[0001] Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung insbesondere zur Überwachung einer Arbeitsmaschine,
eine Tür od. dgl.
[0002] Neben elektromechanischen und elektronischen Bauelementen stellen pneumatische Elemente
eine weitere Möglichkeit für den Einsatz bei automatischen Steuerungen dar. Derartige
Bauteile zeichnen sich durch eine hohe Lebensdauer, Unempfindlichkeit gegenüber elektromagnetischen
Störeinflüssen, gegenüber Wasser und Feuchtigkeit und einfache Anschlüsse pneumatischer
Stelleinrichtungen aus. Die Wirkungsweise pneumatischer Bauelemente besteht darin,
daß durch Druckänderung (Druckanstieg oder Druckabfall) ein elektrisches Signal ausgelöst
wird. Abhängig von der Ausführung des Druckfühlers unterscheidet man Membranschalter,
Bourdonrohrschalter und Kolbenschalter. Eingesetzt werden derartige Bauteile zur Vermeidung
von Fehlbedienungen von Arbeitsmaschinen, Quetschungen in automatischen Türen, od.
dgl.
[0003] Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, unter Benutzung derartiger Druckwellenschalter
eine Vorrichtung oder ein System zu schaffen, mit der bzw. mit welchem beispielsweise
eine Arbeitsmaschine wie eine Stanze, Presse oder dgl. überwacht werden kann, wobei
gleichzeitig eine Überwachung des Systems selbst erfolgt.
[0004] Die Lösung dieser Aufgabe ist gekennzeichnet durch Druckwellenschalter, einen zwischen
dem Druckwellenschalter angeordneten Druckgeber, eine Pumpe zur Aufrechterhaltung
eines Arbeitsdruckes und ein Überwachungsrelais. Insbesondere können zwei Druckwellenschalter
vorgesehen sein, wobei die
Druckwellenschalter mit dem Druckgeber über Schlauchleitungen verbunden sind. Mit Hilfe
der zwei Druckwellenschalter ist es möglich, eine sich selbst überwachende pneumatische
Anordnung zu schaffen, durch welche Warnmeldungen erfolgen, wenn das Gerät nicht aktiviert
ist, der Druckgeber betätigt wird, keine Versorgungsspannung vorhanden ist, die Schlauchleitungen
bzw. der Druckgeber in der Funktion gestört sind (undicht oder gequetscht oder Komponenten
in der Druckwellenkombination selbst defekt sind. Damit ist dieses System geeignet,
um beispielsweise an einer Arbeitsmaschine im Gefahrenfall durch Betätigung des Druckgebers
einen Aus-Befehl auszulösen. Da auch im Störungsfall oder wenn das Gerät nicht aktiviert
ist, ein Aus-Befehl ansteht, kann das System als Sicherheitssystem bezeichnet werden.
[0005] Als Druckgeber kann insbesondere ein Durchgangsdruckgeber (ein Zweiweg-Druckgeber)von
mindestens 0,5 m Länge angeschlossen werden. Ferner kann vorgesehen sein, daß zwischen
der Pumpe und den Druckwellenschaltern ein Luftwiderstand und ein Rückschlagventil
angeordnet sind.
[0006] Um die Empfindlichkeit und Schnelligkeit des Systems bei Benutzung über-langer Schlauchleitungen
zwischen den Druckgebern und den Druckwellenschaltern zu erhöhen, können bevorzugtermaßen
am Druckgeber direkt angebrachte Druckwellenschalter angeordnet werden.
[0007] Die Druckwellenschalter sind bevorzugtermaßen mit einem Umschaltkontakt ausgebildet.
[0008] Ferner kann vorgesehen sein, daß der Arbeitsdruck im Bereich von 5 bis 7 mbar liegt.
Um diesen Arbeitsdruck aufrechtzuerhalten, kann bevorzugtermaßen ein Pumpintervall
von ca. 20 Sek. vorgesehen sein. Weiterhin kann vorgesehen sein, daß das Überwachungsrelais
bei einem Druck unter 3,5 mbar bzw. bei einem Druck über 11,0 mbar abfällt.
[0009] Der Zustand des Systems, d.h. insbesondere die Aktivität der Pumpe und die Druckangaben
können über Anzeigen kenntlich gemacht werden, wobei insbesondere LED-Anzeigen verwendet
werden können.
[0010] Ferner kann vorgesehen sein, daß für die Erhöhung des Pumpendruckes nach Abschaltung
eine Zeitverlängerung vorgesehen ist, d.h., daß die Pumpenrelais-Erregung noch für
ca. 300 ms bestehen bleibt.
[0011] Zur Gewährleistung der Funktionsfähigkeit des Systems ist dieses bevorzugtermaßen
dicht ausgebildet, wobei die Dichtigkeit beispielsweise durch Verkleben der Verbindungsstellen
erreicht werden kann. Um eine eventuelle thermische oder atmosphärische Druckveränderung
des pneumatischen Systems ausgleichen zu können, können an den Druckwellenschaltern
Einstellschrauben zur Einstellung einer vorgegebenen Undichtigkeit vorgesehen sein.
[0012] Die Erfindung wird im folgenden anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert.
Es zeigen:
Fig. 1 eine Prinzipschaltung eines pneumatischen Systems einer Druckwellenkombination,
Fig. 2 in schematischer Darstellung eine Ausführungsform einer Druckwellenkombination
mit Druckgeber,
Fig. 3 in schematischer Darstellung ein Ausführungsbeispiel steuerungsrelevanter Druckbereiche,
Fig. 4 eine Prinzipschaltung der Pumpensteuerung,
Fig. 5 eine Prinzipschaltung des Überwachungskreises,
Fig. 6 eine Prinzipschaltung analog Fig. 1 mit zwei Überwachungsrelais,
Fig. 7 eine Prinzipschaltung einer Druckwellenkombination, mit 24 V Gleichstrom oder
Wechselstrom betrieben und
Fig. 8 eine Prinzipschaltung analog Fig. 7 mit zwei Überwachungsrelais.
[0013] Fig. 1 zeigt eine Prinzipschaltung einer Druckwellenkombination mit einem ersten
Druckwellenschalter 10, einem zweiten Druckwellenschalter 12, einer Pumpe 14 und einem
Überwachungsrelais 16. An die Pumpe 14 ist über Klemmen 18, 20 eine Versorgungsspannung
von 220 V Wechselstrom angelegt. Über einen geeigneten Wandler 22 wird diese Versorgungsspannung
auf eine Erregerspannung von 27 V Gleichdie zur Erregung eines Pumpenrelais z4 strom
gewandelt, /und zur Erregung des Überwachungsrelais 16 erforderlich ist. Zur Anzeige
der verschiedenen Betriebszustände des Systems sind LED-Anzeigen 26, 28, 30 und 32
vorgesehen. Die LED (Light Emitting Diode) 26 zeigt an, ob die Pumpe in Betrieb ist.
Die LED 28 leuchtet auf, sobald der durch die Pumpe erzeugte Druck den unteren Grenzwert
erreicht hat. Diese LED 28 leuchtet wie die LED 26 gelb. Die grün leuchtende LED 30
zeigt an, daß der Druck in dem System innerhalb der vorbestimmten Grenzen liegt. Wenn
die LED 32 rot aufleuchtet, wird angezeigt, daß in dem System eine Störung vorliegt,
d.h., daß der Druck entweder unterhalb des unteren Grenzwertes liegt, d.h., wenn ein
Unterdruck vorhanden ist, oder daß der Druck oberhalb der oberen Grenze liegt, d.h.
daß ein Überdruck in dem System vorhanden ist. In dem Druckwellenschalter 10 ist ein
Umschaltkontakt 34 und in dem Druckwellenschalter 12 ein Umschaltkontakt 36 vorgesehen.
Das Überwachungsrelais 16 ist mit einem Vorwiderstand 38 versehen und weist Umschaltkontakte
37 und 40 auf. Der Kontakt 40 ist mitAnschlußkontakten 41, 42, 44 und 46 versehen
und stellt den Nutzkontakt für die zu überwachende Maschine dar.. Dieses Relais 16
dient der Ein- und Aus-Schaltung einer angeschlossenen Arbeitsmaschine. Fig. 2 zeigt
eine Prinzipschaltung einer Ausführungsform einer Druckwellenkombination. Die Pumpe
14 ist über eine Leitung 50 mit dem ersten Druckwellenschalter 10 verbunden. In der
Leitung 50 sind in Folge vorgesehen ein Luftfestwiderstand 52 und ein Rückschlagventil
54. Zwischen dem Rückschlagventil 54 und dem ersten Druckwellenschalter 10 zweigt
eine Leitung 56 ab, die zu dem zweiten Druckwellenschalter 12 führt. In der Leitung
56 ist zwischen dem Druckwellenschalter 10 und dem Druckwellenschalter 12 ein Druckgeber
58 angeordnet. Damit ist es möglich, die zu dem Druckgeber führende Schlauchleitung
auf Quetschung zu überwachen. Schematisch dargestellt sind in der Schlauchleitung
56 mögliche Quetschstellen 60 bzw. 62. Bei Quetschung einer Seite des Schlauches wird
der Druck an dem Druckwellenschalter 12 registriert und gemeldet. Ein Unterdruck in
dem Druckgeber, beispielsweise wenn der Druck durch die Quetschstelle 60 unterbrochen
ist, wird von dem am Ende des pneumatischen Systems befindlichen Druckwellenschalter
12 gemeldet. Der in dem Druckwellenschalter 10 vorhandene Umschaltkontakt 34 steuert
die Pumpe 14 und meldet einen Überdruck in dem System. Der in dem Druckwellenschalter
12 vorhandene Umschaltkontakt 36 meldet einen Über- und einen Unterdruck. Weiterhin
sind in Fig. 2 gezeigt die LED's zur Anzeige des aktuellen Betriebszustands des Systems.
Wie bereits ausgeführt, zeigt die gelbe LED 26 an, daß die Pumpe in Betrieb ist, die
gelbe LED 28 zeigt an, daß der Druck aufgebaut ist , die grüne LED 30 zeigt an, daß
das System in Ordnung ist/und die rote LED 32 zeigt an, daß eine Störung in dem System
vorliegt. Erst bei Betätigung des Startknopfes 80 leuchtet die grüne LED 30 auf, d.h.
die gelbe LED 28 bzw. die rote LED 32 erlischt.
[0014] Die in Fig. 2 gezeigte Vorrichtung arbeitet folgendermaßen: Die in das System integrierte
Pumpe 14 erzeugt einen Arbeitsdruck. Dieser Druck wird von dem Luftfestwiderstand
52 reduziert über das Rückschlagventil 54 dem
*;nachdem es gestartet wurde,
[0015] Druckwellenschalter 10 zugeführt. Mit dem öffnungskontakt in dem Druckwellenschalter
10 wird über ein Relais mit fester Aus-Schaltverzögerung die Pumpe 14 und somit der
Arbeitsdruck gesteuert. Der Schließkontakt des Druckwellenschalters 10 registriert
den Überdruck auf der linken Seite vom Druckgeber 58 aus gesehen. Das Rückschlagventil
54 verhindert, daß der Arbeitsdruck sich über die Pumpe 14 abbauen kann. Weiterhin
wird die Luft über die Schlauchleitung 56 in den Druckgeber 58 hinein und aus diesem
Druckgeber 58 weiter zu dem Druckwellenschalter 12 zugeführt. Dieser Druckwellenschalter
12 hat wie bereits ausgeführt ebenfalls einen Umschaltkontakt. Der öffner registriert
dabei einen Unterdruck und der Schließer registriert den überdruck vom Druckgeber
58 aus gesehen auf der rechtE Seite am Ende der pneumatischen Leitung 56. Der Unterdruck
ist dabei bevorzugtermaßen definiert, wenn der Druck in der pneumatischen Leitung
kleiner oder gleich ist als 3,5 mbar. Ein überdruck in der Leitung liegt vor, wenn
der Druck in der Leitung größer oder gleich ist als 11 mbar. In beiden Fällen zeigt
das System eine Störung an.
[0016] Fig. 3 zeigt in schematischer Darstellung die bevorzugten steuerungsrelevanten Druckbereiche.
Wenn eine Druckwellenkombination beispielsweise an eine Arbeitsmaschine angeschlossen
ist, wird die Versorgungsspannung über die Klemmen 18 und 20 angeschlossen. Die Pumpe
14 beginnt dann zu pumpen, was durch die gelbe Pumpen LED-Anzeige sichtbar gemacht
wird. Gleichzeitig damit leuchtet die rote LED-Anzeige 32 auf, die eine Warnung anzeigt,
da der Druck geringer ist als 3,5 mbar. Nach Erreichen von 3,5 mbar leuchtet die gelbe
LED-Anzeige 28 auf, die anzeigt, daß der Druck in dem Bereich zwischen 3,5 und 11
mbar liegt. Wenn die Kombination jetzt durch einen Druckknopf intern oder extern gestartet
wird, erlischt die rote LED-Anzeige 32 und die grüne LED-Anzeige 30 leuchtet auf,
die anzeigt, daß das System in Ordnung ist. Sobald ein Druck von 5,0 mbar in dem System
erreicht worden ist, unterbricht der Öffner des Druckwellenschalters 10 die Pumpenrelaiserregung.
Das Pumpenrelais 24 bleibt aber noch für ca. 300 msec angezogen, damit sich in dieser
Zeit der Druck in dem System bis ca. 7,0 mbar erhöhen kann. Dafür ist ein Abgleich
15 vorgesehen. Nach diesen 300 msec fällt das Relais 24 ab und die Pumpe 14 bleibt
stehen, was mit einem Erlöschen der Pumpen-LED-Anzeige 26 verbunden ist. Wenn der
Druck in dem System nach einiger Zeit auf 5,0 mbar abfällt, wird die Pumpe 14 erneut
eingeschaltet. Dieser Pumpenvorgang wiederholt sich geeignetermaßen in Intervallen
von ca. 20 Sek.
[0017] Da das pneumatische System dicht sein muß, muß die Dichtheit nötigenfalls durch Verkleben
an den Verbindungsstellen erreicht werden. An den Druckwellenschaltern 10 und 12 ist
aber eine einstellbare Undichtigkeit vorhanden, mit der eine eventuelle thermische
oder atmosphärische Druckveränderung des pneumatischen Systems ausgeglichen werden
kann. Dazu sind Einstellschrauben vorgesehen, mit denen eine vorgegebene Undichtigkeit
werksseitig einstellbar ist.
[0018] Nach der Betätigung des Startknopfes zieht das Relais 16 an und geht durch den eigenen
Kontakt/in Selbsthaltung (Ruhestromprinzip). Diese Stellung ist die eigentliche Überwachungsstellung
des Systems. Nach einem Spannungsausfall oder einem Auftreten eines Über- oder eines
Unterdruckes fällt das Relais 16 ab und muß wieder neu gestartet werden. Nach Abfallen
des Relais 16 erlischt die grüne LED-Anzeige 30 und die rote LED-Anzeige 32 leuchtet
auf.
[0019] Fig. 4 zeigt eine Prinzipschaltung der Pumpensteuerung. Die Erregerspannung des Relais
24 von 27 V gelangt von dem bis 5,0 mbar geschlossenen Öffnungskontakt 34 des Druckwellenschalters
10 über eine Diode 70 und eine Diode 72 und die gelbe Leuchtdiode 26 an das Relais
24. In dieser Zeit werden auch Kondensatoren 74 und 76 geladen. Das Relais 24 zieht
an und legt sich über den eigenen Kontakt, den geladenen Kondensator 76 an die Spule.
Gleichzeitig wird über eine Diode 78 die Pumpe 14 erregt. Der bei 5,0 mbar druckunterbrechende
Druckwellenschalter 10 verlängert um ca. 300 msec aus dem Zeitkondensator die Pumpenerregung,
bis ein Druck von ca. 7,0 mbar aufgebaut ist. Dann fällt das Relais 24 ab, die Pumpe
14 bleibt stehen und die gelbe Leuchtdiode 26 erlischt. Der in dem System abfallende
Druck bringt erneut bei 5,0 mbar Druck das Relais 24 zum Anziehen und dadurch die
Pumpe 14 in Betrieb. Dieser Vorgang wiederholt sich in Intervallen von ca. 20 Sek.
[0020] Fig. 5 zeigt eine Prinzipschaltung des Überwachungskreises. Die eigentliche Überwachungsschaltung
besteht aus dem Druckwellenschalter 10 mit Wechsler 34 und dem Druckwellenschalter
12 mit Wechsler 36, den über den Zustand der Kombination aussagenden LED-Anzeigen
28, 30 und 32 und dem Überwachungsrelais 16 mit seinem Vorwiderstand 38. Die beiden
Druckwellenschalter 10 und 12 sind geometrisch so angeordnet, daß sie einmal vor dem
Druckgeber 58 und einmal nach dem Druckgeber 58 angeordnet sind, um die zu dem Druckgeber
führenden Schlauchleitungen 56 u.a. auf Quetschungen oder Bruch zu überwachen.
[0021] Wenn die Betriebsspannung des Systems vorhanden ist, kann die Überwachung nur gestartet
werden, wenn der Kurzschluß des Relais 16, der von dem Druckwellenschalter 12 ausgelöst
worden aufgehoben wird. Dies ist mit Erreichen von 3,5 bzw. 11,0 mbar Druck in dem
System gegeben. Bei 3,5 mbar öffnet der Öffner des Druckwellenschalters 12 und die
gelbe LED-Anzeige 28 "Druck" leuchtet auf. Nach Betätigen eines Tasters 80 geht das
Relais 16 über den eigenen Kcntakt/in Selbsthaltung. Die rote LED-Anzeige 32 erlischt
und die grüne LED-Anzeige 30 leuchtet auf. Wie bereits ausgeführt, sind die Abfallbedingungen
für das Relais 16 folgende: Bei einem als Unterdruck bezeichneten Druck von kleiner
gleich 3,5 mbar wird das pneumatische System als unterbrochen angesehen und bei einem
als Überdruck bezeichneten Druck von größer gleich 11,0 mbar erfolgt eine Gefahrenmeldung.
Bei Unter- oder Überdruck wird das Relais 16 kurzgeschlossen und fällt ab.
[0022] Durch diese gewählte Schaltung ist es möglich, die Empfindlichkeit der Schaltung
durch außerhalb der Steuerung angebrachte Druckwellenschalter wesentlich zu erhöhen.
Zu diesem Zweck genügt es, einen auf 3,5 mbar und 11,0 mbar eingestellten Druckwellenwechselkontakt
82 direkt an den Druckgeber 58 anzuschließen und elektrisch mit der Kombination zu
verbinden. Schließer und Öffner des Druckwellenschalters sind dabei zu brücken und
an Klemmen 84 und 86 zu legen. Hierdurch wird Unter- oder Überdruck direkt an dem
Druckgeber registriert und ohne eventuell lange Verbindungsschläuche zu durchlaufen,
sofort elektrisch in der Kombination verarbeitet. Der außenliegende Druckwellenschalter
82 ist in der Funktion mit dem in der Kombination befindlichen Druckwellenschalter
12 identisch.
[0023] Fig. 6 zeigt eine der in Fig. 1 dargestellten Prinzipschaltung analoge Schaltung, bei
welcher aber zusätzlich zu dem Überwachungsrelais 16 noch weitere Überwachungsrelais
17, 17a um die Betriebssicherheit zu gewährleisten, wenn das erste Relais 16 ausfallen
sollte. Da die Ausgangskontakte dieser Relais in Serie geschaltet sind, ist die Wahrscheinlichkeit,
daß alle Kontakte zur selben Zeit ausfallen, sehr gering.
[0024] Die Fig. 7 und 8 zeigen Prinzipschaltungen von Druckwellenkombinationen, welche direkt
mit Wechsel- oder Gleichstrom von 24 V gespeist werden und welche ein Überwachungsrelais
16 (Fig. 7) bzw. zwei Überwachungsrelais 16 und 17, 17a (Fig. 8) analog Fig. 1 bzw.
6 aufweisen.
[0025] Mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung bzw. dem erfindungsgemäßen System ist es möglich,
die Erfassung von Unter-und Überdruck durch lediglich zwei Druckwellenschalter vorzunehmen.
Zur Erreichung der oberen Grenze des Pumpendruckes wird nach Abschaltung eine ZeitüFerlängerung
herangezogen. Die Empfindlichkeit und Schnelligkeit des Systems kann bei Benutzung
zberlanger Schlauchleitungen zwischen dem Druckgeber und den Druckwellenschaltern
durch zusätzlich am Druckgeber direkt angebrachte Druckwellenschalter erhöht werden.
Die angeführten Strom-, Druck- und Zeitwerte stellen bevorzugte, eine große Funktionssicherheit
garantierende Werte dar. Es ist natürlich möglich, die Vorrichtung zu anderen Bereichen
zu fahren. Der Druckgeber kann in Form einer Matte oder als elastische Kante am Rand
einer Tür ausgebildet sein.
[0026] Die Überwachung sowohl des pneumatischen als auch des elektrischen Systems erfolgt
bei den vorstehend beschriebenen Vorrichtungen im Ruhedruck- bzw. im Ruhestromprinzip.
1. Vorrichtung insbesondere zur Überwachung einer Arbeitsmaschine, gekennzeichnet
durch Druckwellenschalter (10,12), einen zwischen den Druckwellenschaltern angeordneten
Druckgeber (58), eine Pumpe (14) zur Aufrechterhaltung eines Arbeitsdruckes und ein
überwachungsrelais (16).
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zwei Druckwellenschalter
(10,12) vorgesehen sind.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet , daß die Druckwellenschalter
(10, 12) mit dem Druckgeber (58) über Schlauchleitungen (50, 56) verbunden sind.
4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet , daß zwischen
der Pumpe (14) und den Druckwellenschaltern (10, 12) ein Luftfestwiderstand (52) angeordnet
ist und daß in der Leitung (50) zu den Druckwellenschaltern (10, 12) ein Rückschlagventil
(54) angeordnet ist.
5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet , daß der
Druckgeber (58) als Durchgangsdruckgeber (Zwei-Weg-Druckgeber) in Form einer Druckleiste,
eines Türschutzprofils oder einer Druckmatte ausgebildet ist.
6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet , daß bei
überlangen Schlauchleitungen (56) zwischen Druckgeber (58) und Druckwellenschaltern
(10, 12) am Druckgeber (58) direkt angebrachte Druckwellenschalter (82) vorgesehen
sind.
7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet , daß die
Druckwellenschalter (10, 12) Umschaltkontakte (34, 36) aufweisen.
8. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet , daß
der Pumpendruck 5,0 bis 7,0 mbar beträgt, daß ein Pumpenintervall ca. 20 Sek. beträgt
und daß bei einem Druck unter 3,5 mbar bzw. über 11,0 mbar das Überwachungsrelais
(16) abfällt.
9. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet
, daß Anzeigen (26 bis 32) zur Kenntlichmachung des Pumpenzustands und der Druckgrößen
vorgesehen sind und daß die Anzeigen (26, bis 32) LED-Anzeigen sind.
10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet , daß zur
Erhöhung des Pumpendrucks nach Abschalten eine Zeitverlängerung von ca. 300 msec vorgesehen
ist.
11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet , daß das
System dicht ist und daß die Verbindungsstellen des Systems verklebt oder über Rohrschellen
verschraubt sind.
12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet , daß an
den Druckwellenschaltern (10, 12) Einstellschrauben zur Einstellung einer Undichtigkeit
vorgesehen sind.