JP7184592B2 - 安全スイッチ - Google Patents

Description

この種の安全スイッチは、割り当てられたアクチュエータとともに安全スイッチ装置を形成しており、安全スイッチ装置は、安全技術の分野において使用される。安全技術の分野、特に対人防護の分野において使用するには、安全スイッチ装置が、規則に則した要求を、エラーに対する安全性に関して有しており、その結果、安全スイッチ装置によって、相応に確実な監視機能が遂行され得ることが保証されている必要がある。この種の安全スイッチ装置は、典型的には、危険領域への出入口の安全防護のために使用され得る。例えば安全スイッチ装置により、危険領域への出入口としての防護扉等の隔離型の防護装置のインターロックが保証され得る。この場合、例えば、危険領域内にあって危険をもたらすおそれのある設備の運転は、安全スイッチ装置により防護扉がインターロックされているときだけ、稼働許可される。設備の稼働許可は、安全制御部を介して実施可能であり、安全制御部には、安全スイッチ装置の、安全に関する切り換え信号が供給されている。

防護扉のインターロックのために、防護扉がその閉鎖位置にあるとき、閂等の形態のアクチュエータが、例えば安全スイッチの凹所に走入されることによって、安全スイッチに係合させられる。このインターロックは、安全スイッチ内に設けられたＲＦＩＤ読み取り装置により、アクチュエータ内に設けられたトランスポンダが認識されることによって、チェックされる。

このインターロックに加えて、防護扉のロックが設けられていることがある。この種のロックは、例えば国際公開第２０１６／０５８７１８号（WO 2016/058718 A1）において公知である。この公知のロックには、ロックピンが設けられている。ロックピンは、遊星歯車装置を有する電気モータにより操作される。電気式の駆動部により、ロックピンは、錠止位置に走行可能であり、錠止位置において、アクチュエータは、ロックピンによりロックされる。

本発明の根底にある課題は、構造サイズは小さいながらも、信頼性の高い安全防護機能を実現する安全スイッチを提供することである。

この課題を解決するために、請求項１の特徴が設けられている。本発明の有利な実施の形態および合目的な別の態様は、従属請求項に記載されている。

本発明は、安全スイッチであって、割り当てられたアクチュエータをインターロック位置に保持するインターロックユニットを有している、安全スイッチに関する。インターロックユニットは開口と遮断エレメントとを有している。遮断エレメントは、インターロックポジションにおいて開口内に突出し、インターロック位置にあるアクチュエータのアクチュエータヘッドに背後から係合する。遮断エレメントは作動エレメントによって作動力をかけられてインターロックポジションに保持されている。開口を介してアクチュエータヘッドが走入または走出する際に、アクチュエータヘッドは遮断エレメントを作動力に抗して変位させる。

１つの重要な利点は、安全スイッチが小型かつコンパクトな構造形態を有していることにある。

この場合、安全スイッチは簡単に組み立て可能であるとともに、柔軟に、ともに安全スイッチ装置を形成するアクチュエータと組み合わされて使用可能である。こうして形成された安全スイッチ装置は、全般的に安全技術の分野において、特に危険領域への出入口の安全防護のために使用可能である。

本発明による安全スイッチのインターロックユニットの機能原理は、遮断エレメントがそのインターロックポジションにおいてインターロックユニットの開口内に突出し、これにより縮小された開口が存在している、というものである。アクチュエータの前端部は、この縮小された開口よりは大きいが、開口自体よりは小さい横断面積を有している。したがって、アクチュエータの前方の自由端部がインターロックユニットの縮小された開口を通って案内されると、遮断エレメントは作動力に抗して変位され、これにより開口を通過することができる。アクチュエータがそのインターロック位置に導入されるとすぐに、遮断エレメントは作動力により再びインターロックポジションへと移行し、開口内に突出する。これにより遮断エレメントは、アクチュエータの前端部に背後から係合し、これによりアクチュエータの形状接続的なインターロックと係止とが保証されている。

特に好適には、アクチュエータは、アクチュエータがアクチュエータヘッドを有していて、このアクチュエータヘッドは結合要素を介してアクチュエータの基体に結合されているように、安全スイッチのインターロックユニットに適合されている。結合要素の長手方向軸線は好適には、安定的な基本位置において基体の表面に対して垂直に向けられており、軸方向で高い強度を有している。これによりアクチュエータヘッドを押圧力によって、開口内に突出している遮断エレメントに抗してガイドすることができ、これにより遮断エレメントは、作動力に抗して変位されて、アクチュエータはインターロック位置へと移行する。次いで、アクチュエータのインターロック位置では、遮断エレメントが作動力によってインターロックポジションへと移行され、アクチュエータの背後に係合し、これによりアクチュエータはインターロック位置に保持され、係止されている。

好適な構成によれば、遮断エレメントはラッチによって形成されている。

この場合、ラッチは下端部で作動エレメントに作用している。インターロックポジションではラッチの上端部が開口内に突出している。上端部は円形の縁部を有していて、その曲率半径は、開口の半径に相当する。

ラッチは、小型の構造形態のみを有する安価で機械的な構成部分を形成する。

ラッチの上端部の円弧状の縁部により、アクチュエータヘッドが開口内で押し込まれ、これによりラッチがインターロックポジションから変位されるとき、ラッチの縁部が開口の縁部領域にほぼまたは正確に一致し、これによりラッチが開口を完全に解放し、アクチュエータヘッドは妨げられることなく開口を通って摺動できることが保証されている。

一般的には開口は、円形の輪郭に限定されるものではなく、任意の輪郭を有していてもよい。相応に、ラッチの縁部は一般的に開口の輪郭に適合されている。

遮断エレメントの構成に合わせて、作動エレメントはロッカレバーにより形成されている。

この場合、ロッカレバーは、ロッカレバーエレメントのビーム状の端部を有している。ロッカレバーエレメントの第１の長手方向端部には旋回軸受が設けられている。ロッカレバーエレメントの下面にはばねが接触していて、遮断エレメントのための作動力を発生させる。

ロッカレバーは、個別部品を僅かにしか有していない単純な構造を有している。このように形成された作動エレメントは、小型の構造形態で実現することができる。作動力は、ロッカレバーエレメントに作用するばねにより極めて簡単な手段により実現される。

このような構成では、遮断エレメントは旋回運動によりインターロックポジションへとガイドされる。一般的に、摺動運動等により遮断エレメントをインターロックポジションへと移行させる作動エレメントも考えることができる。

遮断エレメントへの作動力の良好な伝達を保証するために、ばねは好適にはロッカレバーエレメントの中央領域でその下面に接触している。この領域で、ラッチの下端部はロッカレバーエレメントの上面に載置されている。

さらなる利点は、作動力がばねの予荷重により調節可能であることにある。

これにより、様々な用途への、特に様々なアクチュエータへの適合を簡単に行うことができる。

本発明の好適な構成によれば、インターロックユニットにはロックユニットが配属されている。ロックユニットによって、遮断エレメントはインターロックポジションにロックされる。

このようなロックにより、安全スイッチのさらなる安全機能が提供される。

好適には、ロックユニットはヒンジ式アーマチュア磁石を有していて、このヒンジ式アーマチュア磁石は、電磁石と、この電磁石によって変位可能なアーマチュアとを有している。アーマチュアはロック位置に移動可能である。ロック位置ではアーマチュアはロッカレバーをインターロックしている。

ヒンジ式アーマチュア磁石は、信頼性の高いロックを実現することができるコンパクトなユニットを形成している。ロックは、ヒンジ式アーマチュア磁石のアーマチュアが、ロッカレバーに係合されることにより、簡単に行われる。

このことは、ロッカレバーがその第２の自由端部に係止突起を有していることにより特に簡単に実現される。アーマチュアはロック位置でこの係止突起に係合している。

特に好適には、アーマチュアは旋回軸線を中心として旋回可能である。１つの旋回アームは、ロッカレバーに係合することができるレバーを形成する。第２の旋回アームはカウンタウェイトを形成する。カウンタウェイトによって改善された衝撃安定性が得られる。

改善された衝撃安定性により、ヒンジ式アーマチュア磁石の機能は、外的な力が作用した場合に、殆ど影響を受けずに維持される。

本発明による安全スイッチは、アクチュエータとともに、安全技術の分野において使用するための安全スイッチ装置を形成している。

好適には、アクチュエータヘッドはボール状に形成されている。

この場合、アクチュエータは基体を有しており、基体は結合要素を介してアクチュエータヘッドに接続されており、結合要素の横断面は、アクチュエータヘッドの横断面よりも小さい。

安全スイッチおよびアクチュエータの構造は、最適な機能を保証するために互いに合わせている。特に、開口のジオメトリは、アクチュエータヘッドの形状に適合されている。

さらに、アクチュエータのインターロック位置は、アクチュエータ内に設けられたトランスポンダの信号が、安全スイッチの読み取りユニット内で検出されることにより、監視されている。

この監視機能により、アクチュエータのインターロック時のエラーは、発見可能である。このことは、安全スイッチ装置を安全技術の分野で使用するのに要求される安全レベルを充足するための重要な手段である。

以下に、本発明について図面を参照しながら説明する。

安全スイッチとアクチュエータとを備える本発明による安全スイッチ装置の実施例を示す図である。 図２ａ～ｃは、アクチュエータをインターロック位置に導入する際の、図１の安全スイッチ装置の安全スイッチのインターロックユニットおよびロックユニットの様々な状態を示す図である。

図１は、概略的に安全スイッチ装置１の一実施例を示しており、安全スイッチ装置１は、安全スイッチ２とアクチュエータ３とを備えている。

この安全スイッチ装置１により、例えば危険領域への出入口としての防護扉の安全防護がなされる。アクチュエータ３は、防護扉に配置することができ、安全スイッチ２は、防護扉により閉鎖される扉開口部を画定する枠に配置することができる。

安全スイッチ２の構成要素は、ハウジング４内に組み込まれており、ハウジング４には、外部ユニットへの接続用のケーブル接続部５が開口している。

図１からわかるように、アクチュエータ３は、基体６を有し、基体６内には、結合要素７が支持されている。結合要素７は、ある程度長さのある立体物により形成されており、その横断面は、その全長にわたって少なくともほぼ一定である。

結合要素７は、結合要素７の第１の自由端でもって、結合要素７の長手方向軸線が基体６の表面に対して垂直に方向付けられているように基体６内に支持されている。結合要素７の他端には、アクチュエータヘッド８が支持されている。アクチュエータヘッド８は、この例では、ボール形に形成されている。原理的には、アクチュエータヘッド８は、その他の回転対称の立体物により形成されていてもよい。原理的には、アクチュエータヘッド８は、楕円のまたは多角形の横断面を有していてもよい。いずれにせよ、アクチュエータヘッド８の横断面は、結合要素７の横断面より大きな面積を有しており、その結果、アクチュエータヘッド８は、アクチュエータヘッド８の横断面の平面全体で結合要素７から突出している。

全般的に結合要素７は、軸方向で結合要素７の高い剛性を保証するとともに、結合要素７を、図１に示した基本位置に、特に重力が作用しているときに保持する材料よりなる。

安全スイッチ２の側壁には、安全スイッチ２内の中空室につながっている開口９が設けられていて、中空室内にアクチュエータヘッド８を導入することができ、これによりアクチュエータ３がインターロック位置に位置するようになる。

開口９は円形に形成されている。開口９を画定する、側壁の縁部領域には読み取りコイル１０が設けられている。読み取りコイル１０は、別個には図示されていないプリント基板上に支持されていて、読み取りユニットを、特にＲＦＩＤ読み取りユニットを形成している。これに対応して、アクチュエータヘッド８内には、トランスポンダ１１が支持されている。一般的には、トランスポンダ１１はアクチュエータ３の基体６内に設けられていてもよい。

アクチュエータ３が安全スイッチ２内のインターロック位置に走入されているとき、読み取りコイル１０により、アクチュエータヘッド８内に設けられたトランスポンダ１１の信号を検出することができ、これによりアクチュエータ３のインターロック位置を点検可能である。

アクチュエータ３をそのインターロック位置で確実にインターロックし、かつ係止するために、安全スイッチ２は、インターロックユニット１２を有している。インターロックユニット１２は、ラッチ１３の形態の遮断エレメントを有していて、このラッチはその上端部で開口９の領域内に走入することができる。

ラッチ１３は、平面状の構成部材から成っていて、その上端は円弧状の縁部１３ａで終端している。下縁部には、凸状の載置エレメント１３ｂが設けられている。この載置エレメントは、作動エレメントに対する機械的な連結部を形成している。ラッチ１３は軸方向で、すなわち鉛直方向で摺動可能に支持されている。好適にはこのために、図示されていないガイドが設けられている。

作動エレメントはロッカレバー１４の形態で形成されていて、このロッカレバーはビーム状のロッカレバーエレメント１５を有している。ロッカレバーエレメント１５の第１の長手方向端部には、旋回軸受１６が設けられており、これによりロッカレバーエレメント１５は、旋回軸受１６を通って延在する旋回軸線を中心として旋回可能である。ロッカレバーエレメント１５の第２の長手方向端部には係止突起１５ａが設けられている。

このように形成されたロッカレバー１４にはばね１７が配属されており、ばねの長手方向軸線は鉛直方向に延在していて、ばねの下端部は固定の基礎に支持されている。ばね１７の上端部は、ロッカレバーエレメント１５の中央領域でロッカレバーエレメントの下面に接触している。ラッチ１３の載置エレメント１３ｂは、ロッカレバーエレメント１５の同じ領域でロッカレバーエレメントの上面に載置されている。図１により明らかであるように、載置エレメント１３ｂは、ばね１７の長手方向軸線に沿って配置されている。ばね１７のばね力は、ロッカレバーエレメント１５からラッチ１３へと伝えられる作動力を発生させ、これによりラッチ１３は上方に向かって押され、その上縁部１３ａで開口９内に突出する。図１に示したこのような位置は、ラッチ１３の係止およびインターロックポジションである。

ばね１７の適切な予荷重により、作動力は調節可能である。

インターロックユニット１２にはロックユニット１８が配属されており、このロックユニットによってラッチ１３のロックを行わせることができる。

ロックユニット１８はヒンジ式アーマチュア磁石１９を有していて、このヒンジ式アーマチュア磁石は、電磁石２０とアーマチュア２１とを有している。アーマチュア２１は、旋回軸受２２を中心として旋回することができる旋回アーム２１ａを形成するレバーの形態で形成されている。この装置は、図示されていない第２の旋回アームによって拡張することができ、この第２の旋回アームは、レバーに対するカウンタウェイトを形成し、ヒンジ式アーマチュア磁石１９の改善された衝撃安定性につながる。ヒンジ式アーマチュア磁石１９はさらに、電磁石２０のガイドセグメント２３に支持されたばねエレメント２４を有している。これにより、電磁石２０への給電によりアーマチュア２１を変位させることができる。インターロックユニット１２のロックは、アーマチュア２１が変位され、これによりアーマチュア２１が、ロッカレバーエレメント１５の係止突起１５ａに係合することにより行われる。ヒンジ式アーマチュア磁石１９は一般的には様々な構成で形成されてもよく、作動電流の原理または静電流の原理で作動することができる。双安定磁石としての構成も可能である。

安全スイッチ装置１のインターロックおよびロックの機能形式について、図２ａ～ｃを参照しながら説明する。

初期状態、例えば防護扉が開放されているとき、アクチュエータ３は、防護扉に対して離間している。防護扉を閉鎖すると、アクチュエータ３は、安全スイッチ２内のインターロックユニット１２内に走入される。

このために、アクチュエータ３のアクチュエータヘッド８が、安全スイッチ２に設けられた開口９に向かって移動される。この場合、この初期状態ではラッチ１３はインターロックポジションに位置し、開口９内に突出している。

アクチュエータヘッド８を安全スイッチ２の開口９内に導入すると、アクチュエータヘッド８の直径は、開口９の内径に適合されていて、開口９をほぼ完全に埋めるので、アクチュエータヘッド８による押圧力により、ラッチ１３がインターロックポジションから下方に押される。この状況は、図２ａに示してある。アクチュエータヘッド８が開口９内に位置し、ラッチ１３は、ばね１７のばね力に抗してインターロックポジションから下方に押されるので、上方の円形に湾曲された縁部１３ａが、開口９の縁部領域に位置する。この場合、ラッチ１３の上縁部１３ａの曲率半径が、開口９の半径に相当すると好適であり、これによりラッチ１３の縁部輪郭は、開口９の縁部輪郭にほぼまたは正確に相当する。一般的には、開口は円形の輪郭を有していなくてもよく、この場合も縁部１３ａはこの輪郭に適合される。

アクチュエータ３は次いでさらに、インターロック位置へと押し込まれ、これによりアクチュエータヘッド８は完全に、開口９につながっている中空室内に位置する。この場合、図２ｂに示したように、結合要素７が、開口９の領域に位置している。結合要素７の直径は、アクチュエータヘッド８の直径より小さいので、ばね１７のばね力によってラッチ１３は上方に向かってインターロックポジション内へと押され（図２ｂ）、アクチュエータヘッド８をインターロック位置で固定し、係止する。読み取りユニットにおけるトランスポンダ１１の信号の読み取りにより、アクチュエータ３の係止位置およびインターロック位置が監視される。係止およびインターロック位置では、ラッチ１３がアクチュエータヘッド８に背後から係合し、したがってアクチュエータ３をインターロック位置に保持する。

ロックは、図２ｂに示した状態ではまだ作動されていない。すなわちヒンジ式アーマチュア磁石１９のアーマチュア２１も、ロッカレバー１４のロッカレバーエレメント１５の係止突起１５ａに係合していない。したがって、アクチュエータ３のインターロック解除はまだ可能であり、すなわち、力を作用させてアクチュエータ３を係止・インターロック位置から引き出すことができる。この場合、アクチュエータヘッド８が安全スイッチ２の開口９を通過するときに、ラッチ１３がばね力に抗してインターロックポジションから下方に押される。

最後に図２ｃには、アクチュエータ３がインターロック位置に導入され、ロックが作動された状況が示されている。インターロック位置では、インターロックポジションにあるラッチ１３がアクチュエータヘッド８に背後から係合し、したがってアクチュエータ３をインターロック位置に保持する。

ロックは、電磁石２０によってアーマチュア２１が変位されていて、ロッカレバー１４の係止突起１５ａに係合するように、行われる。これによりロッカレバー１４は固定されている。固定されたロッカレバー１４により、ロッカレバー１４がラッチ１３をインターロックポジションから出る動きに抗して固定するので、アクチュエータ３はもはやインターロック位置から動くことはできない。したがってアクチュエータ３の解除は、ロックが非作動にされて初めて、すなわちアーマチュア２１が係止突起１５ａに係合しなくなって初めて再び可能である。

本発明に係る安全スイッチ装置１を用いて、危険領域への出入口としての防護扉の安全防護をなす場合、安全スイッチ２は、アクチュエータ３のインターロックおよびロックが提供されているとき、切り換え信号を出力する。この切り換え信号は、危険領域内にあって危険をもたらすおそれのある設備を運転するための稼働許可に利用することができる。

１ 安全スイッチ装置
２ 安全スイッチ
３ アクチュエータ
４ ハウジング
５ ケーブル接続部
６ 基体
７ 結合要素
８ アクチュエータヘッド
９ 開口
１０ 読み取りコイル
１１ トランスポンダ
１２ インターロックユニット
１３ ラッチ
１３ａ 縁部
１３ｂ 載置エレメント
１４ ロッカレバー
１５ ロッカレバーエレメント
１５ａ 係止突起
１６ 旋回軸受
１７ ばね
１８ ロックユニット
１９ ヒンジ式アーマチュア磁石
２０ 電磁石
２１ アーマチュア
２１ａ 旋回アーム
２２ 旋回軸受
２３ ガイドセグメント
２４ ばねエレメント

Claims (10)

1. 安全スイッチ（２）であって、割り当てられたアクチュエータ（３）をインターロック位置に保持するインターロックユニット（１２）を有している、安全スイッチ（２）において、
   前記インターロックユニット（１２）は、開口（９）と遮断エレメントとを有し、前記遮断エレメントは前記インターロック位置において前記開口（９）内に突出し、前記インターロック位置にある前記アクチュエータ（３）のアクチュエータヘッド（８）に背後から係合し、前記遮断エレメントは作動エレメントによって作動力をかけられて前記インターロック位置に保持され、前記開口（９）を介して前記アクチュエータヘッド（８）が走入または走出する際に、前記アクチュエータヘッド（８）は前記遮断エレメントを前記作動力に抗して変位させ、
   前記アクチュエータ（３）が前記安全スイッチ（２）における前記インターロック位置に移動されるとき、前記アクチュエータ（３）の前記インターロック位置は、前記アクチュエータ（３）におけるトランスポンダ（１１）の信号を前記安全スイッチ（２）の読み取りユニットにおいて検出することにより監視され、
   前記作動エレメントはロッカレバー（１４）によって形成されており、
   前記インターロックユニット（１２）にはロックユニット（１８）が配属されており、前記ロックユニットによって、前記遮断エレメントはそのインターロック位置にロックされており、
   前記ロックユニット（１８）はヒンジ式アーマチュア磁石（１９）を有し、前記ヒンジ式アーマチュア磁石は電磁石（２０）と、前記電磁石（２０）によって変位可能なアーマチュア（２１）とを有し、前記アーマチュア（２１）は、前記アーマチュア（２１）が前記ロッカレバー（１４）をブロックするロック位置に移動される、
   ことを特徴とする、安全スイッチ（２）。
2. 前記遮断エレメントはラッチ（１３）によって形成されている、請求項１記載の安全スイッチ（２）。
3. 前記ラッチ（１３）の下端部は前記作動エレメントに作用し、前記ラッチ（１３）の上端部は前記インターロック位置において前記開口（９）内に突出しており、前記上端部は、前記開口（９）の輪郭に適合する円形の縁部（１３ａ）を有している、請求項２記載の安全スイッチ（２）。
4. 前記ロッカレバー（１４）はビーム状のロッカレバーエレメント（１５）を有し、前記ロッカレバーエレメント（１５）の第１の長手方向端部には旋回軸受（１６）が設けられており、前記ロッカレバーエレメント（１５）の下面には、前記遮断エレメントのための前記作動力を発生させるばね（１７）が接触している、請求項１記載の安全スイッチ（２）。
5. 前記遮断エレメントはラッチ（１３）によって形成されており、
   前記ばね（１７）は、前記ロッカレバーエレメント（１５）の中央領域で前記ロッカレバーエレメントの下面に接触しており、前記領域で、前記ラッチ（１３）の下端部が前記ロッカレバーエレメント（１５）の上面に載置される、請求項４記載の安全スイッチ（２）。
6. 前記作動力は前記ばね（１７）の予荷重により調節される、請求項４記載の安全スイッチ（２）。
7. 前記開口（９）のジオメトリは、前記アクチュエータヘッド（８）の形状に適合しており、前記アクチュエータヘッド（８）はボール状に形成されている、または楕円のまたは多角形の横断面を有している、請求項１記載の安全スイッチ（２）。
8. 前記ロッカレバー（１４）は第２の自由端に係止突起（１５ａ）を有し、前記アーマチュア（２１）は前記ロック位置で前記係止突起（１５ａ）に係合する、請求項１記載の安全スイッチ（２）。
9. 前記アーマチュア（２１）は旋回軸線を中心として旋回可能であり、旋回アーム（２１ａ）は、前記ロッカレバー（１４）に係合するレバーを形成しており、第２の旋回アームは、衝撃安定性を改善することができるカウンタウェイトを形成する、請求項１記載の安全スイッチ（２）。
10. 前記アクチュエータ（３）は基体（６）を有し、前記基体は結合要素（７）を介して前記アクチュエータヘッド（８）に接続されており、前記結合要素（７）の横断面は、前記アクチュエータヘッド（８）の横断面よりも小さい、請求項１記載の安全スイッチ（２）。

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