WO2003012998A1 - Vorrichtung zum überwachen einer schliessposition zweier relativ zueinander beweglicher teile, insbesondere zur verwendung als berührungsloser türkontaktschalter - Google Patents

Vorrichtung zum überwachen einer schliessposition zweier relativ zueinander beweglicher teile, insbesondere zur verwendung als berührungsloser türkontaktschalter Download PDF

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WO2003012998A1
WO2003012998A1 PCT/EP2002/007279 EP0207279W WO03012998A1 WO 2003012998 A1 WO2003012998 A1 WO 2003012998A1 EP 0207279 W EP0207279 W EP 0207279W WO 03012998 A1 WO03012998 A1 WO 03012998A1
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sensor
output signal
function
hall element
signal
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PCT/EP2002/007279
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Inventor
Jürgen PULLMANN
Norbert Pietsch
Original Assignee
Pilz Gmbh & Co.
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Publication date
Application filed by Pilz Gmbh & Co. filed Critical Pilz Gmbh & Co.
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    • H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03K—PULSE TECHNIQUE
    • H03K17/00—Electronic switching or gating, i.e. not by contact-making and –breaking
    • H03K17/94—Electronic switching or gating, i.e. not by contact-making and –breaking characterised by the way in which the control signals are generated
    • H03K17/945—Proximity switches
    • H03K17/95—Proximity switches using a magnetic detector
    • H03K17/9502—Measures for increasing reliability
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16P—SAFETY DEVICES IN GENERAL; SAFETY DEVICES FOR PRESSES
    • F16P3/00—Safety devices acting in conjunction with the control or operation of a machine; Control arrangements requiring the simultaneous use of two or more parts of the body
    • F16P3/08—Safety devices acting in conjunction with the control or operation of a machine; Control arrangements requiring the simultaneous use of two or more parts of the body in connection with the locking of doors, covers, guards, or like members giving access to moving machine parts
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    • H03K17/97—Switches controlled by moving an element forming part of the switch using a magnetic movable element
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    • H03K2217/945—Proximity switches
    • H03K2217/95—Proximity switches using a magnetic detector
    • H03K2217/958—Proximity switches using a magnetic detector involving transponders

Definitions

  • Device for monitoring a closed position of two parts which are movable relative to one another, in particular for use as a contactless door contact switch
  • the present invention relates to a device for monitoring a closed position of two relatively movable parts, in particular for use as a contactless door contact switch, with an actuator that contains at least a first magnetic element, and with a sensor that has at least one Hall element, wherein the Hall element generates a first output signal as a function of the first magnetic element.
  • the invention also relates to an arrangement with such a device and an external evaluation and switching device, which triggers a switching function as a function of an output signal from the sensor.
  • a generic device is known for example from DE 196 22 447 AI.
  • the device known from DE 196 22 447 AI has an actuator which has at least one magnetic element.
  • the known device On the sensor side, the known device has one or two Hall elements, the output signal of which is used to control a relay. The output-side contact of the relay is used to switch off a machine. This takes place when the actuator with the magnetic element is removed from the Hall element to such an extent that its output signal drops below a certain threshold value.
  • the known device also has a reed switch, which is also controlled as a function of the actuator. The switching position of the reed switch also has an effect on the switching state of the relay mentioned, so that the device as a whole has a certain redundancy and thus inherent error safety.
  • Another generic device is known from DE 198 40 620 Cl, the sensor of which also has a Hall element. There is also a coil arrangement that works in the manner of a transponder. The coil arrangement is redundant to the Hall element, which in turn achieves a certain intrinsic safety against malfunctions.
  • a coded arrangement of several first magnetic elements is used to prevent manipulation, which act on several correspondingly aligned Hall elements.
  • Measures of this type can in principle achieve increased security against manipulation and / or unintentional malfunctions. Depending on the specific implementation, however, the measures are complex and / or expensive.
  • the senor further has a window comparator to which the first output signal is fed, the window comparator generating a second output signal when the first output signal is within a predetermined signal range.
  • the output signal of the Hall element is subjected to a double check.
  • the output signal must exceed a first comparison threshold in order, for example, to ⁇ enable the start-up of a protected machine.
  • the output signal of the Hall element must not exceed a second higher comparison threshold, so that a signal window is formed to a certain extent in which the output signal of the Hall element must move in order to enable the machine to be started up.
  • the use of such a window comparator prevents manipulation of the device with any magnet.
  • a magnet with precisely defined properties must be brought into the area of the Hall element so that it generates an output signal that lies within the specified signal range (signal window).
  • the comparison thresholds of the window comparator can be set and varied in a simple and very cost-effective manner in the development and manufacture of the device according to the invention by means known per se (suitable dimensioning of resistors etc.).
  • the device according to the invention can therefore be constructed more simply and cost-effectively with the same safety requirements.
  • the senor also has at least one reed switch, which generates a third output signal as a function of the actuator.
  • the intrinsic safety of the device can be further increased by the additional use of the reed switch known per se.
  • the use of a reed switch in combination with a Hall element, the output signal of which is evaluated by a window comparator, offers a particularly simple and very inexpensive option, which nevertheless meets the highest security requirements.
  • the combination Hall element / reed switch also offers a particularly high level of security, since the combination-related diversity (difference in the monitoring circuits) makes the simultaneous failure of both monitoring circuits extremely unlikely.
  • the actuator contains at least one second magnetic element, the reed switch generating the third output signal as a function of the second element.
  • the actuator it is also possible for the actuator to have only one magnetic element which interacts with both the Hall element and the reed switch.
  • the aforementioned measure has the advantage that the circuit containing the reed switch can be completely separated from the circuit containing the Hall element, so that a completely two-channel design is possible. As a result, the intrinsic safety of the arrangement is further increased.
  • the senor has at least two Hall elements which deliver at least two first output signals.
  • the sensor for evaluating the two first output signals has at least two window comparators with at least partially different comparison thresholds.
  • This embodiment further develops the measure mentioned above, after which the individual Hall elements are evaluated separately from one another and with different window comparators.
  • This measure further increases the intrinsic safety in a way that is very simple, particularly in terms of production technology. Since the comparison thresholds of the window comparators can be dimensioned very simply and inexpensively, inexpensive manufacture is possible despite the increased security.
  • the senor contains a constant current source which feeds the at least one Hall element.
  • the current source can be switched off as a function of an external clock signal.
  • This configuration makes it possible to operate the device according to the invention in an arrangement in which faulty cross-circuits within the sensor and / or in connecting lines to the sensor can be detected. This enables a further increase in intrinsic safety against malfunctions.
  • the device according to the invention is preferably fed this configuration with clock signals which are generated by a subsequent external evaluation and switching device. Switching devices of this type are sold, for example, by the applicant of the present invention under the designation PNOZ or PSS, so that the further increased safety can be achieved without additional development or production expenditure.
  • FIG. 1 is a schematic representation of an embodiment of a device according to the invention
  • FIG. 2 shows a protective grille for securing a machine system, in which the device according to the invention from FIG. 1 is used by way of example,
  • Fig. 3 waveforms to explain the operation of a window comparator
  • Fig. 4 is a schematic representation of an arrangement using a device according to the invention.
  • the device 10 includes an actuator 12 and a sensor 14. As shown in FIG. 2, the device 10 preferably serves as a contactless door contact switch for protecting automated machines and the like, the actuator 12 generally being connected to a protective door 16 and 14 Sensor 14 are attached to the fixed part of a protective fence 18. The protective door 16 can be moved in the direction of the arrow 20 and thus enables controlled access to the danger area of the machine, not shown here.
  • the actuator 12 has two magnetic elements 22, 24, the magnetic element 22 being the first magnetic element in the terminology chosen here, while the element 24 is referred to as the second magnetic element. The two magnetic elements 22, 24 interact with the sensor 14 in the manner described below.
  • the sensor 14 is constructed here in two channels throughout, the first channel in its entirety being designated by the reference number 26 and the second channel by the reference number 28.
  • the second channel 28 essentially contains a reed switch 30, which is arranged in an evaluation circuit 32.
  • a resistor 34 for current limitation is located in series with the reed switch. Further circuit measures known per se for signal shaping, fault elimination and the like are not shown here for the sake of simplicity.
  • the evaluation circuit 32 has two connections 36, 38, via which an input signal can be fed in on the one hand and an output signal can be tapped on the other.
  • the output signal which is picked up here at connection 38, is the third output signal from sensor 14.
  • the first channel 26 has a Hall element 40, which is supplied with a constant current by a current source 42 in a manner known per se.
  • the output signal 44 of the Hall element 40 (in the chosen terminology the first output signal) is simultaneously fed to two amplifiers, each operated as a comparator different reference voltages together form a window comparator 46.
  • the different reference voltages are generated in a manner known per se using a resistor chain.
  • the output signal of the window comparator 46 is fed to a connection 48, at which a signal is thus available which is the second output signal in the terminology chosen here.
  • a clock signal can be applied to a further connection 50 in the manner described in more detail below, with which the current source 42 can be switched off cyclically.
  • FIG. 3 two waveforms are shown schematically, based on which the operation of the window comparator 46 can be seen.
  • the upper signal curve 60 shows the curve of the output signal 44 of the Hall element 40 when the actuator 12 with the magnetic element 22 is first moved into the area of the sensor 14 and is subsequently removed from it.
  • the Hall element 40 first generates an increasing output signal 44, which then remains largely constant when the protective door 16 is closed and the actuator 12 is thus at the smallest distance from the sensor 14. If the protective door 16 is opened, the magnetic field strength occurring in the area of the Hall element 40 decreases again, so that the output signal 44 also decreases.
  • the reference numbers 64 and 66 denote two comparison thresholds that span a signal area 68.
  • the signal range 68 corresponds to the monitoring window of the window comparator 46.
  • the lower signal curve 62 in FIG. 3 shows the output signal of the window comparator 46, that is to say the second output signal in the terminology chosen here.
  • the window comparator 46 generates a (here) positive signal level, which is held until the signal curve 60 falls below the lower comparison threshold 64 again.
  • the window comparator 46 also reduces the positive signal level when the signal curve 60 exceeds the upper comparison threshold 66, which is indicated here by the extrapolation 70.
  • the second output signal therefore only has a positive signal level if the first output signal of the Hall element 40 lies within the signal range 68.
  • the device 10 thus provides at its two connections 38, 48 two output signals, each of which has a first signal state when the actuator 12 is arranged in the region of the sensor 14, and which have a second different signal state when the actuator 12 is from the sensor 14 is removed.
  • the mutually redundant output signals of the reed switch 30 and the Hall element 40 can then be evaluated in a manner known per se in a fail-safe manner in order to switch off a monitored machine or the like.
  • the reed switch 30 in the device 10 is here "negatively" biased via a further magnetic element 80.
  • the magnetic element 80 holds the reed switch 30 in a closed state here, so that the reed switch 30 can only be activated by an opposite, stronger res magnetic field can be opened.
  • the reed switch 30, which is a make contact per se is made a break contact. In combination with the Hall element 40 shown here, this results in an even greater diversity.
  • suitable dimensioning of the magnetic element 80 can prevent the reed switch 30 from being actuated from the outside with any magnet, which further complicates manipulation.
  • the device 10 has a plurality of Hall elements 40 and / or reed switches 30.
  • the actuator 12 then preferably also has further magnetic elements 22, 24, which are arranged in coded form according to a particularly preferred embodiment. Coding is achieved in that the magnetic elements 22, 24 are aligned with different polarities, the correspondingly assigned Hall elements 40 and reed switches 30 being matched to the respective polarity. In this case, manipulation is made even more difficult since the sensor 14 can only deliver the desired output signals for starting up the machine if a correctly coded magnet arrangement is recognized.
  • the sensor 14 contains two largely identical channels 26, each of which has a Hall element 40. Diversity is achieved here because the Hall elements come from different manufacturers. For reasons of clarity, the structure of the channels 26 is not shown in detail here. however speaks to that in channel 26 in FIG. 1.
  • the window comparators 46 in the two channels are preferably matched to different comparison thresholds, to which the magnetic elements in the actuator 12 are adapted accordingly.
  • Reference number 90 denotes an evaluation and switching device which has redundant outputs 92, 94 in a manner known per se. Redundant switching elements 96, 98 are connected to the outputs 92, 94 in a manner known per se.
  • the evaluation and switching device 90 is capable of switching off, for example, a machine in two channels and thus in a fail-safe manner as a function of input signals supplied.
  • the evaluation and switching device 90 here is one that is sold by the applicant of the present invention under the type designation PNOZ.
  • the evaluation and switching device 90 provides external clock signals 100, 102 at two further outputs.
  • the clock signals 100, 102 are each led to the connections 50 of the channels 26 here. Due to the construction shown in more detail in FIG. 1, the current source 42 is switched off cyclically depending on the clock signals 100 and 102, respectively. As a result, the first output signal 44 of the Hall element 40 disappears even if the actuator 12 is arranged in the vicinity of the sensor 14. Since this signal change is determined by the evaluation and switching device 90, cross-circuit detection is possible on the connecting lines 104, 106 and within the sensor 14. In the exemplary embodiment shown here, the two clock signals 100, 102 are different in phase. An even more reliable cross-circuit detection is thus possible.
  • the arrangement shown in FIG. 4 contains different combinations of channels 26, 28, that is to say the arrangement shown in FIG. 4 can also be implemented with a sensor 14 which has reed switches 30.
  • the use of transponders and the like to further increase security is also possible.

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Switches That Are Operated By Magnetic Or Electric Fields (AREA)

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung (10) zum Überwachen einer Schliessposition zweier relativ zueinander beweglicher Teile, insbesondere zur Verwendung als berührungsloser Türkontaktschalter. Die Vorrichtung (10) beinhaltet einen Betätiger (12), der zumindest ein erstes magnetisches Element (22) aufweist. Des weiteren ist ein Sensor (14) vorhanden, der zumindest ein Hall-Element (40) aufweist. Das Hall-Element (40) erzeugt in Abhängigkeit von dem ersten magnetischen Element (22)ein erstes Ausgangssignal (44). Die Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass der Sensor ferner einen Fensterkomparator (46) aufweist, dem das erste Ausgangssignal zugeführt ist. Dabei erzeugt der Fensterkomparator (46) ein zweites Ausgangssignal (48), wenn das erste Ausgangssignal (44) innerhalb eines vorgegebenen Signalbereichs liegt.

Description

Vorrichtung zum Überwachen einer Schließposition zweier relativ zueinander beweglicher Teile, insbesondere zur Verwendung als berührungsloser Türkontaktschalter
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Überwachen einer Schließposition zweiter relativ zueinander beweglicher Teile, insbesondere zur Verwendung als berührungsloser Türkontaktschalter, mit einem Betätiger, der zumindest ein erstes magnetisches Element beinhaltet, und mit einem Sensor, der zumindest ein Hall-Element aufweist, wobei das Hall-Element in Abhängigkeit von dem ersten magnetischen Element ein erstes Ausgangssignal erzeugt.
Die Erfindung betrifft des weiteren auch eine Anordnung mit einer solchen Vorrichtung sowie einem externen Auswerte- und Schaltgerät, das in Abhängigkeit von einem Ausgangssignal des Sensors eine Schaltfunktion auslöst. Eine gattungsgemäße Vorrichtung ist beispielsweise aus der DE 196 22 447 AI bekannt.
Die aus der DE 196 22 447 AI bekannte Vorrichtung besitzt einen Betätiger, der zumindest ein magnetisches Element aufweist. Sensorseitig besitzt die bekannte Vorrichtung ein oder zwei Hall-Elemente, deren Ausgangssignal zum Ansteuern eines Relais verwendet wird. Der ausgangsseitige Kontakt des Relais dient zum Abschalten einer Maschine. Dies erfolgt dann, wenn der Betätiger mit dem magnetischen Element soweit von dem Hall- Element entfernt wird, daß dessen Ausgangssignal unter einen bestimmten Schwellwert abfällt. Die bekannte Vorrichtung besitzt des weiteren einen Reed-Schalter, der ebenfalls in Abhängigkeit von dem Betätiger angesteuert wird. Die Schaltstellung des Reed-Schalters wirkt sich ebenfalls auf den Schaltzustand des genannten Relais aus, so daß die Vorrichtung insgesamt eine gewisse Redundanz und damit Eigenfehlersicherheit besitzt.
Aus der DE 198 40 620 Cl ist eine weitere gattungsgemäße Vorrichtung bekannt, deren Sensor auch ein Hall-Element aufweist. Außerdem ist eine Spulenanordnung vorhanden, die in der Art eines Transponders arbeitet. Die Spulenanordnung ist redundant zu dem Hall-Element, wodurch wiederum eine gewisse Eigensicherheit gegenüber Fehlfunktionen erreicht wird.
Eine weitere gattungsbildende Vorrichtung ist aus der DE 199 28 641 Cl bekannt. Eine Redundanz wird hier durch die Kombination eines Transponders mit einem Hall-Element oder einem Reed- Schalter erreicht. Allen bekannten Vorrichtungen ist gemeinsam, daß das Ausgangssignal des Hall-Elements im wesentlichen direkt ausgewertet wird, das heißt das Ausgangssignal des Hall-Elements nimmt im direkten Einfluß darauf, ob die abgesicherte Maschine abgeschaltet wird oder nicht. Betrachtet man das Hall-Element für sich genommen, könnte dabei ein Abschalten der Maschine trotz geöffneter Sicherheitstüre umgangen werden r indem ein beliebiger Magnet in den Bereich des Hall-Elements gebracht wird. Um derartige Manipulationen zu vermeiden, sind zusätzliche Sicherheitsmaßnahmen erforderlich, die bei den beiden zuletzt genannten Vorrichtungen beispielsweise die Verwendung der Transponder beinhalten. In einem Ausführungsbeispiel der DE 196 22 447 AI findet zur Verhinderung von Manipulationen eine codierte Anordnung von mehreren ersten magnetischen Elementen Anwendung, die auf mehrere entsprechend ausgerichtete Hall-Elemente einwirken. Mit derartigen Maßnahmen läßt sich grundsätzlich eine erhöhte Sicherheit gegenüber Manipulationen und/oder unbeabsichtigte Fehlfunktionen erreichen. Je nach konkreter Realisierung sind die Maßnahmen jedoch aufwendig und/oder teuer.
Vor diesem Hintergrund ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Vorrichtung der eingangs genannten Art anzugeben, die eine einfache und kostengünstige Alternative zu den bekannten Vorrichtungen darstellt, wobei zumindest gleichbleibende, wenn nicht gar höhere Sicherheitsanforderungen erfüllt werden sollen.
Diese Aufgabe wird bei der eingangs genannten Vorrichtung dadurch gelöst, daß der Sensor ferner einen Fensterkomparator aufweist, dem das erste Ausgangssignal zugeführt ist, wobei der Fensterkomparator ein zweites Ausgangssignal erzeugt, wenn das erste Ausgangssignal innerhalb eines vorgegebenen Signalbereichs liegt.
Durch die Verwendung des Fensterkomparators wird das Ausgangssignal des Hall-Elements einer doppelten Überprüfung unterzogen. Das Ausgangssignal muß einerseits eine erste Vergleichsschwelle überschreiten, um beispielsweise ■ die Inbetriebnahme einer abgesicherten Maschine zu ermöglichen. Andererseits darf das Ausgangssignal des Hall-Elements jedoch eine zweite höhere Vergleichsschwelle nicht überschreiten, so daß gewissermaßen ein Signalfenster gebildet wird, in dem sich das Ausgangssignal des Hall-Elements bewegen muß, um die Inbetriebnahme der Maschine zu ermöglichen. Durch die Verwendung eines solchen Fensterkomparators wird eine Manipulation der Vorrichtung mit einem beliebigen Magneten ausgeschlossen. Um nämlich ein Freigabesignal für die Inbetriebnahme einer abgesicherten Maschine zu erhalten, muß ein Magnet mit exakt definierten Eigenschaften in den Bereich des Hall-Elements gebracht werden, damit dieses ein Ausgangssignal erzeugt, das innerhalb des vorgegebenen Signalbereichs (Signalfenster) liegt. Die Vergleichsschwellen des Fensterkomparators können bei der Entwicklung und Herstellung der erfindungsgemäßen Vorrichtung mit an sich bekannten Mitteln (geeignete Dimensionierung von Widerständen etc.) auf einfache und sehr kostengünstige Weise eingestellt und auch variiert werden. Die erfindungsgemäße Vorrichtung kann daher bei gleichbleibenden Sicherheitsanforderungen einfacher und kostengünstiger aufgebaut werden.
In einer Ausgestaltung der Erfindung weist der Sensor ferner zumindest einen Reed-Schalter auf, der in Abhängigkeit von dem Betätiger ein drittes Ausgangssignal erzeugt. Durch die zusätzliche Verwendung des an sich bekannten Reed- Schalters läßt sich die Eigensicherheit der Vorrichtung weiter erhöhen. Dabei bietet die Verwendung eines Reed-Schalters in Kombination mit einem Hall-Element, dessen Ausgangssignal über einen Fensterkomparator ausgewertet wird, eine besonders einfache und sehr kostengünstige Möglichkeit, die trotzdem höchsten Sicherheitsanforderungen genügt. Die Kombination Hall-Element/ Reed-Schalter bietet zudem eine besonders hohe Sicherheit, da die kombinationsbedingte Diversität (Verschiedenheit der Überwachungskreise) der gleichzeitige Ausfall beider Überwachungskreise extrem unwahrscheinlich wird.
Eine noch größere Steigerung der Sicherheit gegenüber Manipulationen kann zudem dadurch erreicht werden, daß zumindest der Reed-Schalter magnetisch "negativ" vorgespannt wird, so daß auch hier das magnetische Element im Betätiger eine vorgegebene Feldstärke überschreiten muß.
In einer weiteren Ausgestaltung beinhaltet der Betätiger zumindest ein zweites magnetisches Element, wobei der Reed-Schalter das dritte Ausgangssignal in Abhängigkeit von dem zweiten Element erzeugt .
Alternativ zu dieser Ausgestaltung ist es auch möglich, daß der Betätiger nur ein magnetisches Element aufweist, das sowohl mit dem Hall-Element als auch mit dem Reed-Schalter zusammenwirkt. Die zuvor genannte Maßnahme besitzt demgegenüber den Vorteil, daß der Kreis, der den Reed-Schalter enthält, vollständig von dem Kreis, der das Hall-Element enthält, getrennt werden kann, so daß eine vollständig zweikanalige Auslegung möglich wird. Hierdurch ist die Eigensicherheit der Anordnung nochmals erhöht.
In einer weiteren Ausgestaltung weist der Sensor zumindest zwei Hall-Elemente auf, die zumindest zwei erste Ausgangssignale liefern.
Durch die Verwendung zusätzlicher Hall-Elemente wird die Redundanz der Anordnung und damit die Eigensicherheit gegenüber Fehlfunktionen und/oder Manipulationen noch weiter gesteigert.
In einer weiteren Ausgestaltung weist der Sensor zur Auswertung der zwei ersten Ausgangssignale zumindest zwei Fensterkompara- toren mit zumindest teilweise verschiedenen Vergleichsschwellen auf.
Diese Ausgestaltung bildet die zuvor genannte Maßnahme weiter, wobei hiernach die einzelnen Hall-Elemente getrennt von einander und mit unterschiedlichen Fensterkomparatoren ausgewertet werden. Durch diese Maßnahme wird die Eigensicherheit auf eine vor allem in produktionstechnischer Hinsicht sehr einfache Weise noch weiter erhöht. Da die Vergleichsschwellen der Fensterkomparatoren sehr einfach und kostengünstig dimensioniert werden können, ist trotz der nochmals erhöhten Sicherheit eine kostengünstige Herstellung möglich.
In einer weiteren Ausgestaltung beinhaltet der Sensor eine Kon- stant-Stro quelle, die das zumindest eine Hall-Element speist.
Es ist an sich bekannt, daß ein Hall-Element zum bestimmungsgemäßen Betrieb von einem Strom durchflössen sein muß. Die Anord- nung einer Konstant-Stromquelle innerhalb des Sensors führt darüber hinaus jedoch zu exakt definierten Verhältnissen innerhalb des Sensors, wodurch die Vergleichsschwellen des bzw. der Fensterkomparatoren sehr exakt und fein abgestimmt werden können. Auch durch diese Maßnahme wird die Sicherheit der Vorrichtung gegen Manipulationen noch weiter gesteigert.
In einer weiteren Ausgestaltung ist die Stromquelle in Abhängigkeit von einem externen Taktsignal ausschaltbar.
Diese Ausgestaltung ermöglicht es, die erfindungsgemäße Vorrichtung in einer Anordnung zu betreiben, bei der fehlerhafte Querschlüsse innerhalb des Sensors und/oder in Verbindungsleitungen zum Sensor erkannt werden können. Damit ist eine weitere Erhöhung der Eigensicherheit gegenüber Fehlfunktionen möglich. Bevorzugt wird die erfindungsgemäße Vorrichtung diese Ausgestaltung mit Taktsignalen gespeist, die von einem nachfolgenden, externen Auswerte- und Schaltgerät erzeugt werden. Derartige Schaltgeräte werden beispielsweise von der Anmelderin der vorliegenden Erfindung unter der Bezeichnung PNOZ bzw. PSS vertrieben, so daß die nochmals erhöhte Sicherheit ohne zusätzlichen Entwicklungs- oder Produktionsaufwand erreichbar ist.
Es versteht sich, daß die vorstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen. Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Vorrichtung,
Fig. 2 ein Schutzgitter zur Absicherung einer Maschinenanlage, bei dem die erfindungsgemäße Vorrichtung aus Fig. 1 beispielhaft Verwendung findet,
Fig. 3 Signalverläufe zu Erläuterung der Funktionsweise eines Fensterkomparators, und
Fig. 4 eine schematische Darstellung einer Anordnung unter Verwendung einer erfindungsgemäßen Vorrichtung.
In Fig. 1 ist eine erfindungsgemäße Vorrichtung in ihrer Gesamtheit mit der Bezugsziffer 10 bezeichnet.
Die Vorrichtung 10 beinhaltet einen Betätiger 12 sowie einen Sensor 14. Wie in Fig. 2 dargestellt, dient die Vorrichtung 10 bevorzugt als berührungsloser Türkontaktschalter zur Absicherung von automatisiert arbeitenden Maschinen und dergleichen, wobei der Betätiger 12 in der Regel an einer Schutztür 16 und, der Sensor 14 an dem feststehenden Teil eines Schutzzauns 18 befestigt sind. Die Schutztür 16 kann in Richtung des Pfeils 20 bewegt werden und ermöglicht somit einen kontrollierten Zutritt in den Gefahrenbereich der hier nicht dargestellten Maschine. Der Betätiger 12 besitzt in dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel zwei magnetische Elemente 22, 24, wobei das magnetische Element 22 in der hier gewählten Terminologie das erste magnetische Element ist, während das Element 24 als zweites magnetisches Element bezeichnet wird. Die beiden magnetischen Elemente 22, 24 wirken in der nachfolgend beschriebenen Weise mit dem Sensor 14 zusammen.
Der Sensor 14 ist hier durchgehend zweikanalig aufgebaut, wobei der erste Kanal in seiner Gesamtheit mit der Bezugsziffer 26 und der zweite Kanal mit der Bezugsziffer 28 bezeichnet sind. Der zweite Kanal 28 beinhaltet im wesentlichen einen Reed- Schalter 30, der in einem Auswertekreis 32 angeordnet ist. Seriell zu dem Reed-Schalter befindet sich ein Widerstand 34 zur Strombegrenzung. Weitere an sich bekannte Schaltungsmaßnahmen zur Signalformung, Störbeseitigung und dergleichen sind der Einfachheit halber hier nicht näher dargestellt.
Der Auswertekreis 32 besitzt zwei Anschlüsse 36, 38, über die einerseits ein Eingangssignal eingespeist werden kann und andererseits ein Ausgangssignal abgreifbar ist. Das Ausgangssignal, das hier beispielsweise am Anschluß 38 abgegriffen wird, ist in der hier gewählten Terminologie das dritte Ausgangssignal des Sensors 14.
Der erste Kanal 26 besitzt in diesem Ausführungsbeispiel ein Hall-Element 40, das von einer Stromquelle 42 in an sich bekannter Weise mit einem konstanten Strom gespeist wird. Das Ausgangssignal 44 des Hall-Elements 40 (in der gewählten Terminologie das erste Ausgangssignal) ist gleichzeitig zwei jeweils als Komparator betriebenen Verstärkern zugeführt, die aufgrund unterschiedlicher Vergleichsspannungen gemeinsam einen Fensterkomparator 46 bilden. Die unterschiedlichen Vergleichsspannungen werden in an sich bekannter Weise mit Hilfe einer Widerstandskette erzeugt. Das Ausgangssignal des Fensterkomparators 46 ist auf einen Anschluß 48 geführt, an dem somit ein Signal bereit steht, das in der hier gewählten Terminologie das zweite Ausgangssignal ist. An einen weiteren Anschluß 50 kann in der nachfolgend näher beschriebenen Weise ein Taktsignal angelegt werden, mit dem die Stromquelle 42 zyklisch abschaltbar ist.
In Fig. 3 sind zwei Signalverläufe schematisch dargestellt, anhand derer die Funktionsweise des Fensterkomparators 46 erkennbar ist. Der obere Signalverlauf 60 zeigt den Verlauf des Ausgangssignals 44 des Hall-Elements 40, wenn der Betätiger 12 mit dem magnetischen Element 22 zunächst in den Bereich des Sensors 14 bewegt wird und anschließend von diesem wieder entfernt wird. In Abhängigkeit von der zunehmenden magnetischen Feldstärke erzeugt das Hall-Element 40 zunächst ein ansteigendes Ausgangssignal 44, das anschließend weitgehend konstant bleibt, wenn die Schutztür 16 geschlossen ist und der Betätiger 12 damit den geringsten Abstand zum Sensor 14 aufweist. Wird die Schutztür 16 geöffnet, nimmt die im Bereich des Hall-Elements 40 auftretende magnetische Feldstärke wieder ab, so daß da Ausgangssignal 44 ebenfalls zurückgeht.
Mit den Bezugsziffern 64 und 66 sind zwei Vergleichsschwellen bezeichnet, die einen Signalbereich 68 aufspannen. Der Signal- bereiσh 68 entspricht dem Überwachungsfenster des Fensterkomparators 46. Der untere Signalverlauf 62 in Fig. 3 zeigt das Ausgangssignal des Fensterkomparators 46, das heißt das zweite Ausgangssignal in der hier gewählten Terminologie. Sobald der Signalverlauf 60 die untere Vergleichsschwelle 64 überschreitet, erzeugt der Fensterkomparator 46 einen (hier) positiven Signalpegel, der so lange gehalten wird, bis der Signalverlauf 60 die untere Vergleichsschwelle 64 wieder unterschreitet. Darüber hinaus nimmt der Fensterkomparator 46 den positiven Signalpegel auch zurück, wenn der Signalverlauf 60 die obere Vergleichsschwelle 66 überschreitet, was hier durch die Extrapolation 70 angedeutet ist. Das zweite Ausgangssignal weist daher im vorliegenden Ausführungsbeispiel nur dann einen positiven Signalpegel auf, wenn das erste Ausgangssignal des Hall-Elements 40 innerhalb des Signalbereichs 68 liegt.
Die Vorrichtung 10 liefert an ihren beiden Anschlüssen 38, 48 somit zwei Ausgangssignale, die jeweils einen ersten Signalzustand aufweisen, wenn der Betätiger 12 im Bereich des Sensors 14 angeordnet ist, und die einen zweiten unterschiedlichen Signalzustand aufweisen, wenn der Betätiger 12 von dem Sensor 14 entfernt ist. Die zueinander redundanten Ausgangssignale des Reed-Schalters 30 und des Hall-Elements 40 lassen sich dann in an sich bekannter Weise fehlersicher auswerten, um eine überwachte Maschine oder dergleichen abzuschalten.
Gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung ist der Reed-Schalter 30 bei der Vorrichtung 10 hier über ein weiteres magnetisches Element 80 "negativ" vorgespannt. Dies bedeutet, daß das magnetische Element 80 den Reed-Schalter 30 hier in einem geschlossenen Zustand hält, so daß der Reed- Schalter 30 nur durch ein entgegengesetzt gerichtetes, stärke- res Magnetfeld geöffnet werden kann. Auf diese Weise wird hier der Reed-Schalter 30, der an sich ein Schließer ist, zu einem Öffner gemacht. In Kombination mit dem hier gezeigten Hall- Element 40 erhält man dadurch eine noch größere Diversität. Außerdem kann durch geeignete Dimensionierung des magnetischen Elements 80 verhindert werden, daß der Reed-Schalter 30 von außen mit einem beliebigen Magneten betätigt werden kann, was eine Manipulation weiter erschwert.
In weiteren Ausführungsbeispielen (hier nicht dargestellt) besitzt die Vorrichtung 10 mehrere Hall-Elemente 40 und/oder Reed-Schalter 30. Bevorzugt weist dann auch der Betätiger 12 weitere magnetische Elemente 22, 24 auf, die gemäß einer besonders bevorzugten Ausführung codiert angeordnet sind. Eine Codierung wird dadurch erreicht, daß die magnetischen Elemente 22, 24 mit unterschiedlicher Polarität ausgerichtet sind, wobei die entsprechend zugeordneten Hall-Elemente 40 und Reed- Schalter 30 auf die jeweilige Polarität abgestimmt sind. In diesem Fall ist eine Manipulation noch weiter erschwert, da der Sensor 14 die gewünschten Ausgangssignale zur Inbetriebnahme der Maschine nur dann liefern kann, wenn eine richtig codierte Magnetanordnung erkannt wird.
In Fig. 4 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt, wobei gleiche Bezugszeichen dieselben Elemente bezeichnen wie zuvor. In diesem Ausführungsbeispiel beinhaltet der Sensor 14 zwei weitgehend identisch aufgebaute Kanäle 26, die jeweils ein Hall-Element 40 aufweisen. Eine Diversität wird hier erreicht, indem die Hall-Elemente von verschiedenen Herstellern stammen. Aus Gründen der Übersichtlichkeit ist der Aufbau der Kanäle 26 hier im Detail nicht dargestellt, er ent- spricht jedoch demjenigen in Kanal 26 in Fig. 1. Bevorzugt sind die Fensterkomparatoren 46 in den beiden Kanälen auf unterschiedliche Vergleichsschwellen abgestimmt, worauf die magnetischen Elemente im Betätiger 12 entsprechend angepaßt sind.
Mit der Bezugsziffer 90 ist ein Auswerte- und Schaltgerät bezeichnet, das in an sich bekannter Weise über redundante Ausgänge 92, 94 verfügt. Mit den Ausgängen 92, 94 sind in ebenfalls an sich bekannter Weise redundante Schaltelemente 96, 98 verbunden. Das Auswerte- und Schaltgerät 90 ist in der Lage, in Abhängigkeit von zugeführten Eingangssignalen beispielsweise eine Maschine zweikanalig und damit fehlersicher abzuschalten. Beispielsweise handelt es sich bei dem Auswerte- und Schaltgerät 90 hier um eines, das von der Anmelderin der vorliegenden Erfindung unter der Typenbezeichnung PNOZ vertrieben wird.
Das Auswerte- und Schaltgerät 90 stellt an zwei weiteren Ausgängen externe Taktsignale 100, 102 bereit. Die Taktsignale 100, 102 sind hier jeweils an die Anschlüsse 50 der Kanäle 26 geführt. Aufgrund des in Fig. 1 näher dargestellten Aufbaus wird die Stromquelle 42 hier in Abhängigkeit von den Taktsignalen 100 bzw. 102 zyklisch abgeschaltet. Infolgedessen verschwindet das erste Ausgangssignal 44 der Hall-Element 40, auch wenn der Betätiger 12 in der Nähe des Sensors 14 angeordnet ist. Da dieser Signalwechsel von dem Auswerte- und Schaltgerät 90 determiniert hervorgerufen wird, ist eine Querschlußerkennung auf den Verbindungsleitungen 104, 106 sowie innerhalb des Sensors 14 möglich. In dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel sind die beiden Taktsignal 100, 102 phasenverschieden. Damit ist eine noch zuverlässigere Querschlußerkennung möglich.
In weiteren Ausführungsbeispielen der Erfindung beinhaltet die in Fig. 4 dargestellte Anordnung unterschiedliche Kombinationen von Kanälen 26, 28, das heißt die in Fig. 4- dargestellte Anordnung kann auch mit einem Sensor 14 realisiert sein, der Reed- Schalter 30 aufweist. Darüber hinaus ist auch die Verwendung von Transpondern und dergleichen zur weiteren Erhöhung der Sicherheit möglich.

Claims

Patentansprüche
1. Vorrichtung zum Überwachen einer Schließposition zweier relativ zueinander beweglicher Teile (16, 18), insbesondere zur Verwendung als berührungsloser TürkontaktSchalter, mit einem Betätiger (12), der zumindest ein erstes magnetisches Element (22) beinhaltet, und mit einem Sensor (14), der zumindest ein Hall-Element (40) aufweist, wobei das Hall-Element (40) in Abhängigkeit von dem ersten magnetischen Element (22) ein erstes Ausgangssignal (44) erzeugt, dadurch gekennzeichnet, daß der Sensor (14) ferner einen Fensterkomparator (46) aufweist, dem das erste Ausgangssignal (44) zugeführt ist, wobei der Fensterkomparator (46) ein zweites Ausgangssignal (48) erzeugt, wenn das erste Ausgangssignal (44) innerhalb eines vorgegebenen Signalbereichs (68) liegt.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Sensor (14) ferner zumindest einen Reed-Schalter (30) aufweist, der in Abhängigkeit von dem Betätiger (12) ein drittes Ausgangssignal (38) erzeugt.
3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Betätiger (12) zumindest ein zweites magnetisches Element (24) beinhaltet, wobei der Reed-Schalter (30) das dritte Ausgangssignal (38) in Abhängigkeit von dem zweiten Element (24) erzeugt.
4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3 , dadurch gekennzeichnet, daß der Sensor (14) zumindest zwei Hall- Elemente (22) aufweist, die zumindest zwei erste Ausgangssignale (44) liefern.
Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Sensor (14) zur Auswertung der zwei ersten Ausgangssignale (44) zumindest zwei Fensterkomparatoren (46) mit zumindest teilweise verschiedenen Vergleichsschwellen (64, 66) aufweist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Sensor (14) eine Konstant-Stromquelle (42) beinhaltet, die das zumindest eine Hall- Element (40) speist.
Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Stromquelle (42) in Abhängigkeit von einem externen Taktsignal (100, 102) ausschaltbar ist.
Anordnung bestehend aus einer Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7 sowie einem externen Auswerte- und Schaltgerät (90), wobei das externe Auswerte- und Schaltgerät (90) in Abhängigkeit von einem Ausgangssignal (38, 44, 48) des Sensors eine Schaltfunktion auslöst, dadurch gekennzeichnet, daß das externe Auswerte- und Schaltgerät (90) ein externes Taktsignal (100, 102) bereitstellt, welches dem Sensor (14) zugeführt ist, wobei der Sensor zumindest das zweite Ausgangssignal (44) in Abhängigkeit von dem Taktsignal (100, 102) ändert.
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