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Die
Erfindung bezieht sich auf eine Taste zur Durchführung sicherheitsgerichteter
Schaltprozesse mit mindestens zwei durch manuelle Betätigung eines
Betätigungsorgans
gemeinsam betätigbaren, mechanisch
entkoppelten Schaltelementen.
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Unter
dem Begriff Taste oder Tastschalter wird hierbei ein elektrisches
Schaltgerät
verstanden, dessen Kontaktstellung bei manueller Betätigung von einem
Ruhezustand in einen betätigten
Zustand übergeht,
wobei der Ruhezustand selbsttätig
wieder eingenommen wird, sobald die manuelle Betätigung aufhört. Die manuelle Betätigung einer
solchen Taste erfolgt zumeist durch Ausübung einer mechanischen Kraft,
insbesondere Druckkraft. Als mechanisch entkoppelt werden zwei Schaltelemente
bezeichnet, wenn die Funktion eines Schaltelements unabhängig von
dem Betriebszustand des jeweils anderen Schaltelements ist. Als
gemeinsam betätigbar
werden zwei Schaltelemente bezeichnet, wenn mittels eines einzigen
manuellen Betätigungsvorgangs
eine Überführung beider
Schaltelemente in deren jeweiligen betätigten Zustand möglich ist.
Das Umschalten der einzelnen Schaltelemente kann dabei zeitgleich
oder zeitlich versetzt erfolgen.
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Die
Konzeption und Entwicklung von industriellen Maschinen und Anlagen
ist geprägt
von einem steigenden Einsatz von Sicherheitstechnik. Hierbei muss
insbesondere auch bei einem einfachen Peripheriegerät, wie z.B.
einem Tastschalter, eine Fehlfunktion ausgeschlossen oder zumindest erkennbar
sein. Bei einem Tastschalter mit mechanischen Kontakten ist eine
lückenlose
Fehleraufdeckung insbesondere dadurch erschwert, dass ein Verklemmen
der Tastmechanik auf elektronischem Wege kaum erkennbar ist. Dies
ist problematisch, zumal mechanische Tastschalter bei nahezu allen
industriellen Maschinen und Anlagen an Bediengeräten oder Steuerpulten eingesetzt
werden und somit auch sicherheitstechnisch von Bedeutung sind. Anwendungsgebiete
liegen beispielsweise in der Kraftwerkstechnik, Verkehrstechnik,
Chemieanlagen, allgemein im Maschinenbau bei Werkzeug- und Produktionsmaschinen,
Personenaufzügen,
Krananlagen, Luft- und Raumfahrttechnik etc. Betroffene Anwendungsfunktionen
sind dabei u.a. allgemeine Start- und Stopp-Funktionen, Verfahrtasten
von Antrieben, die Ansteuerung von Ventilen sowie allgemeine Zustimmungs-
und Überwachungsfunktionen, wie
beispielsweise so genannte "Totmanntasten".
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Das
Verklemmen einer mechanischen Taste kann durch Materialdefekte,
eindringende Schmutzpartikel und Korrosion, jedoch auch durch bewusste Manipulation,
z.B. zur Umgehung von als lästig
empfundenen Sicherheitsmaßnahmen,
verursacht sein. Eine möglichst
schwere Manipulierbarkeit ist daher bei einer für sicherheitsrelevante Anwendungen
vorgesehenen Taste von großer
Wichtigkeit.
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Um
mittels mechanischer Tasten generierte Signale sicher verarbeiten
zu können,
wird häufig eine
redundante Signalerzeugung gefordert. Eine sichere, aber handhabungstechnisch
aufwändige
Methode zur redundanten Datenerzeugung besteht darin, mehrere getrennte
und zur Signalerzeugung gleichzeitig zu betätigende Tasten vorzusehen.
Alternativ ist es üblich,
eine mit mehreren Schaltelementen ausgestattete Taste heranzuziehen,
wobei das von jedem Schaltelement erzeugte Signal separat der weiteren
Verarbeitung zugeführt
wird und wobei die Schaltelemente mittels eines gemeinsamen Betätigungsorgans
gemeinsam betätigbar
sind. In dieser Ausführung
ist jedoch wiederum ein Verklemmen des Betätigungsorgans nur unzureichend
erkennbar.
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Aus
der
DE 199 46 471
A1 ist eine Taste mit zwei einem gemeinsamen Betätigungsorgan
zugeordneten Schaltelementen bekannt, bei dem das letztgenannte
Problem durch eine mechanische Entkopplung der beiden Schaltelemente
umgangen wird. Die mechanische Entkopplung wird hierbei erzielt,
indem nur ein Schaltelement als mechanischer Schalter ausgebildet
ist, während
das zweite Schaltelement ein elektro-sensorischer Schalter ist.
Die elektro-sensorische Teilfunktion der Taste bleibt auch bei Verklemmung
der Schaltmechanik funktionstüchtig.
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Wünschenswerterweise
sollte eine zur Erzeugung sicherheitsgerichteter Signale ausgelegte Taste
zur Durchführung
eines sogenannten Tipp-Betriebs geeignet sein. Der Tipp-Betrieb
ist insbesondere beim Justieren und Einstellen von Anlagen im Rahmen
der Inbetriebnahme erforderlich. Hierbei legt ein Bediener zur Vorbereitung
der Betätigung seinen
Finger auf den Tastenkopf und drückt
diesen gegebenenfalls teilweise durch, überwindet die zur Auslösung des
Steuersignals erforderliche Betätigungskraft
jedoch nur kurzzeitig oder intervallweise.
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Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine konstruktiv möglichst
einfache Taste anzugeben, die zur Erzeugung sicherheitsgerichteter
Schaltprozesse geeignet ist und eine einfache Handhabung erlaubt.
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Diese
Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch
die Merkmale des Patentanspruchs 1. Danach umfasst die Taste zwei
mechanisch entkoppelte, über
ein Betätigungsorgan
gemeinsam betätigbare Schaltelemente,
wobei ein erstes Schaltelement im betätigten Zustand nach Art eines
Wechselschalters einen in einem Ruhezustand geschlossenen Signalpfad
unterbricht und einen im Ruhezustand offenen Signalpfad freischaltet.
Ein weiteres Schaltelement ist in dem im Ruhezustand offenen Signalpfad
angeordnet und schaltet diesen im betätigten Zustand frei. Der im
Ruhezustand geschlossene Signalpfad ist nachfolgend als NC(normally
closed)-Pfad bezeichnet, wobei unter einem geschlossenen Signalpfad ein
ununterbrochener und daher elektrisch leitender Strompfad verstanden
ist. Entsprechend ist der nachfolgend als NO(normally open)-Pfad
bezeichnete, im Ruhezustand offene Signalpfad im Ruhezustand nicht
leitend.
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Die
erfindungsgemäße Verschaltung
der beiden Schaltelemente ermöglicht
auf besonders einfache Weise die sichere Erzeugung von Signalen.
Insbesondere ist die Taste redundant abgesichert, indem eine ordnungsgemäße Erzeugung
eines Steuersignals nur dann möglich
ist, wenn beide Schaltelemente funktionieren und im Zuge des Betätigungsvorgangs
sowohl im NC-Pfad als auch im NO-Pfad ein Signalwechsel erfolgt.
Weiterhin ist es auf einfache Weise möglich, anhand von Störungen im
redundanten Schaltmuster der Taste Defekte schnell zu erkennen und
zu lokalisieren. Anhand des im Ruhezustands stets signalführenden
NC-Pfads kann zumindest eine Mindestfunktion der Taste auch im Ruhezustand überwacht
werden. Ein Kurzschluss oder eine Leitungsunterbrechung in der Taste
oder dem angeschlossenen Leitungssystem wird beispielsweise anhand
eines irregulären
Signalverlusts im NC-Pfad erkannt. Durch die Kopplung beider Schaltelemente
an das gemeinsame Betätigungsorgan
wird eine besonders einfache, einhändige Handhabung der Taste
erreicht. Dabei ist infolge der mechanischen Entkopplung der Schaltelemente
untereinander verhindert, dass eine Verklemmung der Schaltmechanik
zu einem Totalausfall der Taste führt.
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Um
einen besonders reproduzierbaren, wohl definierten und schnellen
Schaltprozess zu ermöglichen,
weist das erste Schaltelement bevorzugt ein Sprungschaltverhalten
auf. Mit anderen Worten erfolgt das Umschalten des ersten Schaltelements
unabhängig
vom zeitlichen Verlauf des Betätigungsdrucks
sprunghaft und zwangsweise innerhalb einer kurzen Zeitspanne. Alternativ
oder zusätzlich
sind zweckmäßigerweise
die beiden Schaltelemente derart ausgelegt, dass die zur Betätigung des
ersten Schaltelements aufzubringende Betätigungskraft die zur Betätigung des
zweiten Schaltelements aufzubringende Betätigungskraft deutlich übersteigt.
Dies verbessert insbesondere das taktile Schaltverhalten der Taste,
indem ein Benutzer zur Betätigung
des ersten Schaltelements und damit zur endgültigen Auslösung des Schaltprozesses einen
deutlich spürbaren
Druckpunkt überwinden
muss. Hierdurch ist insbesondere die Handhabung der Taste im Tipp-Betrieb
erleichtert.
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In
bevorzugter Ausbildung der Erfindung ist das zweite Schaltelement
als Langhubtastschalter, d.h. als Tastschalter mit einem vergleichsweise
großem
Betätigungsweg
in der Größenordnung
mehrerer Millimeter ausgebildet. Ein solcher Langhubtastschalter,
wie er an sich bereits vielfach in Steuereinrichtungen von Maschinen
als Befehlsgeber verwendet wird, zeichnet sich schon allein aufgrund
seiner vergleichsweise großen
Dimensionierung durch einen hohen Bedienkomfort aus. In dieser Ausführung umfasst
das erste Schaltelement einen bevorzugt etwa zylinderförmigen Tastenkopf
als Betätigungsorgan,
der gegen die Rückstellkraft
einer Federeinrichtung in einem Tastenhalter verschiebbar geführt ist. Die
mechanische Entkopplung des ersten gegenüber dem zweiten Schaltelement
ist hierbei auf besonders vorteilhafte Weise realisierbar, indem
das erste Schaltelement im Tastenkopf integriert ist, so dass das
erste Schaltelement auch dann noch betätigbar ist, wenn der Tastenkopf
im Tastenhalter verklemmt ist.
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Das
erste Schaltelement ist zweckmäßigerweise
als Kurzhubtastschalter ausgeführt.
Ein derartiger Kurzhubschalttaster, also ein Tastschalter, der sich
durch einen vergleichsweise kleinen Betätigungsweg von vorzugsweise
weniger als 1 mm auszeichnet, ist in vielfachen Ausführungsformen,
erhältlich
und wird häufig
in einem hochwertigen Tastentableau, z.B. bei einem Bankautomaten,
eingesetzt. Ein herkömmlicher
Kurzhubtastschalter ist äußerst kompakt
aufgebaut und eignet sich deshalb auch insbesondere zum Einbau im
Tastenkopf eines Langhubtastschalters. Zudem zeichnet sich ein hochwertiger
Kurzhubtastschalter durch eine äußerst hohe
Betriebssicherheit, d.h. eine äußerst geringe Fehleranfälligkeit,
aus.
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Eine
weitere Verbesserung der Betriebssicherheit wird durch eine Ausgestaltung
der Erfindung erzielt, gemäß welcher
das erste Schaltelement als Folientastschalter ausgebildet ist.
Bei einem solchen Folientastschalter, wie er als Bestandteil einer
Folientastatur ebenfalls vielfach bereits in Bedienelementen von
Maschinen eingesetzt wird, ist der an eine Bedienoberfläche angrenzende,
taktile Bereich durch eine flexible Frontfolie abgedeckt. Die Betätigung eines
solchen Tastschalters erfolgt dabei durch manuelle Druckausübung auf
die Frontfolie. Der Vorteil eines Folientastschalters liegt insbesondere
darin, dass dieser durch die Frontfolie gegen eindringenden Schmutz
und eindringende Nässe
abgekapselt ist. Zudem ist eine Manipulation des Tastschalters quasi ausgeschlossen,
zumal keine gegeneinander beweglichen Teile einer Schaltmechanik
von außen
zugänglich
sind.
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In
einer besonders ausfallsicheren Ausführung wird das erste Schaltelement
unter Wirkung einer Magnetkraft in seinem Ruhezustand gehalten. Bei
Betätigung
wird hierbei der Schaltkontakt von dem Haltemagneten abgerissen,
wodurch die rückstellende
Magnetkraft sprunghaft erniedrigt wird, und der Schaltkontakt in
seine Betätigungsstellung springt.
Bei einem solchen Tastschalter, wie er an sich z.B. aus der
US 5,990,772 bereits bekannt
ist, treten bei der Betätigung
keine Materialspannungen auf, wodurch eine besonders hohe Verschleißfreiheit erreicht
wird. In einer vergleichsweise preisgünstigen Alternative enthält das erste
Schaltelement zur Erzeugung eines Sprungschaltverhaltens ein Schnappelement.
Ein derartiges Schnappelement ist beispielsweise als metallische
Schnappscheibe ausgeführt,
wie sie dem Prinzip nach von einem sogenannten „Knackfrosch" her bekannt ist.
In einer weiteren Alternative kann das erste Schaltelement auch
in einer an sich bekannten sogenannten „Schaltblasen"-Technologie realisiert
sein. Dabei enthält
das Schaltelement eine im taktilen Bereich mit einer blasenartig
aufgewölbten
Prägung
versehene Frontfolie. Diese „Schaltblase" wird zur Betätigung des Schaltelements
eingedrückt
und springt bei Nachlassen des Betätigungsdrucks wieder in die
vorgeprägte
Form zurück.
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Bevorzugt
umfasst die die Rückstellung
des als Langhubtastschalter ausgebildeten zweiten Schaltelements
bewirkende Federeinrichtung mindestens zwei Federelemente unterschiedlicher
Länge,
die bei Verschiebung des Tastenkopfes entlang seines Betätigungsweges
zeitversetzt zwischen dem bewegten Tastenkopf und einem ortsfesten
Anschlag eingespannt werden. Eine solche Federeinrichtung wird auch
als progressives Federsystem bezeichnet, zumal zu Beginn des Betätigungsprozesses
nur die vergleichsweise langen Federelemente der Bewegung des Tastenkopfes
entgegen wirken und die rückstellende
Kraft somit vergleichsweise gering ist. Erst bei Erreichen des sogenannten
Arbeitspunkts oder Kontaktpunkts des zweiten Schaltelements gerät mindestens
ein weiteres, kurzes Federelement unter Vorspannung, wodurch die
vom Tastenkopf ausgeübte
Gegenkraft sprunghaft ansteigt und dem Benutzer das Erreichen des
Arbeitspunktes anzeigt. Zur konstruktiven Vereinfachung ist hierbei
vorzugsweise vorgesehen, dass mindestens ein Federelement gleichzeitig
als elektrischer Kontaktgeber vorgesehen ist und einen elektrischen
Kontakt zwischen dem Tastenhalter und dem Tastenkopf vermittelt.
Das beschriebene progressive Federsystem ist hierbei insbesondere
vorteilhaft als Schaltkontakt zu verwenden.
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Durch
einen den Tastenkopf umfänglich
umfassenden starren Frontring, der vorzugsweise erhaben über die
die Taste umgebende Bedienoberfläche hinaussteht
und in der der Tastenkopf im Ruhezustand vollständig eintaucht, wird eine versehentliche Auslösung der
Taste wirksam ausgeschlossen. Dem gleichen Zweck dient auch eine
Ausführung
der Erfindung, gemäß der der
Betätigungsweg
des Tastenkopfs mehrere Millimeter, vorzugsweise 3–6 mm, beträgt.
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Die
mit der Erfindung erzielten Vorteile bestehen insbesondere darin,
dass der Bedienungskomfort und die Handhabungssi cherheit eines Langhub-Tastschalters
einerseits und die geringe Fehleranfälligkeit sowie die Manipulationssicherheit eines
Kurzhubtastschalters andererseits kombiniert sind. Die erfindungsgemäße Taste
ermöglicht
auf konstruktiv besonders einfache Weise eine aus Sicherheitsgründen erforderliche
redundante Signalerzeugung sowie eine sichere Fehlererkennung, die insbesondere
auch leicht automatisiert durchzuführen ist. Fehlschaltungen durch
Verklemmen, Steckenbleiben, Schwergängigkeit des Tastenkopfs oder
durch unsachgemäße Bedienung
bis hin zu bewusster Manipulation sind konstruktionsbedingt weitestgehend
ausgeschlossen.
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Nachfolgend
wird ein Ausführungsbeispiel der
Erfindung anhand einer Zeichnung näher erläutert. Darin zeigen:
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1 in
einem schematischen Querschnitt eine Taste für einen sicherheitsgerichteten
Schaltprozess im Ruhezustand,
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2 die
Taste gemäß 1 in
halb betätigtem
Zustand und
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3 die
Taste gemäß 1 in
voll betätigtem
Zustand.
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Die
in 1 in ihrem Ruhezustand dargestellte Taste 1 umfasst
zwei miteinander verschaltete Schaltelemente 2 und 3.
Das erste Schaltelement 2 ist in einer handelsüblichen
Kurzhubtechnologie ausgeführt
und zeigt nach Art eines Wechselschalters ein diskretes, insbesondere
sprunghaftes Schaltverhalten zwischen zwei Schaltzuständen. Ein
geeigneter Kurzhubtastschalter ist beispielsweise unter dem Markennamen „PushGate" (Fa. Duraswitch
Industries Inc.) bekannt. In dem dem Ruhestand entsprechenden und
in 1 dargestellten ersten Schaltzustand ist der Signaleingang 4 des
ersten Schaltelements 2 mit einem NC(normally closed)-Ausgang 5 des
Schaltelements 2 kurzgeschlossen, während die Verbindung zwischen
dem Signaleingang 4 und einem NO(normally open)-Ausgang 6 des
Schaltelements 2 unterbrochen ist. Im zweiten, betätigten Zustand
ist der Signaleingang 4 mit dem NO-Ausgang 6 leitend
verbunden, während
die Verbindung zwischen dem Signaleingang 4 und dem NC-Ausgang 5 unterbrochen
ist. Der Zustandswechsel vom Ruhezustand in den betätigten Zustand
wird auf nicht näher dargestellte
Weise durch Druckausübung
auf einen nur angedeuteten Betätigungsknopf 7 des
Schaltelements 2 ausgelöst.
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Das
zweite Schaltelement 3 ist als Langhubtastschalter ausgeführt, wie
er an sich z.B. für
Steuerfunktionen industrieller Werkzeugmaschinen bereits vielfach
eingesetzt wird. Das zweite Schaltelement 3 umfasst einen
gegen die Rückstellkraft
einer Federeinrichtung 8 in einem etwa hohlzylinderförmigen Tastenhalter 9 verschiebbar
geführten
Tastenkopf 10. Die Federeinrichtung 8 umfasst
drei als Schraubenfedern ausgebildete Federelemente 11, 12, 13,
wobei die zwei äußeren Federelemente 11 und 13 im
Ruhezustand eine deutlich größere Länge aufweisen
als das zentrale Federelement 12. Jedes Federelement 11, 12, 13 ist
endseitig am Tastenkopf 10 fixiert und in einer das Federelement 11, 12, 13 flankierenden
Federführung 14 geführt. Die
Federführung 14 ist
beispielsweise in Form von Röhren ausgebildet,
die im Inneren des Tastenkopfs 10 angeformt sind und in
denen die Federelemente 11, 12, 13 einliegen.
Als Widerlager für
die Federelemente 11, 12, 13 dient ein
Kontaktfuß 15,
der den Tastenhalter 9 zu einer Installationsseite 16 hin
abschließt.
Der Kontaktfuß 15 umfasst
einen Kontaktträger 17,
der nach Art eines Deckels in die der Installationsseite 16 zugewandte
Stirnseite 18 des Tastenhalters 9 eingesetzt ist.
Um eine einfache Montage sowie einen einfachen Austausch des Kontaktfußes 15 zu
ermöglichen,
ist der Kontaktträger 17 dabei
mit in den Tastenhalter 9 eingreifenden Rastelementen 19 am
Tastenhalter 9 verrastet. Ein zwischen den Kontaktträger 17 und
der Innenwand 20 des Tastenhalters 9 eingelegter
O-Ring 21 oder dergleichen dichtet hierbei den Innenraum 22 der
Taste 1 zur Installationsseite 16 hin ab.
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Am
Kontaktträger 17 sind
drei Kontaktstifte 23, 24, 25 fixiert,
die in den Innenraum 22 der Taste 1 hineinstehen
und jeweils als Widerlager für
eines der Federelemente 11, 12, 13 dienen.
Jeder Kontaktstift 23, 24, 25 ist hierbei
durch den Kontaktträger 17 hindurch
mit einer von der Installationsseite 16 aus zugänglichen
Schraubklemme 26, 27 bzw. 28 verbunden.
Jeder Kontaktstift 23, 24, 25 ist weiterhin
mit einem verjüngt
ausgebildeten Kopf 29 versehen, der mit einem Rastvorsprung 30 der
Federführung 14 zur Bildung
einer durch Druckausübung überwindbaren Verrastung
des Tastenkopfs 10 in seinem Ruhezustand zusammenwirkt.
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Jeder
Kontaktstift 23, 24, 25 taucht dabei
in die Federführung 14 ein
und dient als Widerlager für das
darin einliegende korrespondierende Federelement 11, 12, 13.
Im Ruhezustand liegen die langen Federelemente 11 und 13 mit
Vorspannung zwischen dem jeweiligen Kontaktstift 23, 24, 25 und
dem Tastenkopf 10 ein, so dass der Tastenkopf 10 in
Richtung der der Installationsseite 16 entgegengesetzten
Bedienseite 31 vorgespannt wird. Der Tastenkopf 10 wird
hierbei von mit dem Tastenhalter 9 zusammenwirkenden Rasthaken 32 gegen
die Vorspannung der Federelemente 11 und 13 in
seinem Ruhezustand gehalten. Das Federelement 12 liegt
im Ruhezustand entspannt in der Federführung 14 ein, wobei
zwischen dem Federelement 12 und dem korrespondierenden
Kontaktstift 24 ein Abstand gebildet ist.
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Ein
an einem Schaftbereich 33 von der Bedienseite 31 her
mit dem Tastenhalter 9 verbundener Frontring 34 dient
zur Befestigung der Taste 1 an der Frontplatte 35 eines
nicht näher
dargestellten Bedienelements oder Steuerpults. Die Frontplatte 35 trennt somit
die Bedienseite 31 von der für den Bediener nicht zugänglichen
Installationsseite 16. Die Taste 1 ragt nur mit
einem gegenüber
dem Schaftbereich 33 verbreiterten Kopfbereich 36 des
Frontrings 34 zur Bedienseite 31 über die
Frontplatte 35 hinaus. Der Tastenhalter 9 befindet
sich hingegen auf der nicht zugänglichen
Installationsseite 16.
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Der
Kopfbereich 36 des Frontrings 34 ist dabei derart
ausgebildet, dass er den Tastenkopf 10 im Ruhezustand vollständig in
sich aufnimmt. Mit anderen Worten ragt der Tastenkopf 10 nicht über den Kopfbereich 36 hinaus,
so dass die Gefahr einer versehentlichen Betätigung des Tastenkopfes 10 reduziert
ist. Zwischen dem Umfang des Tastenkopfes 10 und dem Frontring 34 ist
ein Dichtring 37 eingelegt, der ein zur Bedienseite 31 hin
geöffnetes,
V-förmiges Profil
aufweist. Der Dichtring 37 wirkt somit nach Art eines Feuchtigkeitsabstreifers
und verhindert das Eindringen sowohl dampfförmiger als auch kondensierter
Feuchtigkeit von der Bedienseite 31 in den Innenraum 22.
Durch einen zusätzlichen,
zwischen dem Frontring 34 und der Frontplatte 35 angeordneten
Dichtring 38 wird ein Eindringen von Feuchtigkeit an dieser
Verbindungsstelle zusätzlich
verhindert.
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Das
erste Schaltelement 2, das aufgrund seiner Kurzhubbauweise
im Vergleich zum Schaltelement 3 äußerst kompakt ist, ist nun
derart innerhalb des Tastenkopfes 10 angeordnet, dass dessen
Betätigungsknopf 7 unmittelbar
an der an die Bedienseite 31 angrenzenden Druckfläche 39 des
Tastenkopfes 10 anliegt. Das erste Schaltelement 2 grenzt
weiterhin unmittelbar an die Federeinrichtung 8 an, so
dass das Federelement 11 mit dem Signaleingang 4 elektrisch
leitend kontaktiert ist, während
der NO-Ausgang 6 mit dem Federelement 12 kontaktiert
ist und der NC-Ausgang 5 mit dem Federelement 13 verbunden
ist.
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Im
Ruhezustand besteht somit eine leitende, nachfolgend als NC-Signalpfad 40 bezeichnete
Verbindung, die ausgehend von der Schraubklemme 26 über den
Kontaktstift 23, das Federelement 11, den Signaleingang 4,
den NC-Ausgang 5, das Federelement 13 und den
Kontaktstift 25 zur Schraubklemme 28 führt. Eine
weitere, nachfolgend als NO-Signalpfad 41 bezeichnete Leitungsverbindung,
die ausgehend von der Schraubklemme 26 über den Kontaktstift 23,
das Federelement 11, den Signaleingang 4, den
NO-Ausgang 6, das Federelement 12 und den Kontaktstift 24 zur
Schraubklemme 27 führt, ist
im Ruhezustand sowohl innerhalb des Schaltelements 2 als
auch innerhalb des Schaltelements 3, genauer gesagt zwischen
dem Federelement 12 und dem Kontaktstift 24, unterbrochen.
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Durch
Anlegen einer Signalspannung an die Schraubklemme 26 und
durch Abgriff der Spannungswerte an den Schraubklemmen 27 und 28 kann somit
der Betätigungszustand
der Taste 1 jederzeit ermittelt werden.
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Die
Betätigung
der Taste 1 erfolgt bezüglich beider
Schaltelemente 2 und 3 durch manuelle Druckbeaufschlagung
des Tastenkopfs 10 im Bereich seiner Druckfläche 39.
Der Tastenkopf 10 dient somit als gemeinsames Betätigungsorgan
für beide
Schaltelemente 2 und 3, mit welchem die Schaltelemente 2 und 3 gemeinsam,
d.h. in einem einzigen Betätigungsvorgang,
betätigt
werden können.
Die Betätigung
des Schaltelements 3 erfolgt hierbei, wie in 2 dargestellt,
durch Verschiebung des Tastenkopfs 10 aus dem Ruhezustand
in Richtung der Installationsseite 16, wobei der Schaltprozess
dadurch zustande kommt, dass das Federelement 12 am Kontaktstift 24 zur
Anlage kommt und somit eine leitende Verbindung zwischen dem NO-Ausgang 6 und der
Schraubklemme 27 herstellt.
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Die
Betätigung
des Schaltelements 2 erfolgt, wie in 3 dargestellt,
indem der Betätigungsknopf 7 durch
die Druckfläche 39 hindurch
druckbeaufschlagt wird. Dies ist dadurch ermöglicht, dass die Druckfläche 39 als
flexible, aus einem Kunststoff- oder Elastomermaterial bestehende
Frontfolie gebildet ist, welche unter Druckbeaufschlagung elastisch deformierbar
ist. Die Biegefähigkeit
der Druckfläche 39 ist
durch eine als Sollbiegestelle vorgesehene, innenseitig in die Druckfläche 39 eingebrachte
Ringnut 42 zusätzlich
erhöht.
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Die
Schaltelemente 2 und 3 sind derart ausgelegt,
dass zur Betätigung
des Schaltelements 3 eine geringere Kraft erforderlich
ist als zur Betätigung des
Schaltelements 2. Bei Betätigung der Taste 1 muss
zunächst
der durch die Verrastung der Rastvorsprünge 30 am jeweiligen
Kopf 29 der Kontaktstifte 23, 24, 25 bewirkte
Druckpunkt überwunden
werden. Dieser Druckpunkt, der zur Verbesserung des taktilen Schaltgefühls eines
Bedieners vorgesehen ist, ist dabei derart gering gewählt, dass
die zu seiner Überwindung
erforderliche Kraft nicht zur Betätigung des Schaltelements 2 ausreicht.
Bei weiterer Druckbeaufschlagung des Tastenkopfes 10 mit
einer vergleichsweise geringen Betätigungskraft F1 wird der Tastenkopf 10 so
lange in Richtung der Installationsseite 16 bewegt, bis
der Betätigungsweg
s1 des Schaltelements 3 zurückgelegt ist und das Federelement 12 den
Kontaktstift 24 kontaktiert. Der Betätigungsweg s1 beträgt vorzugsweise
3–6 mm.
Die in 2 dargestellte Stellung der Taste 1,
in welcher das Schaltelement 2 sich noch in seinem Ruhezustand
befindet, aber das Schaltelement 3 bereits betätigt ist,
wird als teilbetätigter
Zustand oder Arbeitspunkt der Taste 1 bezeichnet. An diesem
Arbeitspunkt ist der NO-Signalpfad 41 durch das Schaltelement 3 freigeschaltet, der
an den Schraubklemmen 27, 28 abgreifbare Signalzustand
ist jedoch gegenüber
dem Ruhezustand infolge der unveränderten Stellung des Schaltelements 2 unverändert.
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Im
dargestellten Ausführungsbeispiel
ist eine über
den Arbeitspunkt hinausgehende Verschiebung des Tastenkopfes 10 möglich. Infolge
des am Arbeitspunkt unter Vorspannung geratenden Federelements 12 ist
hierfür
jedoch eine gegenüber
der Betätigungskraft
F1 erhöhte
Betätigungskraft
F2 erforderlich. Diese in 3 dargestellte
Betätigungskraft
F2 ist so groß,
dass nunmehr auch das Schaltelemente 2 betätigt wird
und ebenfalls den NO-Signalpfad 41 freischaltet. Bei diesem
zweiten Schaltprozess kommt es zu einer sprunghaften Signaländerung
der beiden Signalpfade 40 und 41, in deren Folge
das auf die Schraubklemme aufgebrachte Eingangssignal nunmehr an
der Schraubklemme 27 abgreifbar ist, während an der Schraubklemme 28 ein
Null-Signal anliegt.
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Bei
Nachlassen der Druckbeaufschlagung unter die Betätigungskraft F2 springt zunächst das Betätigungselement 2 in
den Ru hezustand zurück, wobei
wiederum ein in etwa simultaner und inverser Signalsprung in beiden
Signalpfaden 40 und 41 auftritt. Wird die Druckbeaufschlagung
weiter erniedrigt, so öffnet
auch das Schaltelement 3, wobei die Taste 1 wiederum
in den in 1 dargestellten Ruhezustand übergeht.
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Die
ordnungsgemäße Funktion
der Taste 1 kann, z.B. von einer Steuerungs- und Kontrolleinheit, daran
erkannt werden, dass in stationären
Betriebszuständen
im NC-Signalpfad 40 und im NO-Signalpfad 41 stets
ein im binären
Sinn inverses Signal anliegt. Bei einem ordnungsgemäßen Schaltprozess wechselt
das Signal in beiden Signalpfaden 40 und 41 sprunghaft
und etwa simultan innerhalb einer Schaltzeit, die in der Größenordnung
von einigen Millisekunden liegt.
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Anhand
von Abweichungen von diesem redundanten Signalschema können Fehlfunktionen
auf einfache Weise erkannt und identifiziert werden. So kann die
ordnungsgemäße Durchgängigkeit
des NO-Signalpfads 41 auch und gerade im Ruhezustand kontinuierlich überprüft werden,
so dass eine fehlerhafte Signalunterbrechung, z.B. infolge eines Kurzschlusses,
in der Taste 1 oder den zuführenden Leitungen unmittelbar
erkennbar ist. Das unplausible Null-Signal in beiden Signalpfaden 40 und 41 wird auch
dann erhalten, wenn der Tastenkopf 10 bei versuchter Betätigung sich
nur schwer oder gar nicht bewegen lässt, und das Schaltelement 2 dadurch
vor dem Schaltelement 3 betätigt wird. Hierbei wird insbesondere
durch den Signalverlust im NC-Signalpfad 40 und das Ausbleiben
des Signals im NO-Signalpfads 41 gleichzeitig der Bedienwunsch
und die nicht ordnungsgemäße Signalerzeugung
erkannt, so dass eine mit der Taste 1 verbundene, nicht
näher dargestellte
Steueranlage bedarfsgerechte Schritte einleiten kann.
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Bei
einem einfachen, herkömmlichen
Befehlsgeber stellt das Verklemmen des Tastenkopfes 10 beim
Loslassen der Taste 1, also zu Ende des Bedienwunsches,
eine nur schwer zu kontrollierende Gefahrenquelle dar, zumal das
von der Taste dem Be dienwunsch entsprechende Steuersignal unvermindert
weiter erzeugt wird. Bei der erfindungsgemäßen Taste 1 ist diese
Gefahrenquelle beseitigt, zumal auch bei Verklemmen des Tastenkopfs 10 das
Schaltelement 2 in den Ruhezustand zurückspringt und somit ein ordnungsgemäßes Ende
des Bedienwunsches signalisiert. Hierdurch wird insbesondere auch der
Möglichkeit
einer bewussten Manipulation der Taste 1, z.B. durch bewusste
Verklemmung des Tastenkopfes 10, entgegen gewirkt. Aufgrund
der glatten Oberfläche
der Druckfläche 39 und
der zur Betätigung
des Schaltelements 2 erforderlichen, vergleichsweise hohen
Betätigungskraft
F2 ist die Taste 1 nur äußerst schwer
manipulierbar.
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Die
Taste 1 ermöglicht
ferner auf einfache Weise einen Tipp-Betrieb. Der Tipp-Betrieb ist insbesondere
beim Justieren und Einstellen von Anlagen im Rahmen der Inbetriebnahme
erforderlich. Hierbei kann ein Bediener seinen Finger auf den Tastenkopf 10 legen
und diesen bis zum Arbeitspunkt durchdrücken, die zur Betätigung des
Schaltelements 2 erforderliche Betätigungskraft F2 jedoch nur
kurzzeitig und intervallweise aufbringen. Zumal bei der Taste 1 der
Schaltzeitpunkt ausschließlich
durch den Betätigungszeitpunkt
des Schaltelements 2 festgelegt wird, nicht aber danach,
wie lange das Schaltelement 3 zu diesen Zeitpunkt schon
betätigt
ist, führt
ein solcher Tipp-Betrieb nicht zu einem irregulären Betriebszustand.