JP2008509508A - 保護機構の状態を監視するための装置 - Google Patents

Abstract

本発明は、保護機構（２）の状態を監視するための装置（１）であって、保護機構（２）が開口部（５）を備えた第１部分（４）と第２部分（６）とを有し、第２部分が第１部分（４）に対して運動可能であり、これにより開口部（５）が少なくとも部分的に閉鎖可能であり、装置（１）が、保持要素（１８）を備えた保持機構を有し、この保持要素によって保護機構（２）の閉鎖状態が解消可能に鎖錠可能であり、かつ保持機構の非通電状態のとき鎖錠されており、保護機構（２）を開放状態から閉鎖状態に移行させることによって保持機構が作動可能であるものにおいて、装置（１）が、阻止要素（４１）を備えた阻止機構（４０）を有し、非通電状態のとき阻止要素（４１）が、保護機構（２）の閉鎖状態の鎖錠をもたらす保持機構保持要素（１８）の運動を阻止することによって、保持機構の作動を防止することを特徴とする装置に関する。

Description

本発明は、保護機構、例えば機械保護機構の状態を監視するための装置、特に保護ドア等の閉鎖状態を監視するための安全スイッチであって、保護機構用保持機能を有するものに関する。

特許文献１により公知となった安全スイッチではそのスイッチヘッド内に、例えば保護機構の保護ドアに固定される操作器が保護ドアの閉鎖時に挿入され、その際に爪車を回転させる。スイッチハウジングの内部で電気スイッチの開閉棒が爪車の周面に当接保持されている。保護ドアの閉鎖位置に一致する設定可能な回転角において開閉棒は、爪車の周面に設けられる係止窪み内に係止され、その際に電気スイッチ内の接点対を閉じる。こうして操作器の挿入状態、従って保護ドアの閉鎖位置が電気的に信号通知可能である。

多くの用途において、例えば工作機械等の保護フードの場合、それに加えて安全スイッチが保持機能を提供することが必要である。すなわち操作器がスイッチヘッド内で鎖錠可能であり、特にスイッチヘッドからの引き出しに関して鎖錠可能であり、またこれにより保護機構が閉鎖状態で鎖錠可能であることが必要である。公知の安全スイッチではこのため開閉棒はばね力または磁力で負荷されて爪車の係止窪み内で保持され、これにより爪車は回転運動に備えて鎖錠され、それとともに操作器はスイッチヘッド内で鎖錠される。

幾つかの用途において、例えば火災防止上の理由から、例えば故障時に機械の電圧供給を遮断する場合、閉鎖状態（例えば保護ドア等の閉鎖位置）で保護機構が鎖錠されている必要がある。これにより生じる問題として、装置のその他の非通電状態のとき、例えば週末の清掃作業の機会に、意図することなくまたは不注意から保護機構の閉鎖するとき保持機構が作動され、これにより保護機構はこの場合望ましくない閉鎖状態で鎖錠もしくは保持される。従って、「非通電状態で保持」と同時に「非通電状態時に保持の作動防止」とに対する要求は前文に係る装置にとって外見上克服し難い矛盾を意味する。

特許文献２が示す安全スイッチでは、スイッチを操作するために長手方向に摺動可能な棒がスイッチハウジング内で案内されており、この棒に付設された機械的ロックはスイッチハウジングに挿入可能な鍵によって解消可能である。付加的安全のためにさらに、棒を固定するためにロックピンが設けられており、このロックピンは電気機械式に電気的解除信号によってその解除位置に運動可能である。

特許文献３はドア用ロック兼安全装置を示しており、停電時にドアロックはロックすることができず、さらに停電時にロック状態のときドアロックは解錠することができない。

特許文献４はドア、特に工作機械用ハウジングのドアの安全ロック装置用非常解錠装置を示しており、この装置はいかなる場所からでもいつでも操作することのできる遠隔解錠装置、例えば機械制御装置およびその電源部とは独立した電源部を有する電気的非常スイッチからなる。
独国特許発明第４３２８２９７号明細書 独国特許出願公開第３４３００９０号明細書 独国実用新案第８４１４１９９号明細書 独国実用新案第２０２１８７１４号明細書

本発明の課題は、技術の現状の諸欠点を克服する前文に係る装置を提供することである。特に、「非通電状態で保持」する機能も「非通電状態時に保持の作動を防止」する機能も実現する保持機構を備えた装置が提供されねばならない。さらに、厳密な保持が永続的に確実に保証されていなければならず、設計上単純な手段で大きな保持力が安価に強靭に提供されねばならない。装置の製造、組立および整備が簡略化され、これにより時間および費用が節約されねばならない。

この課題は、請求項１に明示した装置によって解決されている。本発明の特別な実施形態は従属請求項に明示されている。

本発明によれば課題は、保護機構、例えば機械の保護機構の状態を監視するための装置、特に保護ドア等の閉鎖状態を監視するための安全スイッチであって、保護機構が開口部を備えた第１部分と第２部分とを有し、第２部分が第１部分に対して運動可能であり、これにより開口部が少なくとも部分的に閉鎖可能であり、装置が、主に保護機構の第１部分に配置すべきスイッチ要素と、主に保護機構の第２部分に配置すべき操作器とを有し、この操作器が保護機構の閉鎖状態のときスイッチ要素の操作を引き起こし、これにより保護機構の閉鎖状態が信号通知可能かつ監視可能であり、装置が、保持要素を備えた保持機構を有し、この保持要素によって保護機構の閉鎖状態が解消可能に鎖錠可能であり、かつ保持機構の非通電状態のとき鎖錠されており、保護機構を開放状態から閉鎖状態に移行させることによって保持機構が作動可能であるものにおいて、装置が、阻止要素を備えた阻止機構を有し、非通電状態のとき阻止要素が、保護機構の閉鎖状態の鎖錠をもたらす保持機構保持要素の運動を阻止することによって、保持機構の作動を防止することによって解決される。

スイッチ要素と操作器との協動にとって、特許文献１に類似した配置を選択すると、多くの用途において有利になる。なぜならば、特に、爪車または一般に板カムを操作器とスイッチ操作棒との間に配置することによって装置の効果的不正操作防止が保証されているからである。すなわち、保護機構が閉鎖状態になく、特に操作器がスイッチ要素に挿入されていないにもかかわらず、保護機構が安全状態となったかのように簡単な工具でスイッチ要素を不正操作することはできない。特別有利には操作器を複数の空間方向からでもスイッチ要素内に挿入可能とする回転可能な板カムの代わりに、スイッチ操作棒の直接的操作によって安全スイッチの不正操作を不可能とする別の要素を設けておくこともできる。その場合、保護機構の閉鎖状態の鎖錠は公知の保持機能に一致する。

公知の装置において保持機構が作動されるのは、保護機構の閉鎖時に操作器が板カムを回転させ、主に同時に本来のスイッチ操作棒の構成要素であるかまたはいずれにしてもそれと同軸に配置されるロック棒が板カムの半径方向係止窪み内に係合し、継続回転および特に逆回転に備えて板カムを固定し、これにより保護機構の閉鎖状態を鎖錠しもしくは保護機構を保持するに至ることによってである。

本発明に係る装置において「非通電状態で保持」する機能を維持しながら「非通電状態時に保持機構の作動」が防止されるのは、主に個別の阻止機構の阻止要素（モジュール状にスイッチ要素に取付可能）によって、保護機構の閉鎖状態の鎖錠を生じない範囲で、保持要素の運動がいずれにしても阻止可能であることによってである。その際主に、スイッチ要素の電気スイッチのスイッチ操作棒も阻止され、保護機構の閉鎖状態を信号通知するようなスイッチ要素の操作は防止されている。

板カムを有する装置において操作器は鍵状に、特に特別な幾何学形状による機械的符号化の態様に構成しておくことができ、対応する幾何学的に構成された操作器のみが板カムを回すことができる。

保持機構が作動していないとき非通電状態時に保持要素を本発明により阻止することによって、操作器とスイッチ要素との間に相対運動のための空走部がある。例えば、板カムを有する本発明に係る装置において板カムは自由に回転可能である。例えば、非通電状態のとき保護機構は完全に閉鎖することができ、例えばスイッチ要素の阻止された部分に操作器が衝突する結果として装置が機械的に破損することを懸念することなく操作器はスイッチヘッドに挿入することができる。

その際、阻止要素と保持要素との間の形状嵌合によって阻止が行われると特別有利である。形状嵌合とは、相当接する２つの要素の形状および／または運動案内のみによって与えられた協動のことであり、特にこれら要素間の有効摩擦力に左右されない。形状嵌合に基づく阻止によって、困難な周囲条件のもとでも確実に機能することが保証されている。

本発明の特別な実施形態において阻止要素は保持要素の凹部内に係合する。主に、阻止要素および／または保持要素は実質ピン状であり、少なくとも部分的に円筒状に構成されている。主にさらに、保持要素は部分的にその外面に実質長方形横断面の環状溝を有し、この環状溝内に阻止要素は係合することができる。保持要素の長手軸線と阻止要素の長手軸線は主に直角を成す。

特別な実施形態において阻止要素は阻止機構の電磁石の部分、特に電磁石のアーマチャの部分である。通電状態のとき阻止要素は阻止機構内に配置される力溜の作用に抗して、保持要素の運動を阻止しない位置で保持されている。非通電状態のとき阻止要素は力溜の作用によって保持要素の方向に動かされ、そこで、保護機構が既に閉鎖状態にない場合、保持要素の凹部内に係合し、いずれにしても保持要素が阻止されており、保護機構の閉鎖時に閉鎖状態で鎖錠されることはない。

阻止要素は、主に保持要素とは反対側のその末端でスイッチを操作し、このスイッチによって阻止要素の位置は信号通知可能である。スイッチは主に市販の電気開閉要素である。これに対する代案として別の開閉要素も、特に非接触式に開閉する要素、例えば光バリヤ等の光開閉要素、ホールセンサまたはリードスイッチ等の磁気開閉要素が、考慮の対象となる。阻止要素は阻止機構のスイッチ用スイッチ操作棒として構成しておくことができる。特にスイッチは阻止要素と同軸に配置しておくことができる。

特別な実施形態において保持機構は、操作器を装置に挿入するとき回転可能および／または摺動可能な他の要素を有する。前記他の要素または保持要素は操作器の凹部内に係合することができ、この位置で阻止可能としておくことができ、これにより保護機構の閉鎖状態を鎖錠することができる。保持機構の前記他の要素は主に爪車または開閉円胴であり、保護機構の閉鎖状態のとき前記他の要素の位置は保持要素によって鎖錠可能である。

本発明の特別な実施形態において保持機構は誤閉鎖防止部を有し、保護機構が閉鎖位置にあるときにのみ保持はこの誤閉鎖防止部によって作動可能である。これにより、上位の制御機構が保持機構の作動時に、実際には該当しないのであるが保護機構が閉鎖していると見做すような間違いは防止される。誤閉鎖防止部はさまざまに実現しておくことができる。特に、装置のスイッチ要素にかかわりなく閉鎖状態を信号通知するセンサ、例えば磁気センサによって保護機構の閉鎖状態を検出することも可能である。同様に、保護機構が閉鎖状態となったことをスイッチ要素自体によって信号通知し、それを受けて保持機構を作動させることが可能である。

本発明のその他の利点、特徴および細部は、従属請求項と、図面を参考に１実施例を詳細に説明する以下の説明とから明らかとなる。特許請求の範囲および説明のなかで触れられた特徴はそれぞれ個々にそれ自体として、または任意に組合せて、発明にとって本質的たり得る。

図１は機械３の保護機構２の状態、特に保護ドアの閉鎖状態を監視するための本発明に係る装置１を有する配置全体を略平面図で示す。例えば作動中の機械３による危険から操作員を保護するために空間分離機構がこの保護機構で閉鎖可能である。保護機構２は第１部分４、例えば保護機構２用枠を有する。第１部分４が有する開口部５は第２部分６（例えば保護ドア）によって閉鎖可能であり、保護ドアは両方向矢印１０に相応して第１部分４に対して運動可能に支承要素１１によって支承されている。装置１が有する安全スイッチは、主に保護機構２の固定第１部分４に配置されるスイッチ要素７と、主に可動第２部分６に配置される操作器８とを含む。

図２は本発明に係る装置１の１実施例を断面図で示す。スイッチヘッド１２内で回転軸線１３を中心に揺動可能な板カム１４が支承されている。板カム１４はその周面１５に第１凹部１６ａを有し、この凹部内に操作器８の突部１７が係合できるのは操作器８が第１孔３０ａを介してスイッチヘッド１２に挿入されるときである。板カム１４は第１凹部１６ａに対して回転軸線１３を中心に約９０°の角度のずれをもって第２凹部１６ｂを有し、この凹部内に操作器８の突部１７が係合できるのは操作器８が第２孔３０ｂを介してスイッチヘッド１２に挿入されるときである。両方の凹部１６ａ、１６ｂによって限定された板カム１４の切片は操作器８の挿入時に、突部１７に続く凹部１６内に係合し、これにより、保護機構２の閉鎖状態を鎖錠する。第１、第２孔３０ａ、３０ｂが設けられる実質直方体状、特に立方体状スイッチヘッド１２の外面は直角を成している。図示状態のとき操作器８はまだスイッチヘッド１２に挿入されておらず、従って保護機構２の第２部分６はまだ完全閉鎖位置にない。

スイッチヘッド１２は装置１のスイッチ要素７と固定結合されている。スイッチ要素７内で長手運動可能に支承された縦長保持要素１８は図示実施例において多部材構成であり、しかし基本的に一体に構成しておくこともできる。保持要素１８は少なくとも部分的に、磁化可能な材料から製造されており、または磁化可能な外被２３を有する。この外被は、引き続きコイル２４を有する電磁石のアーマチャとして構成されている。コイル２４に通電すると外被２３がコイル２４の領域内に引き入れられ、これにより保持要素１８はコイルばねとして構成される力溜２０の作用に抗して板カム１４から離反する。これにより板カム１４は運動のために、特にスイッチヘッド１２からの操作器８を引き出すために、従って第２部分６の逆摺動による保護機構２を開放するために解放される。

板カム１４は第１凹部１６ａに対して回転軸線１３を中心に約１３５°の角度のずれをもって第３凹部１９を有する。この凹部内に保持要素１８は保護機構２の閉鎖状態のとき、すなわちスイッチヘッド１２内に操作器８が挿入されると係合することができ、これにより閉鎖状態を鎖錠する。力溜２０は一方で固定スイッチハウジング２１で支えられ、他方で保持要素１８のフランジ状拡張部２２で支えられる。保護機構２の第２部分６に作用する保持力は力溜２０から加えられる力によって限定されていないように、保護機構２の鎖錠された閉鎖状態において、保持要素１８は、操作器８を引き出すことに関して、第３凹部１９によって形成される遮断側面１９ａとの形状嵌合を形成する。

スイッチハウジング２１の主に密封された領域にスイッチ要素７はそれ自体公知の電気スイッチ２５を有し、電気スイッチ２５のスイッチ操作棒２６は同軸に、特に保持要素１８の延長上に配置されかつ整列している。電気スイッチ２５内に配置された図示しない力溜によってスイッチ操作棒２６は保持要素１８に当接保持され、従ってその運動に従う。これにより、図２に示す動作状態が電気スイッチ２５によって、例えば電気開閉接点の開放によって信号通知可能であるとともに、保持要素１８が板カム１４の凹部１９内に係合し、従って爪車を、それとともに保護機構２の閉鎖状態を鎖錠する状態も、例えば開閉接点の開放によって信号通知可能である。

図２に示す状態のとき保護機構２は開放されており、またはいずれにしても鎖錠閉鎖状態ではなく、装置１は非通電である。阻止機構４０を有する装置１の本発明に係る構成なくしては、保持要素１８が力溜２０の作用に基づいて板カム１４に当接し、保護機構２の閉鎖時に操作器８が板カム１４を反時計回りに約９０°回転させ、保持要素１８が第３凹部１９内に係止し、それとともに板カム１４と、これに合わせて保護機構２の閉鎖状態を鎖錠することになろう。

これを防止するために、スイッチヘッド１２とスイッチハウジング７との間の移行領域に阻止機構４０が配置されている。ハウジング部分４２内で長手方向運動可能に案内されかつ保持要素１８に対して直角に整列した阻止要素４１は保持要素１８を、板カム１４の回転運動を開放する図２に示すその位置で解消可能に阻止することができる。このため、実施例において多部材構成（一体に構成しておくこともできる）の阻止要素４１の少なくとも一部は実質的に、特に少なくとも一部では円筒状であり、磁化可能な材料からなり、電磁石のアーマチャとなる。電磁石はさらに、ハウジング部分４２内に配置される他のコイル４４を有する。

保持要素１８とは反対側の末端で阻止要素４１は他の電気スイッチ４５を有し、このため、付属するスイッチ操作棒４６に当接する。図示位置において、力溜（例えば阻止要素４１とハウジング部分４２とに作用しかつ例えばアーマチャと前記他のコイル４４との間の領域に配置しておくことのできるコイルばね等）か、または前記他の電気スイッチ４５内に配置されてスイッチ操作棒４６に作用するばねのいずれかによって、阻止要素４１は保持要素１８の方向に付勢される。前記他のコイル４４の通電時に阻止要素４１はこの力溜の作用に抗して保持要素１８から離反し、それとともに板カム１４を鎖錠する動きのために保持要素１８を、解放する。

図３は阻止機構４０とスイッチヘッド１２とスイッチハウジング２１との結合領域における図２の装置を拡大断面部分図で示す。合計３つの部材で形成される阻止要素４１はアーマチャ部材４１ａからなる。この部材は実質Ｔ形横断面に構成される末端区域によって、アンダカットを有する連行部材４１ｂの孔内と係合する。これにより連行部材はアーマチャ部材４１ａと動的に結合されている。連行部材４１ｂはさらに阻止部材４１ｃと動的に結合され、例えばこれと螺着または圧着されている。水分および／または汚れの浸入を防止するために連行部材４１ｂとハウジング部分４２との間に密封要素４９、例えば蛇腹状膜が配置されている。

阻止部材４１ｃは保持要素１８に向き合うその末端に縮径円筒ピンを有し、このピンは図示位置のとき、保持要素１８に設けられた実質長方形横断面の環状溝４７内に形状嵌合式に係合する。阻止部材４１ｃは、偏心の軸線方向穴４８ａを除き主に実質軸線対称な、特に回転対称な案内ブシュ４８内で案内されている。案内ブシュ４８はさらにハウジング部分４２を正面側で閉鎖する。環状溝４７によって形成される阻止側面４７ａが保持要素１８の長手軸線とで実質直角を成し、阻止部材４１ｃが係合して鎖錠するとき保持要素１８が板カム１４の周面１５に当接するのでなく、そこから僅かな距離を有するように、阻止側面の位置は選択されている。

板カム１４とは反対の側に保持要素１８が他の環状溝４３を有し、この環状溝は大きな軸線方向広がりを有することができる。前記他の環状溝４３内に阻止部材４１ｃが係合するのは保護機構２の閉鎖状態において保持要素１８が板カム１４の第３凹部１９内に係合するときであり、前記他のコイル４４は非通電で切換えられる。その場合、阻止要素４１は保持要素１８の方向へのその運動が機械的止めによって限定されており、阻止部材４１ｃの前側末端が前記他の環状溝４３の、保持要素１８の長手軸線と平行に延びる底面に当接することはない。これにより、保護機構２の保持状態の鎖錠を解消するためにコイル２４の通電によって保持要素１８が第３凹部１９から退くとき、阻止部材４１ｃと保持要素１８との間の摩擦は回避される。

前記他の環状溝４３は環状溝４７に向き合うその側に滑り側面４３ａを有し、この滑り側面が保持要素１８の長手軸線とで成す角度は９０°未満、特に６０°未満、主に４５°未満である。これにより、コイル２４に通電し、そのことに起因して保持要素１８が動くとき阻止部材４１ｃは滑り側面４３ａによって逆に移動して前記他の環状溝４３から進出し、引き続き環状溝４７内に係止され、保持要素１８を図２、図３に示す位置で阻止することができる。

スイッチハウジング２１および／またはスイッチヘッド１２を阻止機構４０との結合領域において少なくとも部分的に軸線対称に構成すると、阻止機構４０は複数の空間方向で突出させて固定することができ、これにより保護機構２への装置の組立が簡素になり、装置１はなお組立場所でその都度の構造的条件に適合することさえできる。この結合領域で回転対称に構成する場合、阻止機構４０はぐるりと回転可能に配置しておくことさえでき、その場合、必要なら結合個所を密封するための好適な措置を講じることができる。

本発明に係る装置を有する配置全体の略平面図である。 本発明に係る装置の１実施例の断面図である。 図２の装置の拡大断面部分図である。

Claims (10)

1. 保護機構（２）の状態を監視するための装置（１）、特に保護ドア等の閉鎖状態を監視するための安全スイッチであって、保護機構（２）が開口部（５）を備えた第１部分（４）と第２部分（６）とを有し、第２部分（６）が第１部分（４）に対して運動可能であり、これにより開口部（５）が少なくとも部分的に閉鎖可能であり、
   ・装置（１）が、主に保護機構（２）の第１部分（４）に配置すべきスイッチ要素（７）と、主に保護機構（２）の第２部分（６）に配置すべき操作器（８）とを有し、この操作器が保護機構（２）の閉鎖状態のときスイッチ要素（７）の操作を引き起こし、これにより保護機構（２）の閉鎖状態が信号通知可能かつ監視可能であり、
   ・装置（１）が、保持要素（１８）を備えた保持機構を有し、この保持要素によって保護機構（２）の閉鎖状態が解消可能に鎖錠可能であり、かつ保持機構の非通電状態のとき鎖錠されており、保護機構（２）を開放状態から閉鎖状態に移行させることによって保持機構が作動可能であるものにおいて、
   ・装置（１）が、阻止要素（４１）を備えた阻止機構（４０）を有し、
   ・非通電状態のとき阻止要素（４１）が、保護機構（２）の閉鎖状態の鎖錠をもたらす保持機構保持要素（１８）の運動を阻止することによって、保持機構の作動を防止することを特徴とする装置。
2. 非通電状態で保持機構が作動していないとき操作器（８）とスイッチ要素（７）との間に相対運動のための空走部があることを特徴とする、請求項１記載の装置（１）。
3. 阻止時に阻止要素（４１）が保持要素（１８）に形状嵌合式に当接していることを特徴とする、請求項１または２記載の装置（１）。
4. 保持要素（１８）がその外面に凹部、例えば環状溝（４７）を有し、阻止時に阻止要素（４１）がこの環状溝内に係合することを特徴とする、請求項１〜３のいずれか１項記載の装置（１）。
5. 阻止要素（４１）が斜めに、特に保持要素（１８）を横切って摺動可能であることを特徴とする、請求項１〜４のいずれか１項記載の装置（１）。
6. 阻止要素（４１）が阻止機構（４０）の電磁石の部分であり、この部分によって阻止要素（４１）が、通電状態のとき力溜の作用に抗して、保持要素（１８）の運動を阻止しない位置で保持可能であることを特徴とする、請求項１〜５のいずれか１項記載の装置（１）。
7. 阻止要素（４１）がスイッチ（４５）を操作し、このスイッチによって阻止要素（４１）の位置が信号通知可能であり、スイッチ（４５）が主に阻止要素（４１）と同軸に配置されていることを特徴とする、請求項１〜６のいずれか１項記載の装置（１）。
8. 保護機構（２）の閉鎖状態のとき保持機構の要素が操作器（８）の凹部（１６）内に係合し、これにより保護機構（２）の閉鎖状態を鎖錠することを特徴とする、請求項１〜７のいずれか１項記載の装置（１）。
9. 保持機構が板カム（１４）を有し、この板カムがスイッチ要素（７）内で回転可能に支承され、操作器（８）によって回転可能であり、かつ操作器（８）を保護機構（２）の閉鎖状態時に鎖錠し、板カム（１４）の回転運動が保持要素（４１）によって鎖錠可能であることを特徴とする、請求項１〜８のいずれか１項記載の装置（１）。
10. 保持機構が誤閉鎖防止部を有し、保護機構（２）が閉鎖状態にあるときにのみこの誤閉鎖防止部によって保持が作動可能であることを特徴とする、請求項１〜９のいずれか１項記載の装置（１）。

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