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Technisches
Gebiet
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Die
Erfindung betrifft gewerbliche Sicherheit und betrifft insbesondere
eine Schlüsselsicherheitsschaltereinheit,
die insbesondere angepasst ist an die Verwendung in sehr schmutziger
und verschmutzender Umgebung.
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Stand der
Technik
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Die
Schalter der beschriebenen Art werden normalerweise verwendet um
Toilettentüren
oder Schutzschranken für
Maschinen und gewerbliche Anlagen mit gefährlich beweglichen Teilen zu
sperren, wie Sägen,
Rotoren, Werkzeuge oder Schneiden, bei denen die Zugriffzeit in
den von diesen Teilen betroffenen Bereich kürzer ist als die Zeit zum Anhalten
der Maschine oder der Anlage.
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Solche
Schalter sind im wesentlichen hergestellt aus zwei gesonderten Teilen,
nämlich
einem kistenförmigen
Gehäuse,
das eine Reihe von elektrischen Kontakten aufweist, die verbunden
sind mit der Leistungszufuhr der Maschine, zum Beispiel mit einer
Steuerspule oder Relais, und einem schlüsselartigen Element, das einführbar ist
in einen oder mehrere Schlitze des Gehäuses, um die oben genannten elektrischen
Kontakte umzuschalten. Vorzugsweise ist das kastenförmige Gehäuse befestigt
an dem Rahmen der Maschine oder Anlage und das schlüsselartige
Element ist an der Tür
oder beweglichen Schranke in einer Stellung gegenüber einem
Schlitz des kistenförmigen
Gehäuses
befestigt.
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Aus
Sicherheitsgründen
sind in dem Gehäuse
Sperrelemente vorgesehen, die auf das schlüsselartige Element wirken,
um es in seiner eingeführten Stellung
in dem Gehäuse
zu sperren bis die gefährlich
beweglichen Teile vollständig
gestoppt sind. Zum Bedienen der Sperrelemente ist ein besonderer
Sensor vorgesehen, der das Anhalten der gefährlichen Teile erfasst oder
ein Zeitschalter, der ein Signal abgibt nach einer Zeit, die länger ist
als die zum Stoppen der Teile erforderliche Zeit.
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Wenn
ein Nutzer die Tür
oder Sperre öffnen möchte, muss
er erst einen Knopf drücken,
der an dem elektrischen Steuerpult der Maschine angeordnet ist,
so dass das gefährliche
Teil der Maschine zunehmend zu bremsen beginnt. Wenn der Sensor
den Zustand „gefährliches
Teil gestoppt" erfasst,
wird er automatisch ein elektrisches Signal abgeben an das Sperrelement,
so dass der Schlüssel
entriegelt wird und das Öffnen
der Tür
oder Sperre zugelassen wird.
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Beispiele
von Schlüsselsicherheitsschaltern der
oben genannten Art sind enthalten in dem US Patent Nr. 4,904, 829,
Nr. 5,584,378, Nr. 5777284, in den Europäischen Anmeldungen Nr. 0 553
885, Nr. 0 817 227, Nr. 0 814 490 in den internationalen Anmeldungen
WO Nr. 95/06323, 95/18457, 96/33504 und in den deutschen Anmeldungen
Nr. 3309372 und 3710079.
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Ein
Nachteil dieser bekannten Schalter tritt in Zusammenhang mit dem
Betriebsumfeld auf. Tatsächlich
sind sie, wenn sie verwendet werden an Maschinen oder Einrichtungen,
die in besonders schmutzigen und verschmutzenden Umgebungen betrieben
werden, wie zum Beispiel Zementproduktionsanlagen, Baumaschinen,
Zementmischern, Ziegelproduktionsanlagen, Bearbeitungseinrichtungen für Steinmaterial,
leicht anfällig
für Beschädigungen und
Betriebsstörungen.
Tatsächlich
kann das in der Umgebung verteilte Pulvermaterial sich auf den Betätigungselementen
oder in dem kastenförmigen
Gehäuse
ablagern und so auf diesen Schichten von zusammenhängendem
Material großer
Konsistenz erzeugen. Nach und nach kann die Dicke solcher Schichten
zunehmen und sogar einige Millimeter erreichen und kann es mit sich
bringen, dass der feine Erfassungsmechanismus der Schlüssel betroffen
ist, so dass diese in kurzer Zeit fest sitzen und außer Betrieb
gesetzt sind.
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Zur
Lösung
dieses Problems wurde eine Erkennungsvorrichtung magnetischer Art
vorgesehen, die beschrieben ist in dem US Patent Nr. 5254879, die
im wesentlichen gefertigt ist aus zwei Komponenten, die jeweils
von Gehäusen
geschützt
sind; auf einer Seite ein einfacher Permanentmagnet mit den Funktionen
eines magnetischen Feldgenerators, auf der anderen ein elektrischer
Schalter, der in einer Röhre
(Reed) eingeschlossen ist, der schließt, wenn er von dem Feld beaufschlagt
ist, das von dem permanenten Magneten erzeugt wird. Zudem wurde, zum
Vermeiden von sich veränderndem
Betrieb des Schalters durch Annähern
eines Zweiten, dem Ersten ähnlichen
Magneten, ein personalisiertes Decodingsystem analoger (Radiowellen,
Radar, etc.) oder digitaler Art (EPROM) der magnetischen Erkennungsvorrichtung
zugeordnet.
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In
einem Versuch die herkömmlichen Schlüsselsicherheitsschalter
mit mechanischer Erkennung in sehr schmutzigen und verschmutzenden Umgebungen
zu verwenden, offenbart das deutsche Patent Nr. 4209086 eine Lippendichtung
aus Gummi oder ähnlichem
Material, die an der Kante des Eingabe schlitzes des betätigenden
schlüsselartigen
Elements angebracht ist, um so Staub- und Schmutzeintrag zu begrenzen.
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Aus
dem britischen Patent Nr. 2052158 ist ein Schlüsselsicherheitsschalter bekannt
mit einem permanenten Magneten und einem kegelförmigen Endabschnitt. Der permanente
Magnet hat die Funktion ein Blattglied aus isolierendem Material,
das zwischen zwei in dem Gehäuse
enthaltenen elektrischen Kontakten angeordnet ist, zu bewegen, die
anschließend
von dem kegelförmigen
Ende des Betätigungselements
geschlossen werden.
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Aus
der europäischen
Patentanmeldung Nr. 0 837 485 ist ein Schlüsselsicherheitsschalter bekannt
mit allen Merkmalen, die zum Stand der Technik gehören und
im Oberbegriff von Anspruch 1 angegeben sind und weiter eine Erkennungs-
oder Decodiervorrichtung des schlüsselartigen Elements aufweist,
die sowohl elektronisch als auch mechanisch ist, ähnlich dem
einiger Antidiebstahlsysteme für Kraftfahrzeuge.
In einer bevorzugten Ausgestaltung ist die elektronische Erkennungsvorrichtung
im wesentlichen gebildet aus einer Reihe von Hall-Effekt Sensoren,
die auf einer Wand des Einführschlitzes angeordnet
sind und gegenüber
einer Reihe von entsprechenden permanenten Magneten, die auf dem schlüsselartigen
Element befestigt sind. Die von den Hall-Effekt Sensoren erfasste
Spannung mit vorbestimmten und charakteristischen Werten für jeden Schlüssel.
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Dieser
Schalter hat den Nachteil sehr komplex und vergleichsweise teuer
zu sein auf grund des Vorhandenseins eines Schlüsselerkennungssystems, das
sowohl mechanisch als auch elektronisch ist. Zudem bildet das mechanische Erkennungssystem
einen Nachteil, da es den Risiken der Schichtung von Schmutz und
Staub ausgesetzt ist und anschließendem Klemmen und/oder Versagen.
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Weiter
ist es bekannt, zum Beispiel aus der US-A 5239202, dass Reed-Röhren verwendet
werden können
als magnetisch gesteuerte Schalter.
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US-A
5541562 beschreibt einen Schlüsselsicherheitsschalter
mit allen Merkmalen, die im Oberbegriff von Anspruch 1 angegeben
sind. Zudem weist dieser Schalter ein Gehäuse auf mit nur zwei Schlitzen,
die daran an zwei gegenüber
liegenden Seiten angeordnet sind. Das Gehäuse ist mit drei digitalen Näherungssensoren
versehen, die alle zwischen einer Seite des Gehäuses und einem Verriegelungselement
angeordnet sind. Das Betätigungselement weist
zwei Öffnungen
auf, die an zwei sich gegenüber
liegenden Endabschnitten angeordnet sind zur Aufnahme des Verriegelungselements.
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Ein
Hauptnachteil dieses bekannten Schalters liegt darin, dass er nur
zwei Schlitze hat und so die Möglichkeiten
zum Einbau an Anlagen begrenzt, die Einführen des Betätigungselements über alle
vier Seiten des Gehäuses
erfordern. Zudem muss das Betätigungselement
zwei Öffnungen
haben, um das Einführen
des Betätigungselements
durch beide Schlitze zu ermöglichen,
so dass die Gesamtlänge des
Betätigungselements
erhöht
wird.
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Darstellung
der Erfindung
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Eine
erste Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, die oben genannten
Nachteile zu beseitigen und einen Schlüsselsicherheitsschalter zu schaffen,
der insbesondere angepasst ist an die Verwendung in schmutzigen
und verschmutzenden Umgebungen und ununterbrochenen Betrieb gewährleistet
für eine
zumindest verlängerte
Zeitdauer.
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Eine
besondere Aufgabe ist es, eine Schlüsselsicherheitsschaltereinheit
zu schaffen, die leicht gereinigt werden kann um so ihre Betriebsbereitschaft
und Wirksamkeit zu gewährleisten
mittels regelmäßiger Wartung.
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Eine
weitere Aufgabe ist es, eine Schlüsselsicherheitsschaltereinheit
mit großer
struktureller Einfachheit zu schaffen, die verlässlich und in sich sicher ist.
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Eine
weitere besondere Aufgabe ist es, eine äußerst vielseitig verwendbare,
flexible und kostengünstige
Schaltereinheit zu schaffen.
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Entsprechend
einem bevorzugten Aspekt der Erfindung wird eine Schlüsselsicherheitsschaltereinheit
gemäß Anspruch
1 geschaffen.
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Dank
der besonderen Ausgestaltung kann das betätigende Schlüsselelement
frei eingeführt werden
von unterschiedlichen Richtungen in entsprechende Schlitze auch
in schmutzigen und verschmutzenden Umgebungen, wobei Klemmen und
technisches Versagen vermieden wird.
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Kurze Beschreibung
der Figuren
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Weitere
Eigenschaften und Vorteile der Erfindung werden aus der genauen
Beschreibung eines bevorzugten aber nicht ausschließlichen
Ausführungsbeispiels
der Schlüsselsicherheitsschaltereinheit
gemäß der Erfindung
klar, das anhand eines nicht beschränkenden Beispiels in den beigefügten Zeichnungen
dargestellt ist, von denen:
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die 1:
eine allgemeine teilweise zerlegte perspektivische Ansicht einer
Schlüsselsicherheitsschaltereinheit
gemäß der Erfindung
ist,
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die 2:
eine Frontansicht eines Teilabschnitts entlang der axialen Ebene
II-II der Einheit von 1 in einer ersten Betriebsstellung
ist,
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die 3:
eine Seitenansicht eines Teilabschnitts der Einheit von 2 entlang
der axialen Ebene III-III ist,
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die 4:
eine Seitenansicht der Einheit von 3 in einer
ersten Betriebsstellung ist,
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die 5:
eine seitliche Ansicht der Einheit von 4 in einer
zweiten Betriebsstellung ist.
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Genaue Beschreibung eines
bevorzugten Ausführungsbeispiels
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Mit
Bezug auf die genannten Figuren umfasst eine Schlüsselsicherheitsschaltereinheit
gemäß der Erfindung,
die insgesamt mit dem Bezugszeichen 1 bezeichnet ist, ein
kastenförmiges
Gehäuse 2 von im
wesentlichen paralleler Röhrenform
mit Hauptachse X und einem schlüsselartigen
Element 3.
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Das
Gehäuse 2 ist
vorzugsweise an dem Rahmen der Maschine oder Anlage mit gefährlich beweglichen
Teile befestigt und nicht gezeigt in den Figuren mittels Schrauben 4.
Das Gehäuse 2 hat
an einer seitlichen Wand und in der Nachbarschaft eines axialen
Endabschnitts mindestens einen durchgängigen Schlitz 5 für das Einführen des
Schlüsselsicherheitsschalters 3.
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In
der dargestellten Form ist an allen vier Seiten des Gehäuses 2 ein
Schlitz 5 vorgesehen um das Einführen des Schlüsselsicherheitsschalters 3 von allen
Seiten zu ermöglichen.
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Das
Element 3 kann so befestigt werden an dem beweglichen Teil
des Schutzes oder der Sperre der Maschine oder Anlage, die auch
nicht gezeigt ist in den Figuren, in einer Lage gegenüber einem
der Schlitze 5 des Gehäuses 2.
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Das
Gehäuse 2 weist
im Inneren einen elektrischen Sicherheitsschaltkreis auf, der insgesamt
mit dem Bezugszeichen 6 bezeichnet ist, mit Endanschlüssen 7, 8,
die verbunden sind mit einem allgemeinen Relais der Maschine oder
Anlage um deren Start oder Stop zu steuern auf Einführen oder
Abziehen des Betätigungselements 3 in
den Schlitz 5.
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Ein
Verschlussteil oder elektromagnetischer Bolzen 9 ist auch
in dem Gehäuse 2 angeordnet,
der eine im wesentlichen zylindrische Armatur 10 umfasst,
die umschlossen ist von einer elektromagnetischen Spule 11,
die sich aus dem Kopf der Spule 11 erstreckt und in eine Öffnung 12 eingesetzt
werden kann, die in dem geraden Abschnitt 12' des Betätigungselements 3 angeordnet
ist, wenn das letztere in den Schlitz 5 eingesetzt ist,
so dass es fest verriegelt ist und dessen Abziehen verhindert, solange
sich das gefährliche
Teil der Maschine bewegt.
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Vorzugsweise
weist die Armatur 10 einen Vorsprung 10' auf, der sich
von dem untern Abschnitt des Gewindes 11 erhebt, dessen
Funktion hierin später
erklärt
wird.
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Schließlich ist
in dem Gehäuse 2 eine
Erfassungsvorrichtung 13 angeordnet zum Erfassen der Stellung
des Betätigungselements 3 um
die Betätigung
des elektrischen Bolzens 9 zu ermöglichen.
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Gemäß der Erfindung
ist die Erfassungsvorrichtung 13 ausschließlich elektronisch,
die aus Abstand wirkt, und das schlüsselartige Element 3 ist
geformt, um frei in den Schlitz 5 mit einer vorbestimmten
Toleranz s zu gehen.
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Das
Betätigungselement 3 weist
einen geraden Endabschnitt 12 mit konstantem Querschnitt
auf von ähnlicher
Form und kleineren Abmessungen als die von Schlitz 5 und
im wesentlichen glatten seitlichen Oberflächen. So wird auf Einführen des
Abschnitts 12' von
Element 3 die Toleranz s in
im wesentlichen gleichmäßiger Form
entlang des gesamten Umfangs C des Querschnitts von Abschnitt 12' des Elements 3 und
es wird kein mechanisches Zusammenwirken zwischen den zwei Elementen
der Schaltereinheit geben. Die Toleranz s,
die gleich einigen Millimetern ist, wird einen optimalen Betrieb
auch in sehr schmutzigen und verschmutzenden Umgebungen ermöglichen,
da die Ablagerungen auf dem Betätigungselement 3 kein
Klemmen verursachen wird für
eine ausreichend lange Zeit, um eine planmäßige Wartung und ein gründliches
Reinigen der beweglichen Teile durchzuführen.
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Insbesondere
ist die Erfassungsvorrichtung 13 ein magnetischer Näherungsschalter.
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Insbesondere
ist der magnetische Näherungsschalter
aus einer Röhre 13 gefertigt,
die im allgemeinen Reed genannt wird, die elektrische Kontakte enthält, die
in der Nähe von
magnetischen Feldern geschlossen sind. Die Röhre 13 ist geeignet
um mit einem permanenten Magneten 14 zusammen zu wirken,
der an dem schlüsselartigen
Element 3 befestigt ist an einem Endabschnitt des Letzteren,
um nahe der Röhre 13 beim
Einfuhrschlitz 5 zu sein.
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Genauer
ist eine magnetische Röhre 13 nahe
bei jedem Schlitz 5 des Körpers 2 angeordnet und
alle Röhren
sind parallel geschaltet zu dem elektrischen Sicherheitsschaltkreis 6,
insbesondere zu dem ersten Abschnitt 15, der ein erstes
Paar elektrischer Kontakte 16, 17 umfasst, die
auf einem zweiten integrierten Schaltkreis 15' befestigt sind,
der senkrecht ist zu dem Ersten. Mittels eines speziellen integrierten
Operators, der auch in dem Schaltkreis 15' enthalten ist, können die
zwei Kontakte 16, 17 geschlossen werden als Reaktion
auf ein Signal, das von einer der Röhren 13 der Erfassungsvorrichtung erzeugt
wird auf das Einführen
des Betätigungselements 3 in
den entsprechenden Schlitz 5.
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Der
Sicherheitsschaltkreis 6 beinhaltet zusätzlich ein zweites Paar elektrischer
Kontakte 18, 19, die verbunden sind mit dem ersten
Paar elektrischer Kontakte 16, 17 über eine
Brücke 18' und in einem
aus isolierendem Material hergestellten Deckel 20 angeordnet
sind. Aus dem Deckel 20 steht ein Knopf 21 heraus
zum Umschalten der Stellung der Kontakte 18, 19.
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Wie
aus der 3 ersehen werden kann, ist die
Armatur 10, wenn die elektromagnetische Spule 11 nicht
erregt ist, blockiert in der Öffnung 12 des
Betätigungselements 3,
der Vorsprung 10' ist
beabstandet von dem Knopf 21 des Deckels und die Kontakte 18, 19 sind
normalerweise geschlossen.
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Wenn
im gegenteiligen Fall der Elektromagnet erregt ist, wie in der 4 gezeigt,
ist die Armatur 10 gelöst
von der Öffnung 12 und
der Vorsprung 10' drückt den
Knopf 21 und veranlasst die Öffnung der Kontakte 18, 19.
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Bei
Nutzung, wenn die Maschine oder Anlage in Betrieb ist und die Sperre
oder Tür
geschlossen ist, wird das Betätigungselement 3 vollständig in
den Schlitz 5 eingeführt
und bleibt im Inneren von dem Bolzen 9 verriegelt. Auf
der elektrischen Seite bleiben alle Kontakte 16, 17, 18, 19 geschlossen
und das Betätigungsrelais
der Maschine oder Anlage ist erregt, wie in 3 gezeigt
ist.
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Wenn
der Betreiber die Maschine oder Anlage stoppt und alle gefährlichen
Teile stehen still, wird ein Sensor ein elektrisches Signal an die
Spule 11 des Bolzens 9 senden, was die Kontakte 18, 19 öffnen wird
und das betätigende
schlüsselartige
Element 3 von seinem Eingriff in die Armatur 10 befreien wird.
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Der
Betreiber kann so von Hand die Tür
oder Sperre öffnen,
indem das betätigende
Element 3 abgezogen wird. Wenn das Letztere einen Abstand
von einigen Millimetern von dem Schlitz hat, wird das von dem permanenten
Magneten 14 erzeugte magnetische Feld seinen Einfluss auf
die Röhre 13 verringern,
folglich seine elektrischen Kontakte öffnen und dann auch die Kontakte 16, 17 des
Abschnitts 15 des Sicherheitsschaltkreises öffnen.
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Aus
der vorhergehenden Beschreibung wird klar, dass die Schlüsselsicherheitsschaltereinheit
gemäß der Erfindung
die oben genannten Ziele vollständig
erreicht und insbe sondere deren strukturelle Einfachheit, Zuverlässigkeit,
Flexibilität
und begrenzte Kosten sind hervorgehoben.
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Die
Schlüsselsicherheitsschaltereinheit
gemäß der Erfindung
unterliegt zahlreichen Änderungen
und Variationen, die alle im Schutzbereich der beigefügten Ansprüche sind.
Alle diese Einzelheiten können
zudem ersetzt werden mit anderen Äquivalenten ohne aus dem Schutzbereich
der Erfindung zu gelangen.