EP0837485A2 - Sicherheitsvorrichtung für Positionsschalter - Google Patents

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EP0837485A2
EP0837485A2 EP97116825A EP97116825A EP0837485A2 EP 0837485 A2 EP0837485 A2 EP 0837485A2 EP 97116825 A EP97116825 A EP 97116825A EP 97116825 A EP97116825 A EP 97116825A EP 0837485 A2 EP0837485 A2 EP 0837485A2
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EP
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elements
safety device
release
sensor
magnetic
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Alfred Bonn
Ulrich Trapp
Jürgen Volberg
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Eaton Industries GmbH
Original Assignee
Kloeckner Moeller GmbH
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Publication date
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    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01H—ELECTRIC SWITCHES; RELAYS; SELECTORS; EMERGENCY PROTECTIVE DEVICES
    • H01H27/00—Switches operated by a removable member, e.g. key, plug or plate; Switches operated by setting members according to a single predetermined combination out of several possible settings
    • H01H27/002—Switches operated by a removable member, e.g. key, plug or plate; Switches operated by setting members according to a single predetermined combination out of several possible settings wherein one single insertion movement of a key comprises an unlocking stroke and a switch actuating stroke, e.g. security switch for safety guards
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01H—ELECTRIC SWITCHES; RELAYS; SELECTORS; EMERGENCY PROTECTIVE DEVICES
    • H01H36/00—Switches actuated by change of magnetic field or of electric field, e.g. by change of relative position of magnet and switch, by shielding
    • H01H36/0006—Permanent magnet actuating reed switches
    • H01H36/0046—Limit switches, also fail-safe operation or anti-tamper considerations

Definitions

  • the present invention relates to a safety device for position switches or the like according to the preamble of claim 1.
  • DE 43 03 367 C1 describes a safety switch consisting of a release mechanism and an actuator unlocking this mechanism.
  • the release mechanism essentially consists of a roller mounted in a housing, which in turn consists of individual disks rotatably mounted on a shaft with radially open, cam-like recesses.
  • the actuating member is essentially key-like and has individual actuating sections in adaptation to the recesses of the release mechanism, so that by inserting the actuating member into the release mechanism it can be unlocked accordingly and an electrical switching operation is thus triggered via the roller.
  • Other mechanically coded safety switches are also known. Such a solution is also disclosed in DE 42 38 016 C2.
  • a key-like actuating element is inserted into a housing opening of the release device, as a result of which a slide within the release device can be moved in the insertion direction after unlocking by the coded actuating element and, in the inserted position of the actuating element, a switching plunger of the switching device locks the actuating element against the insertion direction and also an electrical switching process is triggered.
  • the present invention has for its object to provide a safety device for position switches or the like, which on the one hand ensures a significantly higher degree of coding and on the other hand almost precludes counterfeiting of the coded actuating elements and thus significantly increases the security against such devices.
  • the object is achieved in that the actuating element and the release element are additionally electromagnetically coded in such a way that the release element has at least one sensor element which detects magnetic field changes and the actuating element has at least one magnetic element which generates a magnetic field, so that after mechanical and electromagnetic decoding has taken place an electrical switching process is released.
  • the release element has several sensor elements and the actuating element has several magnetic elements.
  • the sensor elements which are preferably in the form of Hall sensors, and the magnetic elements, in particular in the form of permanent magnets, are arranged, for example, in a two-row or multi-row matrix in such a way that in the operationally combined state of the release and actuating element, the sensor and magnet elements of which lie almost congruently one above the other. With a corresponding matrix arrangement of sensor and magnetic elements, an additional decoding signal then takes place, so that an electrical switching process is released after mechanical and electromagnetic decoding has taken place. Further advantages of the invention are contained in the subclaims and the following description of the figures.
  • the only drawing figure shows a possible embodiment of the Safety device according to the invention in partial section in a Perspective view, the device being arranged on a position switch is.
  • the safety device essentially consists of a key-like actuating element 2 and a release element 4 which serves to accommodate the actuating element 2.
  • the actuating element 2 and the release element 4 are electromagnetically coded in addition to a mechanical coding such that the release element 4 has at least one magnetic field change has sensing element 6 and the actuating element 2 has at least one magnetic element 8 which generates a magnetic field.
  • an electrical switching operation of a position switch 10 or the like connected to the safety device is only released after the safety device has been activated twice - after mechanical and electromagnetic decoding.
  • the release element 4 also has six sensor elements 6 arranged in the same way.
  • the sensor elements 6 and the magnetic elements 8 are arranged in such a way that in the operationally merged state of the release and actuating element 4, 2 they lie essentially congruently one above the other.
  • the sensor elements 6 are designed as Hall sensors and the magnetic elements 8 as permanent magnets.
  • electromagnetic decoding is additionally carried out by the sensor elements 6 of the release element 4 querying or detecting the arrangement of the magnetic elements 8 located on the actuating element 2 and comparing them with an existing reference image or pattern. If the reference image of the release element 4 and the magnetic element arrangement on the actuating element 2 match, the electromagnetic decoding takes place, so that an electrical switching operation of the position switch is released after successful mechanical and electromagnetic decryption.
  • each of the sensor elements 6 is connected in particular to a comparator (not shown). A reference voltage is applied to one of the two comparator inputs of each comparator in such a way that the reference image is produced.
  • each comparator is then connected to the signal output of a sensor element 6.
  • the change in individual magnetic fields in the area of the sensor elements 6 is achieved and a type of voltage or signal matrix is generated. If this signal matrix matches the existing reference image, an enable signal is generated.
  • the sensor elements 6 are further connected to a computing and storage unit (not shown) in such a way that, by the first operational merging of the actuating and releasing elements 2, 4, the arrangement of the magnetic elements 8 of the actuating element 2 corresponding reference pattern is stored and all future decoding processes take place on the basis of this created reference pattern.
  • the present invention is not limited to the exemplary embodiment described, but also encompasses all embodiments having the same effect within the meaning of the invention.

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Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Sicherheitsvorrichtung für Positionsschalter (10) oder dergleichen, bestehend aus einem Betätigungselement (2) und einem Freigabeelement (4). Dabei sind das Betätigungselement (2) und das Freigabeelement (4) mechanisch kodiert. Im Sinne der Erfindung sind Freigabe- und Betätigungselement zusätzlich noch elektromagnetisch kodiert. <IMAGE>

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Sicherheitsvorrichtung für Positionsschalter oder dergleichen nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Es sind bereits derartige Vorrichtungen bekannt. Die DE 43 03 367 C1 beschreibt einen Sicherheitsschalter bestehend aus einem Freigabemechanismus und einem diesen Mechanismus entriegelnden Betätigungsorgan. Dabei besteht der Freigabemechanismus im wesentlichen aus einer in einem Gehäuse gelagerten Walze, die ihrerseits wiederum aus einzelnen, drehbar auf einer Welle gelagerten Scheiben mit radial offenen, steuerkurvenartigen Ausnehmungen besteht. Das Betätigungsorgan ist im wesentlichen schlüsselartig ausgebildet und weist in Anpassung an die Ausnehmungen des Freigabemechanismus einzelne Betätigungsabschnitte auf, so daß durch Einführen des Betätigungsorgans in den Freigabemechanismus dieser entsprechend entsperrbar ist und somit über die Walze ein elektrischer Schaltvorgang ausgelöst wird.
Es sind noch weitere mechanisch-kodierte Sicherheitsschalter bekannt. Auch in der DE 42 38 016 C2 wird eine derartige Lösung offenbart. Hierbei wird ein schlüsselartiges Betätigungselement in eine Gehäuseöffnung der Freigabeeinrichtung eingeführt, wodurch dann ein Schlitten innerhalb der Freigabeeinrichtung nach Entriegelung durch das kodierte Betätigungselement in Einführrichtung bewegbar ist und in eingeführter Position des Betätigungselements ein Schaltstößel des Schaltgeräts das Betätigungselement entgegen der Einführrichtung verriegelt und ebenfalls ein elektrischer Schaltvorgang ausgelöst wird.
Diese bekannten Lösungen haben alle gemein, daß die erzielte Sicherheit gegen unbefugtes Schalten lediglich durch mehr oder minder einfache mechanische Kodierung der Betätigungsorgane und der zugehörigen Freigabeeinrichtungen erreicht wird. Die somit erzielte Sicherheit ist jedoch in vielen Fällen unzureichend, da derartige mechanisch kodierte Betätigungsorgane im Fachhandel erhältlich oder auch einfach nachzufertigen sind. In der Praxis hat sich gezeigt, daß derartige, durch mechanische Kodierung realisierte Sicherheitseinrichtungen relativ einfach zu überlisten sind. Genau das birgt jedoch ein hohes Gefahrenpotential, da Sicherheitsvorrichtungen, wie Schutztüren, Abschirmgitter und -hauben, die mit Hilfe derartiger Sicherheitsschalter abgesichert worden sind, umgangen werden können. Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Sicherheitsvorrichtung für Positionsschalter oder dergleichen zu schaffen, die einerseits einen deutlich höheren Kodierungsgrad gewährleistet und andererseits ein Fälschen der kodierten Betätigungselemente nahezu ausschließt und somit die Überlistungssicherheit derartiger Vorrichtungen deutlich erhöht.
Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß das Betätigungselement und das Freigabeelement zusätzlich elektromagnetisch kodiert sind derart, daß das Freigabeelement mindestens ein, magnetische Feldänderungen erfassendes Fühlerelement aufweist und das Betätigungselement mindestens ein, ein Magnetfeld erzeugendes Magnetelement aufweist, so daß nach erfolgter mechanischer und elektromagnetischer Dekodierung ein elektrischer Schaltvorgang freigegeben wird. Erfindungsgemäß weist das Freigabeelement mehrere Fühlerelemente und das Betätigungselement mehrere Magnetelemente auf. Dabei sind die, vorzugsweise als Hallsensoren ausgebildeten Fühlerelemente und die insbesondere in Form von Dauermagneten ausgebildeten Magnetelemente beispielsweise in einer zwei- oder mehrreihigen Matrix derart angeordnet, daß im betriebsmäßig zusammengeführten Zustand von Freigabe- und Betätigungselement, deren Fühler- und Magnetelemente nahezu deckungsgleich übereinander liegen. Bei entsprechender Matrixanordnung von Fühler- und Magnetelementen erfolgt dann ein zusätzliches Dekodierungssignal, so daß nach erfolgter mechanischer und elektromagnetischer Dekodierung ein elektrischer Schaltvorgang freigegeben wird.
Weitere Vorteile der Erfindung sind in den Unteransprüchen und der nachfolgenden Figurenbeschreibung enthalten.
Die einzige Zeichnungsfigur zeigt eine mögliche Ausführungsform der erfindungsgemäßen Sicherheitsvorrichtung im Teilschnitt in einer Perspektivdarstellung, wobei die Vorrichtung an einem Positionsschalter angeordnet ist.
In der Zeichnung ist die erfindungsgemäße Sicherheitsvorrichtung in einem Teilschnitt in einer Perspektivansicht dargestellt. Die Sicherheitsvorrichtung besteht im wesentlichen aus einem insbesondere schlüsselartigen Betätigungselement 2 und einem, der Aufnahme des Betätigungselements 2 dienenden Freigabeelement 4. Erfindungsgemäß sind das Betätigungselement 2 und das Freigabeelement 4 zusätzlich zu einer mechanischen Kodierung elektromagnetisch kodiert derart, daß das Freigabeelement 4 mindestens ein, magnetische Feldänderungen erfassendes Fühlerelement 6 aufweist und das Betätigungselement 2 mindestens ein, ein Magnetfeld erzeugendes Magnetelement 8 aufweist. So wird erfindungsgemäß erst nach doppelter Freischaltung der Sicherheitsvorrichtung - nach erfolgter mechanischer und elektromagnetischer Dekodierung - ein elektrischer Schaltvorgang eines mit der Sicherheitsvorrichtung verbundenen Positionsschalters 10 oder dergleichen freigegeben. In der dargestellten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Sicherheitsvorrichtung sind auf dem Betätigungselement 2, beispielsweise sechs Magnetelemente 8 in zweireihiger Matrixanordnung angeordnet. Analog zu dieser Anordnung weist das Freigabeelement 4 ebenfalls sechs, in gleicher Weise angeordnete Fühlerelemente 6 auf. Dabei sind die Fühlerelemente 6 und die Magnetelemente 8 derart angeordnet, daß sie im betriebsmäßig zusammengeführten Zustand von Freigabe- und Betätigungselement 4, 2 im wesentlichen deckungsgleich übereinanderliegen. In einer bevorzugten Ausfürungsform sind die Fühlerelemente 6 als Hallsensoren und die Magnetelemente 8 als Dauermagnete ausgebildet.
Zur Funktionsweise der erfindungsgemäßen Sicherheitsvorrichtung:
Durch das betriebsmäßige Zusammenführen von Freigabeelement 4 und zugehörigem Betätigungselement 2 erfolgt einerseits - aufgrund der äußeren Form des Betätigungselements 2 - eine mechanische Dekodierung. Andererseits erfolgt zusätzlich eine elektromagnetische Dekodierung, indem die Fühlerelemente 6 des Freigabeelements 4 die Anordnung der auf dem Betätigungselement 2 befindlichen Magnetelemente 8 abfragen, beziehungsweise erfassen und mit einem vorhandenen Referenzabbild beziehungsweise -muster vergleichen. Bei Übereinstimmung von Referenzabbild des Freigabeelements 4 und Magnetelementeanordnung auf dem Betätigungselement 2, erfolgt die elektromagnetische Dekodierung, so daß nach erfolgreicher mechanischer und elektromagnetischer Entschlüsselung ein elektrischer Schaltvorgang des Positionsschalters freigegeben wird. Für den Vergleich der Magnetelementeanordnung des Betätigungselements 2 mit dem Referenzabbild des Freigabeelements 4 ist jedes der Fühlerelemente 6 insbesondere mit einem Komparator verbunden (nicht dargestellt). Dabei ist jeweils an einen der beiden Komparatoreingänge eines jeden Komparators eine Referenzspannung angelegt derart, daß das Referenzabbild entsteht. Der andere Eingang eines jeden Komparators wird dann jeweils mit dem Signalausgang eines Fühlerelements 6 verbunden. So wird durch Einbringen des Betätigungselements 2 in das Freigabeelement 4, die Änderung einzelner Magnetfelder im Bereich der Fühlerelemente 6 erreicht und eine Art Spannungs- beziehungsweise Signalmatrix erzeugt. Falls diese Signalmatrix mit dem vorhandenen Referenzabbild übereinstimmt, wird ein Freigabesignal erzeugt.
Ein weiteres erfinderisches Merkmal der Sicherheitsvorrichtung besteht darin, daß die Fühlerelemente 6 ferner derart mit einer Rechen- und Speichereinheit verbunden sind (nicht dargestellt), daß durch erstmaliges betriebsmäßiges Zusammenführen von Betätigungs- und Freigabeelement 2, 4 ein, der Anordnung der Magnetelemente 8 des Betätigungselements 2 entsprechendes Referenzmuster abgespeichert wird und alle künftigen Dekodierungsvorgänge an Hand dieses erstellten Referenzmusters erfolgen.
Die vorliegende Erfindung ist nicht auf das beschriebene Ausführungsbeispiel beschränkt, sondern umfaßt auch alle im Sinne der Erfindung gleichwirkenden Ausführungsformen.

Claims (7)

  1. Sicherheitsvorrichtung für Positionsschalter, insbesondere Sicherheitspositionsschalter, bestehend aus einem Betätigungselement (2) und einem Freigabeelement (4), wobei das Betätigungselement (2) und das Freigabeelement (4) derart mechanisch kodiert sind, daß durch das betriebsmäßige Zusammenführen von Betätigungs- und Freigabeelement (2, 4) eine mechanische Dekodierung und zugleich ein mechanischer Formschluß zwischen diesen beiden Elementen (2, 4) erfolgt,
    dadurch gekennzeichnet, daß das Betätigungselement (2) und das Freigabeelement (4) zusätzlich elektromagnetisch kodiert sind derart, daß das Freigabeelement (4) mindestens ein magnetische Feldänderungen erfassendes Fühlerelement (6) aufweist und das Betätigungselement (2) mindestens ein ein Magnetfeld erzeugendes Magnetelement (8) aufweist, so daß nach erfolgter mechanischer und elektromagnetischer Dekodierung ein elektrischer Schaltvorgang freigegeben wird.
  2. Sicherheitsvorrichtung nach Anspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet, daß das beziehungsweise jedes Fühlerelement (6) als Hallsensor ausgebildet ist.
  3. Sicherheitsvorrichtung nach Anspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet, daß das beziehungsweise jedes Magnetelement (8) als Dauermagnet ausgebildet ist.
  4. Sicherheitsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1-3,
    dadurch gekennzeichnet, daß das Freigabeelement (4) mehrere Fühlerelemente (6) und das Betätigungselement (2) mehrere Magnetelemente (8) aufweist, wobei die Magnetelemete (8) und die Fühlerelemente (6) derart angeordnet sind, daß im betriebsmäßig zusammengeführten Zustand von Freigabe- und Betätigungselement (4, 2) Fühler- und Magnetelemente (6, 8) nahezu deckungsgleich übereinander liegen.
  5. Sicherheitsvorrichtung nach Anspruch 4,
    dadurch gekennzeichnet, daß die Fühlerelemente (6) und die Magnetelemente (8) in Form einer Matrix angeordnet sind.
  6. Sicherheitsvorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1-5,
    dadurch gekennzeichnet, daß jedem der Fühlerelemente (6) ein Komparator zur Auswertung des elektronischen Dekodiervorgangs nachgeschaltet ist.
  7. Sicherheitsvorrichtung nach Anspruch 6,
    dadurch gekennzeichnet, daß die Fühlerelemente (6) derart mit einer Rechen- und Speichereinheit verbunden sind, daß durch erstmaliges betriebsmäßiges Zusammenführen von Betätigungs- und Freigabeelement (2, 4) ein, der Anordnung der Magnetelemente (8) des Betätigungselements (2) entsprechendes Referenzmuster abgespeichert wird und alle künftigen Dekodierungsvorgänge an Hand dieses einmalig erstellten Referenzmusters erfolgen.
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