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Die
Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Überwachen des Zustandes einer
Schutzeinrichtung einer Maschine, insbesondere einen Sicherheitsschalter
mit Zuhaltefunktion.
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Aus
der
DE 43 28 297 C1 ist
ein Sicherheitsschalter bekannt, in dessen Schalterkopf ein beispielsweise
an einer Schutztür
einer Schutzeinrichtung festgelegter mechanischer codierter Betätiger eintreten
kann und dabei ein Schaltrad dreht. Innerhalb des Schaltergehäuses ist
ein Schaltstößel in Anlage
an der Umfangsfläche
des Schaltrades gehalten. Bei vorgebbarem Drehwinkel, weicher der
geschlossenen Position der Schutztür entspricht, rastet der Schaltstößel in eine
hierfür
auf der Umfangsfläche
des Schaltrades vorgesehene Rastvertiefung ein und schließt dadurch
ein Kontaktpaar. Auf diese Weise ist der eingeführte Zustand des Betätigers und
mithin beispielsweise die geschlossene Position der Schutztür elektrisch
signalisierbar.
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Für viele
Anwendungen, beispielsweise bei Schutzhauben an Werkzeugmaschinen
oder dergleichen, ist es erforderlich, dass der Sicherheitsschalter zudem
eine Zuhaltefunktion bereitstellt, d. h. dass der Betätiger in
dem Schalterkopf arretierbar ist, insbesondere hinsichtlich des
Herausführens
aus dem Schalterkopf arretierbar ist. Bei dem bekannten Sicherheitsschalter
wird hierzu der Schaltstößel federkraftbelastet
oder magnetkraftbelastet in der Rastvertiefung gehalten, und somit
eine Drehbewegung der Kurvenscheibe blockiert.
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Aus
der
DE 296 09 012
U1 ist eine Vorrichtung nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs
1 bekannt, bei welcher der Sicherheitsschalter eine Schaltklinke
mit einem Aufnahmeschlitz für
den Betätiger
aufweist, die beim Einführen
des Betätigers
in die Vorrichtung gedreht wird und dadurch einen Schalterstößel betätigt. Die
Zuhalteeinrichtung ist durch einen Riegel gebildet, der lotrecht
zur Längsachse
eines Schalterstößels bewegbar
ist und bei eingeführtem
Betätiger
in den Anfangsbereich des Aufnahmeschlitzes bewegt werden kann und
dadurch die Schaltklinke arretiert, so dass ein Zurückziehen
des Betätigers
nicht möglich
ist.
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Aus
der
EP 0 939 415 A1 zeigt
einen Sicherheitsschalter mit einem Schaltrad, das durch das Einführen eines
zu dem Sicherheitsschalter zugehörigen Betätigers drehbar
ist und dadurch einen Schalterstößel betätigt. Links
und rechts von dem Schaltrad ist jeweils eine Verriegelungsplatte
mit einer Sperrklinke angeordnet, die in einer Ausgangsstellung
bei nicht gestecktem Betätiger
in eine Öffnung
im Schaltrad eingreift und das Schaltrad dadurch blockiert. Nur
durch das Einführen
des zugehörigen
schlüsselartigen
Betätigers
können
die Verriegelungsplatten geschwenkt werden und die Sperrklinke kommt
dadurch außer
Eingriff mit dem Schaltrad. Beim weiteren Einführen des Betätigers wird
das Schaltrad gedreht.
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Bei
den bekannten Sicherheitsschaltern ist es erforderlich, dass der
Betätiger
mit dem Schalterkopf nach einem Schlüssel/Schloss-Prinzip zusammenwirkt,
was eine ausreichend genaue Führung
der Bewegung des Betätigers
erfordert, mithin in der Regel eine ausreichend genaue Führung der
Schutztür oder
dergleichen. Bezüglich
dieses Aspektes ist es aus dem Stand der Technik bekannt, Betätiger zu verwenden,
die eine beschränkte
Beweglichkeit aufweisen, beispielsweise verschwenkbar, verbiegbar oder
dergleichen sind. Bei großen
Schutzeinrichtungen und/oder beweglichen Teilen mit hoher Masse sind
darüber
hinaus große
Zuhaltekräfte
bereitzustellen.
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Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine gattungsgemäße Vorrichtung
bereitzustellen, welche die Nachteile des Standes der Technik überwindet.
Insbesondere soll eine Vorrichtung mit einer Zuhalteeinrichtung
bereitgestellt werden, die auch bei ungenauen Führungen des beweglichen Teils
der Schutzeinrichtung und/oder bei beweglichen Teilen mit hoher
Masse dauerhaft zuverlässig
eine exakte Zuhaltung gewährleistet
und dabei große
Zuhaltekräfte
mit konstruktiv einfachen Mitteln kostengünstig und robust bereitstellen
kann. Die Herstellung, Montage und Wartung der Vorrichtung soll
vereinfacht und dadurch zeit- und kostensparend sein.
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Diese
Aufgabe ist durch die im Anspruch 1 bestimmte Vorrichtung gelöst. Besondere
Ausführungsarten
der Erfindung sind in den Unteransprüchen bestimmt.
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Erfindungsgemäß ist die
Aufgabe bei einer Vorrichtung zum Überwachen des Zustandes einer Schutzeinrichtung
einer Maschine, insbesondere des geschlossenen Zustandes einer Schutztür oder dergleichen,
wobei die Schutzeinrichtung ein erstes Teil mit einer Öffnung und
ein zweites Teil aufweist, das gegenüber dem ersten Teil beweglich
ist und dadurch die Öffnung
mindestens teilweise schließbar
ist, und die Vorrichtung einen Sicherheitsschalter aufweist, der
ein vorzugsweise am ersten Teil der Schutzeinrichtung anzuordnendes
Schalterelement und einen vorzugsweise am zweiten Teil der Schutzeinrichtung anzuordnenden
Betätiger
aufweist, der im geschlossenen Zustand der Schutzeinrichtung eine
Betätigung
des Schalterelements bewirkt und dadurch der geschlossene Zustand
der Schutzeinrichtung signalisierbar und überwachbar ist, und wobei durch
eine Zuhalteeinrichtung die geschlossene Position der Schutzeinrichtung
lösbar
arretierbar ist, dadurch gelöst,
dass die Zuhalteeinrichtung zwei bewegbar gelagerte Klinkenelemente
aufweist, mit denen der Betätiger
beim Schließen
der Schutzeinrichtung in Eingriff bringbar ist und dabei das zweite
Klinkenelement ein Zuhalteelement freigibt, welches in eine Öffnung des
ersten Klinkenelements eingreift und dieses dadurch in seiner Beweglichkeit
so weit einschränkt, dass
der Betätiger
nicht aus der Zuhalteeinrichtung herausführbar ist und dadurch die Schutzeinrichtung in
der geschlossenen Position arretiert ist.
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Vorzugsweise
ist das Zuhalteelement als Anker eines Elektromagneten ausgebildet
und kann magnetkraftbelastet oder federkraftbelastet beispielsweise
in Anlage an dem zweiten Klinkenelement gehalten sein.
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Durch
die Bewegung des Betätigers
beim Schließen
der Schutzeinrichtung wird das zweite Klinkenelement so bewegt,
dass dieses das Zuhalteelement freigibt. Beispielsweise weist das
zweite Klinkenelement hierzu eine Durchgangsöffnung für den Durchtritt des Zuhalteelements
auf, die beim Verschieben oder Verdrehen des zweiten Klinkenelements
in eine Position vor dem Zuhalteelement geführt wird, woraufhin dieses
in die Öffnung
eintritt oder durch diese hindurchtritt. Das zweite Klinkenelement
kann beispielsweise um eine Schwenkachse drehbar sein und das Zuhalteelement
kann parallel zur Schwenkachse des zweiten Klinkenelements geradlinig
bewegbar sein. An der Anlagefläche
für das Zuhalteelement
kann das zweite Klinkenelement eine Topographie aufweisen, sodass
die Position des zweiten Klinkenelements und mithin die jeweilige
Position des beweglichen Teils der Schutzeinrichtung durch eine
von mehreren möglichen
Schaltpositionen des Schalterelements signalisierbar ist.
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Vorzugsweise
blockiert das zweite Klinkenelement in einer Ausgangsposition bei
nicht eingeführtem
Betätiger,
d. h. bei offener Schutzeinrichtung, die Bewegung des Zuhalteelements.
Nach Freigabe des Zuhalteelements greift dieses vorzugsweise in
eine Rastöffnung
des ersten Klinkenelements ein und blockiert dieses vollständig oder
jedenfalls so weit, dass der Betätiger
nicht aus der Zuhalteeinrichtung herausführbar ist, mithin der bewegliche
Teil der Schutzeinrichtung nicht geöffnet werden kann.
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In
einer besonderen Ausführungsart
der Erfindung sind die beiden Klinkenelemente um zueinander parallele
Schwenkachsen schwenkbar. Vorzugsweise sind die beiden Klinkenelemente
in Richtung der Bewegung des Zuhalteelements hintereinander angeordnet,
wobei der Lagerzapfen eines Klinkenelements einen mechanischen Anschlag
für die Schwenkbewegung
des anderen Klinkenelements bilden kann, insbesondere der Lagerzapfen
eines Klinkenelements in ein Langloch des anderen Klinkenelements
eingreift. Das Zuhalteelement kann zwischen den beiden Schwenkachsen
angeordnet sein.
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In
einer besonderen Ausführungsart
der Erfindung sind die beiden Klinkenelemente flächig ausgebildet, wobei die
Flächennormale
jeweils parallel zu der Schwenkachse des Klinkenelements ist. Dadurch
lassen sich mit konstruktiv einfachen Mitteln hohe Zuhaltekräfte realisieren.
Außerdem
ist es dadurch möglich,
durch einen in Axialrichtung relativ langgestreckten Betätiger einen
großen
geometrischen Wirkungsquerschnitt zwischen Betätiger und Klinkenelementen
zu realisieren, sodass auch bei sehr ungenauen Führungen für das zweite Teil der Schutzeinrichtung
ein sicheres Zusammenwirken des Betätigers mit der Zuhalteeinrichtung
gewährleistet
ist.
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Vorteilhaft
ist außerdem,
dass bei einer erfindungsgemäßen Ausgestaltung
der Vorrichtung mit einem verhältnismäßig kurzen
Hub des Zuhalteelementes, insbesondere des zugehörigen Elektromagneten, eine
sichere Zuhaltung mit hohen Zuhaltekräften realisierbar ist. So beträgt der erforderliche
Hub beispielsweise weniger als 10 mm, insbesondere etwa 5 mm. Dadurch
ist es auch möglich,
die bereits in den bekannten Sicherheitsschaltern verwendeten Elektromagneten
einzusetzen, bei denen das Zuhalteelement integral mit dem Schaltstößel des
Schalterelements ausgebildet ist.
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Das
erste Klinkenelement weist vorzugsweise eine Anlaufflanke und eine
Sperrflanke für
den Betätiger
auf. Beim Schließen
der Schutzeinrichtung kommt der Betätiger zunächst in Anlage an die Anlaufflanke,
die geradlinig oder gekrümmt
sein kann. Vorzugsweise wird dadurch das erste Klinkenelement in
einer ersten Richtung bewegt, beispielsweise in einer ersten Drehrichtung
verschwenkt. An die Anlaufflanke schließt sich mittelbar oder unmittelbar eine
Sperrflanke an, wobei während
des Schließens die
Anlage des Betätigers
an der Sperrflanke mit einer rücklaufenden
Bewegung des ersten Klinkenelements verbunden ist, insbesondere
mit einem Zurückschwenken.
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Die
Anlaufflanke und Sperrflanke schließen vorzugsweise einen stumpfen
Winkel ein, insbesondere einen Winkel zwischen 90 und 150°. Das erste Klinkenelement
bildet vorzugsweise eine Zuhalteklinke für den Betätiger und mithin für die Schutzeinrichtung.
Das zweite Klinkenelement dient demgegenüber im Wesentlichen als Fehlschließsicherung,
da eine den Betätiger
arretierende Position des Zuhalteelements erst eingenommen werden
kann, wenn das zweite Klinkenelement um einen vorgebbaren Betrag aus
seiner Ausgangsposition herausbewegt ist, insbesondere herausgeschwenkt
ist.
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Anstelle
von Schwenkbewegungen der beiden Klinkenelemente kann ein Klinkenelement
oder können
beide Klinkenelemente auch translatorische und kombinierte translatorische/rotatorische
Bewegungen aufgrund der Anlage des Betätigers an der Anlauf- und Sperrflanke
ausführen.
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Vorzugsweise
ist keine mechanische Codierung des Betätigers für das Zusammenwirken mit den Klinkenelementen
erforderlich. Aus diesem Grund ist es empfehlenswert, die erfindungsgemäße Vorrichtung
an einer für
Bedienpersonen im Wesentlichen unzugänglichen Stelle anzuordnen,
um diesbezügliche
Manipulationsmöglichkeiten
auszuschließen.
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Weitere
Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus
den Unteransprüchen
und der nachfolgenden Beschreibung, in der unter Bezugnahme auf
die Zeichnungen ein Ausführungsbeispiel
im Einzelnen beschrieben ist. Dabei können die in den Ansprüchen und
in der Beschreibung erwähnten
Merkmale jeweils einzeln für
sich oder in beliebiger Kombination erfindungswesentlich sein.
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1 zeigt
eine schematisierte Draufsicht auf eine erfindungsgemäße Vorrichtung,
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2 bis 6 zeigen
Ansichten auf die Vorrichtung gemäß II in 1, und zwar
in unterschiedlichen Positionen des Betätigers, und
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7 zeigt
eine perspektivische Ansicht der Zuhalteeinrichtung der 2 bis 6.
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Die 1 zeigt
eine schematisierte Draufsicht auf eine erfindungsgemäße Vorrichtung 1 zum Überwachen
des Zustandes einer Schutzeinrichtung 2 einer Maschine 3,
insbesondere des geschlossenen Zustandes einer Schutztür, mit der
eine Raumtrenneinrichtung verschließbar ist, um das Bedienpersonal
vor einer Gefährdung
durch die in Betrieb befindliche Maschine 3 zu schützen. Die
Schutzeinrichtung 2 weist ein erstes Teil 4 auf,
beispielsweise einen Rahmen für
die Schutzeinrichtung. Das erste Teil 4 weist eine Öffnung 5 auf,
die durch ein zweites Teil 6, beispielsweise eine Schutztür, schließbar ist. Das
zweite Teil 6 kann hierzu mittels eines Scharniers 15 an
dem ersten Teil 4 angelenkt sein. Alternativ hierzu kann
das zweite Teil 6 auch eine Schiebetür, eine Klappe oder dergleichen
sein.
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Die
Vorrichtung 1 weist einen Sicherheitsschalter auf, der
ein vorzugsweise am feststehenden ersten Teil 4 anzuordnendes
Schalterelement 7 und einen vorzugsweise am beweglichen
zweiten Teil 6 anzuordnenden Betätiger 8 umfasst. Beim
Schließen des
zweiten Teils 6 kommt der Betätiger 8 in Eingriff mit
zwei bewegbar gelagerten Klinkenelementen 10, 12 und
bewirkt dadurch letztlich eine Betätigung des Schalterelements 7 aufgrund
einer Verschiebung des Zuhalteelements 11, das integral
auch den Schaltstößel des
Schalterelements 7 ausbildet und insbesondere erste Kontaktelemente 13 trägt, die
beim Verschieben des Zuhalteelements 11 mit korrespondierenden
zweiten Kontaktelementen 14 in Anlage kommen und damit
eine elektrische Verbindung schließen. Dadurch ist der geschlossene
Zustand der Schutzeinrichtung 2 signalisierbar und überwachbar. Mittels
einer Zuhalteeinrichtung 9 kann die geschlossene Position
der Schutzeinrichtung 2 arretiert werden, wobei diese Arretierung
steuerbar lösbar
ist. In der Regel erfolgt eine Lösung
der Arretierung erst dann, wenn die zugehörige Maschine 3 in
einen für das
Bedienpersonal ungefährlichen
Zustand überführt ist,
beispielsweise beim vollständigen
Stillstand der Maschine 3.
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Die
beiden Klinkenelemente 10, 12 sind jeweils um
eine erste und zweite Schwenkachse 16, 18 drehbar.
In der in der 1 dargestellten Ausgangsposition
mit geöffnetem
beweglichen zweiten Teil 6 ist das Zuhalteelement 11 in
Anlage an einer Oberfläche des
zweiten Klinkenelements 12. Die Anlage erfolgt vorzugsweise
aufgrund der Druckfeder 17, welche das Zuhalteelement 11 in
Richtung auf das zweite Klinkenelement 12 vorspannt. Beim
Verschwenken des zweiten Klinkenelements 12 kann das Zuhalteelement 11 durch
eine hierfür
vorgesehene Öffnung
im zweiten Klinkenelement 12 hindurchtreten und anschließend in
eine weitere Öffnung
im ersten Klinkenelement 10 eintreten, die zuvor durch
das zweite Klinkenelement 12 maskiert war.
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Das
erste Klinkenelement 10 ist durch den Eingriff des Zuhalteelements 11 hinsichtlich
einer Drehbewegung um die erste Schwenkachse 16 blockiert.
Dabei schließen
die ersten und zweiten Kontaktelemente 13, 14 und
der ferromagnetische Abschnitt 19 tritt weiter aus dem
Bereich der Spulen 20 des Elektromagneten heraus. Die Druckkraft
der Druckfeder 17 hält
das Zuhalteelement 11 in der das erste Klinkenelement 10 blockierenden
Position. Damit ist auch der Betätiger 8 in
der Zuhalteeinrichtung 9 blockiert und mithin die Schutzeinrichtung 2 in
der geschlossenen Position arretiert.
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Aufgrund
eines Steuersignals, beispielsweise nach Stillstand der Maschine 3,
wird die Spulenwicklung 20 bestromt und der ferromagnetische
Abschnitt 19 in den Bereich der Spulenwicklung 20 gegen
die Wirkung der Druckfeder 17 hineingezogen. Dadurch gibt
das Zuhalteelement 11 das erste Klinkenelement 10 und
auch das zweite Klinkenelement 12 frei, woraufhin der Betätiger 8 aus
der Zuhalteeinrichtung 9 herausgeführt werden kann und die Schutzeinrichtung 2 geöffnet werden.
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Die 2 bis 6 zeigen
Ansichten auf die Zuhalteeinrichtung 9 gemäß II in 1,
und zwar in unterschiedlichen Positionen des Betätigers 8.
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Die 2 zeigt
eine Position, in welcher der Betätiger 8 gerade in
Anlage an der Anlaufflanke 21 des ersten Klinkenelements 10 ist,
das um eine senkrecht zur Zeichenebene verlaufende erste Schwenkachse 16 drehbar
ist. Hinter dem ersten Klinkenelement ist ein zweites Klinkenelement 12 angeordnet, welches
um die zweite Schwenkachse 18 drehbar ist; der zugehörige Achszapfen
greift dabei in ein Langloch 22 des ersten Klinkenelements 20 ein.
Das erste Klinkenelement 10 kann beispielsweise durch eine Federkraft
im Uhrzeigersinn vorgespannt sein, wobei in dieser Ausgangsposition
ein Ende des Langlochs 22 einen mechanischen Anschlag für den feststehenden
Achszapfen bildet. Die Schwenkachsen 16, 18 sind
an einer Grundplatte 30 (siehe auch 7) montiert,
die auch der Festlegung des Schalterelements 7 dient. Das
erste Klinkenelement 10 weist eine Eingriffsöffnung 26 für das Zuhalteelement 11 auf,
die aber in der dargestellten Ausgangsposition von dem zweiten Klinkenelement 12 maskiert
ist.
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Anschließend an
die rampenartige Anlaufflanke 21 schließt sich unter einem stumpfen
Innenwinkel von etwa 120° eine Übergangsflanke 23 an, und
daran schließt
sich ebenfalls unter einem stumpfen Innenwinkel eine Sperrflanke 25 an,
welche mit der Anlaufflanke einen Winkel von etwa 90° einschließt. Bei
einer weiteren Schließbewegung
des zweiten beweglichen Teils 6 bewegt sich der Betätiger 8 in
Richtung des Pfeils 24 und bewegt dabei das erste Klinkenelement 10 entgegen
dem Uhrzeigersinn um die erste Schwenkachse 16.
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Die 3 zeigt
einen Zustand, in dem die Schutzeinrichtung 2 noch nicht
vollständig
geschlossen ist. Der Betätiger 8 befindet
sich immer noch in Anlage an der Anlaufflanke 21 und das
erste Klinkenelement 10 wird beim weiteren Einschieben
des Betätigers 8 weiterhin
entgegen dem Uhrzeigersinn gedreht.
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Die 4 zeigt
eine Position, in welcher die Schutzeinrichtung 2 noch
nicht geschlossen ist, der Betätiger 8 aber
nun in Anlage an der Übergangsflanke 23 ist.
Dementsprechend wird beim weiteren Verschieben des Betätigers 8 das
erste Klinkenelement 10 im wesentlichen nicht weiter gedreht.
Das andere Ende des Langlochs 22 ist nun in Anlage an dem Achszapfen
und bildet einen mechanischen Anschlag.
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Die 5 zeigt
eine Position, in der die Schutzeinrichtung vollständig geschlossen
ist. Das erste Klinkenelement 10 ist in seine in der 2 dargestellte
Ausgangsposition zurückgekehrt.
In der in der 5 dargestellten Position des
Betätigers 8, insbesondere
durch dessen Anlage an die zweite Anlageflanke 27 des zweiten
Klinkenelements 12 wird dieses allerdings so weit um die
zweite Schwenkachse 18 im Uhrzeigersinn verdreht, dass
eine Durchgangsöffnung 28,
insbesondere ein bogenförmig
um die zweite Schwenkachse 18 angeordnetes Langloch, vor
dem Zuhalteelement 11 zu liegen kommt und dieses daraufhin
durch das zweite Klinkenelement 12 hindurchtritt und in
die Eingriffsöffnung 26 des
ersten Klinkenelements 10 eingreift. Dadurch ist das erste
Klinkenelement 10 in seine in der 5 dargestellten
Position blockiert, insbesondere auch bei Anlage des Betätigers 8 an
die Sperrflanke 25. Mithin kann der Betätiger 8 nicht mehr
aus der Zuhalteeinrichtung 9 herausgeführt werden und die geschlossene
Position der Schutzeinrichtung 2 ist arretiert.
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Erst
nach einem beispielsweise federkraftbelasteten oder magnetkraftbelasteten
Zurückziehen des
Zuhalteelements 11 kann das erste Klinkenelement 10 entgegen
dem Uhrzeigersinn zurückgeschwenkt
werden, siehe 6, dadurch der Betätiger 8 in
Richtung des Pfeils 29 aus der Zuhalteeinrichtung 9 herausgeführt werden
und dadurch die Schutzeinrichtung 2 geöffnet werden.
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Wie
sich insbesondere auch aus der 1 ergibt,
ist der Betätiger 8 in
einer Richtung senkrecht zur Zeichenebene der 2 bis 6 relativ langgestreckt.
In Verbindung mit den flächig
ausgebildeten ersten und zweiten Klinkenelementen 10, 12 ergibt sich
somit ein großer
Wirkungsquerschnitt, sodass auch bei schlecht geführten beweglichen
Teilen 6 die Zuhalteeinrichtung 9 zuverlässig betätigt wird.
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Die 7 zeigt
eine perspektivische Ansicht der Zuhalteeinrichtung 9 der 2 bis 6 in
der Ausgangsposition der 2.