anordnung der Schlitze die Plazierung des Schalters, wenn der Kopf gedreht
wird, um ihn an die Maschine anzupassen.
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Weitere
Merkmale und Vorteile der Erfindung werden offenbart anhand der
detaillierten Beschreibung eines bevorzugten aber nicht ausschließlichen Ausführungsbeispiels
gemäß der Erfindung
eines Schlüsselsicherheitsschalters
in den beigefügten Zeichnungen,
wie folgt:
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1 ist
eine allgemeine perspektivische Ansicht eines Schalters gemäß der Erfindung,
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2 ist
eine Front-Ansicht eines Details aus 1,
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3 ist
eine Front-Ansicht eines weiteren Details aus 1,
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4 ist
eine teilweise Seiten-Ansicht eines weiteren Details aus 1,
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5 ist
eine teilweise Seiten-Ansicht des Schalters gemäß der Erfindung in einem ersten
Betriebsschritt,
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6 ist
eine teilweise Seiten-Ansicht des Schalters gemäß der Erfindung in einem zweiten
Betriebsschritt, und
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7 ist
eine teilweise Seiten-Ansicht des Schalters gemäß der Erfindung in einem dritten
Betriebsschritt.
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Mit
Bezug auf die oben genannten Figuren weist der im allgemeinen mit
dem Bezugszeichen 1 bezeichnete Schlüsselsicherheitsschalter gemäß der Erfindung
ein Gehäuse 2 auf,
das ungefähr
wie ein Parallelepiped geformt ist und befestigt werden kann an
dem festen Teil des Schutzes einer Maschine, zum Beispiel dem Rahmen
einer Steuerkabine, und einen Betätigungskopf 3, der
lösbar
an dem Gehäuse 2 in
unterschiedlichen Positionen befestigt sein kann, um ihn an die
spezifischen Erfordernisse der Maschineninstallation anzupassen.
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Das
Gehäuse 2 enthält Paare
befestigter Kontakte 4 und 5 und entsprechende
Paare beweglicher Kontakte 6 und 7. Die Kontakte
sind an Brücken befestigt,
die steif gekoppelt sind an einen Schaft 8, der sich innerhalb
des Gehäuses 2 entlang
einer longitudinalen Achse L bewegen kann und ein Ende 9 aufweist,
das aus dem Gehäuse 2 ragt.
Mit Bezug auf 5 bis 7: Wenn
der Schaft 8 in der linken Hubbegrenzungsposition ist,
schließt
die Kontaktbrücke 6 das
Paar Kontakte 4, wohingegen in der rechten Hubbegrenzungsposition
die Kontaktbrücke 7 das
Paar Kontakte 5 schließt,
wobei entsprechend der Schaltzustand des Schalters geändert wird.
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Die
Anzahl der Kontakte und deren relative Position kann natürlich auch
unterschiedlich sein ohne dabei den Gegenstand der Erfindung zu ändern.
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Der
Kopf 3 ist gebildet mit einer prismenförmigen Abdeckung 10,
die an dem Gehäuse 2 befestigt
ist mittels Schrauben 11. Zwei Schlitze 12 und 13 sind
auf der Abdeckung 10 gebildet, jeweils auf zwei Flächen, die
benachbart sind zu einer Endkante 14. Durch die Schlitze 12 und 13 ist
es möglich
ein schlüsselartiges
Betätigungselement 15 einzusetzen,
das befestigt ist an dem beweglichen Teil eines Schutzes einer Maschine,
zum Beispiel der Tür
der vorher erwähnten
Steuerkabine.
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Das
schlüsselartige
Betätigungselement 15 hat
eine spezielle Form, die im Folgenden genau beschrieben wird, in
jeweiligen Richtungen α und β, die gegenseitig
senkrecht zueinander sind und parallel und transversal sind jeweils
mit Bezug auf die longitudinale Achse L des Gehäuses 2. Gemäß der Erfindung
haben die zwei Schlitze 12 und 13 den selben Abstand
von der seitlichen Kante 14, so daß die Montage des Schalters
mit gedrehtem Kopf erleichtert wird.
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Die
Abdeckung 10 des Kopfs 3 weist im Innern eine
Betätigungsnocke 16 auf,
die eine zentrale Nabe 17 hat, deren Querschnitt ungefähr quadratisch ist.
Ein Stift 18, dessen Achse bezeichnet ist mit dem Bezugsbuchstaben
H, ist in die Nabe eingesetzt. Die Enden des Stifts 18 sind
in zwei Öffnungen 19 und 20 eingeschlossen,
die gebildet sind in jeweils seitlichen Halterungen 21 und 22,
die aus der verbindenden Platte 23 herausragen.
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Die
verbindende Platte 23 ist versehen mit zwei seitlichen
Formteilen 24, die wie ein Schnappverschluß in entsprechende Öffnungen 25 der
Abdeckung 10 eingesetzt werden können und ist versehen mit Bohrungen 26,
die in einer Linie sind mit den Schrauben 11 für die lösbare Befestigung
des Kopfs 3 an das Gehäuse 2,
wobei der Nocken montiert bleibt auf dem Stift 18.
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Wenn
der Kopf 3 auf das Gehäuse 2 montiert ist,
ist das runde Ende 9 des Schafts 8 in Kontakt
mit dem äußeren Profil
des Nockens 16 mittels der elastischen Druckfeder 27,
die zwischen dem Boden des Gehäuses 2 und
dem benachbarten Ende des Schafts 8 eingefügt ist.
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Das äußere Profil
des Nockens 16 weist einen Vorsprung 28 auf mit
einem örtlichen
Einschnitt 29, um den Schaft stabil in der in 5 gezeigten Hubbegrenzungsposition
zu halten, in der die beweglichen Kontakte 6 die befestigten
Kontakte 4 kurzschließen,
wenn das schlüsselartige
Betätigungselement 15 nicht
in den Kopf eingesetzt ist. Auf dem äußeren Profil des Nockens 16 ist
auch eine erste Vertiefung 30 vorgesehen, die dazu bestimmt
ist, den Schaft 8 in der in 6 gezeigten
Hubbegrenzungsposition zu halten, in der die beweglichen Kontakte 7 die
Kontakte 5 kurzschließen,
wenn das schlüsselartige
Betätigungselement 15 in
den Schlitz 12 eingesetzt ist. Schließlich ist eine zweite Vertiefung 31 vorgesehen
die den Schaft 8 in der selben, in 6 gezeigten
Hubbegrenzungs- und elektrischen Schaltposition hält, aber
dann, wenn das schlüsselartige
Betätigungselement 15 in
den anderen Schlitz 13 eingesetzt ist.
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Zur
Förderung
der Drehung des Nockens sind auf dem äußeren Profil des Nockens 16 zwei
gegenüberliegende
Anlagen 32 und 33 vorgesehen, die getrennt sind
mit einem zentralen Abschnitt 34. Entsprechend weist das
Betätigungselement 15,
an den freien Enden der zwei Arme 35 und 36, jeweils
gegenseitig entgegengesetzte Nasen 37 und 38 auf,
die getrennt sind durch einen Spalt, der etwas größer ist als
die Dicke des Abschnitts 34. Die Nasen können die
Anlagen 32 und 33 des Nockens 16 erfassen.
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Verriegelungs-Vorrichtungen
sind vorgesehen, um die Drehung des Nockens 16 zu verhindern, es
sei denn das schlüsselartige
Betätigungselement 15 wird
für diesen
Zweck verwendet.
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Insbesondere
sind die Verriegelungs-Vorrichtungen gebildet mit mindestens einem,
vorzugsweise zwei Gleitvorrichtungen oder Blöcken 39, die an den
Seiten des Nockens 16 angeordnet sind und entlang Führungsvorrichtungen
gleiten können,
die senkrecht sind zu der Drehachse des Nockens. Jede Gleitvorrichtung
ist gebildet aus einem einzelnen monolithischen Element, das beträchtlich
widerstandsfähig
und verschleißfest
ist.
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Gemäß der Erfindung
ist die Richtung des Gleitens von jeder der Gleitvorrichtungen 39 nach Einsetzen
des schlüsselartigen
Betätigungselements 15 geneigt
mit Bezug auf die Richtungen des Einsetzens des Betätigungselements 15 in
beide Schlitze 12 und 13.
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Insbesondere
die Neigungswinkel μ von
jeder Gleitvorrichtung relativ zu den Einsetzrichtungen α und β des schlüsselartigen
Betätigungselements sind
im wesentlichen identisch und ungefähr gleich 45°.
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Zu
diesem Zweck sind Vorrichtungen zum Führen der Gleitvorrichtungen 39 ausgebildet
auf den gegenüberliegenden
Seitenwänden
des Nockens 16. Die Vorrichtungen zum Führen werden gebildet von zwei
seitlichen Graten 40 und 41, die die longitudinalen
Seiten von jeder Gleitvorrichtung 39 führen und von der zentralen
Nabe 17 des Nockens 16 selbst, der eine zentrale
longitudinale Öffnung 42 führt, die
fast über
die gesamte Länge
von jeder Gleitvorrichtung 39 vorgesehen ist.
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Das
Ende 43 von jeder Gleitvorrichtung 39, das nahe
ist zu den Schlitzen 12 und 13 ist rund, um Reibung
zu reduzieren gegenüber
dem schlüsselartigen
Betätigungselement 15,
wobei das gegenüberliegende
Ende einen Stoppvorsprung 44 aufweist, der seitlich nach
außen
gerichtet ist.
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Jeder
Stoppvorsprung 44 ist eingesetzt in und geführt von
einer entsprechenden Nut 45, die auf der inneren Seite
der seitlichen Halterung 21 und 22 der verbindenden
Platte 23 ausgebildet ist, während der Drehung von jeder
Gleitvorrichtung 39 zusammen mit dem Nocken 16.
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Insbesondere
weist jede Nut 45 einen Hauptabschnitt 46 auf,
der wie ein kreisförmiger
Abschnitt geformt ist und konzentrisch ist mit Bezug auf die Öffnungen 19 und 20 der
Drehachse des Nockens 16 und einen Öffnungswinkel von ungefähr 90° aufweist. Ein
kurzer zentraler Abschnitt 47 ragt aus dem Hauptabschnitt
heraus, ist radial zu dem Zentrum gerichtet und ist leicht aufgeweitet
zu einer V-förmigen Form,
um die erneute Positionierung des Stoppvorsprungs 44 in
der in 5 dargestellten Ausgangsstellung zu erleichtern.
Um den Stoppvorsprung 44 von jeder Gleitvorrichtung 39 normalerweise
in dem Nutabschnitt 47 zu halten, sind elastische Vorrichtungen
vorgesehen, die aus einer Druckfeder 48 gebildet sind,
die eingesetzt ist in die longitudinale Vertiefung 42,
gehalten ist von einem Vorsprung 49 und auf die Nabe 17 wirkt.
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Im
Betrieb kann das schlüsselartige
Betätigungselement 15 in
einen der Schlitze 12 und 13 des Kopfes 3 eingesetzt
werden, wie in 5 dargestellt. Seine wechselseitig
gegenüberliegenden
Ansätze 37 und 38 greifen
in die Anlagen 32 und 33 ein, drücken die
Gleitvorrichtungen 39 in die Richtung der Führungen 40 und 41 auf
dem Nocken 16 in dem Maß des Hubs, der ausreicht um
den Stoppvorsprung 44 freizugeben aus dem Nutabschnitt 47.
Bis zu diesem Punkt kann der Nocken 16 nicht drehen und
schaltet daher nicht den elektrischen Schalter. Es ist festzuhalten,
daß das
wechselseitige Gleiten von jeder Gleitvorrichtung 39 relativ
zu dem Nocken 16 nur begrenzt ist auf das radiale Maß des Nutabschnitts 47, so
daß Reibung,
Verschleiß und
Blockierung, die typisch sind für
die Verriegelungs-Vorrichtungen des Standes der Technik, minimiert
werden.
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Wenn
das Betätigungselement 15 in
den Schlitz 12 eingesetzt ist, wie in 6 dargestellt,
erfassen die Ansätze 37 und 38 im
zweiten Teil des Einsetzhubs des Betätigungselements 15 die
Anlagen 32 und 33 und bewirken die Drehung des
Nockens 16 gegen den Uhrzeigersinn und bewirken die elektrische
Schaltung des Schalters.
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Wenn
das Betätigungselement 15 in
den Schlitz 13 eingesetzt ist, wie in 7 dargestellt,
bewirken die Ansätze 37 und 38 im
zweiten Teil des Hubs des Betätigungselements 15 die
Drehung des Nockens 16 im Uhrzeigersinn und bewirken so
auch die elektrische Schaltung des Schalters.