Schalteinrichtung

Abstract

 Ein Schalter (5) ist an einem Grundkörper (1), ein Betätigungselement (7) für den Schalter (5) an einem Zusatzelement (2) einer Anlage anordenbar. Der Schalter (5) und das Betätigungselement (7) wirken bei nicht gebrochenem Betätigungselement (7) derart zusammen, dass beim Überführen des Betätigungselements (7) in eine Schaltstellung über eine mechanische Wirkkette zwangsweise der Schaltkontakt (6) des Schalters (5) geöffnet wird. Das Betätigungselement (7) ist in den Stromkreis (8) des Schaltkontakts (6) eingeschleift. Der Stromkreis (8) wird somit auch durch einen Bruch des Betätigungselements (7) unterbrochen.

Beschreibung

[0001] Die vorliegende Erfindung betrifft eine Schalteinrichtung mit einem Schalter und einem Betätigungselement für den Schalter,

• wobei der Schalter an einem Grundkörper einer Anlage und das Betätigungselement an einem Zusatzelement der Anlage anordenbar sind,
• wobei der Schalter und das Betätigungselement bei nicht gebrochenem Betätigungselement derart zusammenwirken, dass beim Überführen des Betätigungselements in eine Schaltstellung über eine mechanische Wirkkette zwangsweise ein Schaltkontakt des Schalters geöffnet wird.

[0002] Sie betrifft ferner eine Anlage mit einer derartigen Schalteinrichtung.

[0003] Eine derartige Schalteinrichtung ist beispielsweise aus der DE 196 02 690 C1 bekannt. Ähnliche Offenbarungsgehalte weisen das DE 297 17 313 U1 und die EP 0 635 612 B1 auf.

[0004] Aus der DE 197 11 588 A1 ist eine Schalteinrichtung mit einem Schalter und einem Betätigungselement für den Schalter bekannt, bei der der Schalter an einem Grundkörper einer Anlage und das Betätigungselement an einem Zusatzelement der Anlage anordenbar sind. Bei nicht gebrochenem Betätigungselement wirken das Betätigungselement und eine Sensoreinrichtung zum Erfassen der Anwesenheit des Betätigungselements derart zusammen, dass beim Überführen des Betätigungselements in eine Schaltstellung ein Schaltkontakt des Schalters sicher geöffnet wird. Das Betätigungselement ist derart ausgebildet, dass auch ein Bruch des Betätigungselements ein Öffnen des Schalters bewirkt.

[0005] Bei Maschinen und Anlagen werden oftmals Sicherheitsschalter eingesetzt, welche bewegliche Schutzeinrichtungen wie z. B.

[0006] Türen oder Abdeckungen überwachen. Diese Schutzeinrichtungen trennen Mensch und Maschine (bzw. Anlage) zum gegenseitigen Schutz voneinander. Der an der Maschine montierte Sicherheitsschalter weist in der Regel einen sogenannten Antriebskopf mit einer Aufnahme auf, die ein an der Abdeckung montiertes separates Betätigungselement, oftmals auch Schlüssel genannt, beim Schließen der Abdeckung aufnimmt. Ein so betätigter Sicherheitsschalter ermöglicht durch Schließen eines Kontakts den Betrieb der Maschine. Umgekehrt wird beim Öffnen der Tür oder der Abdeckung, also dem Herausziehen des Betätigungselements aus der Aufnahme, der Kontakt wieder zwangsweise geöffnet. Es wird also ein Stromkreis geöffnet, so dass die zu überwachende Maschine bzw. Anlage in einen sicheren Zustand überführt oder abgeschaltet werden kann.

[0007] Ein Brechen des Betätigungselements z. B. durch äußere mechanische Einflüsse oder Materialermüdung wird durch das System bei den normalen Sicherheitsschaltern des Standes der Technik nicht erkannt. In diesem Fall kann die Schutzeinrichtung geöffnet werden, ohne dass die zu überwachende Anlage zwangsweise in den sicheren Zustand überführt bzw. abgeschaltet wird. Daraus kann eine erhebliche Gefahr für eine Bedienperson und/oder die Maschine bzw. Anlage entstehen.

[0008] Auch ein Brechen anderer bruchgefährdeter Bauteile, beispielsweise eines Schaltrades, über das das Betätigungselement auf den Schaltkontakt einwirkt, oder des Antriebskopfes, kann mittels der im oben genannten Stand der Technik beschriebenen Maßnahmen nicht erkannt werden.

[0009] Aufgrund dieser Risiken müssen Schutzeinrichtungen höherer Sicherheitskategorie immer redundant zwei derartige Sicherheitsschalter aufweisen, so dass bei einem eventuellen Fehler des einen Sicherheitsschalters ein Öffnen der Tür bzw. Abdeckung dennoch erkannt und die Anlage daraufhin in den sicheren Zustand überführt werden kann. Darüber hinaus werden, um einen Bruch des Betätigungselements zu vermeiden, die Betätigungselemente oftmals aus teuren Stahl-/Kunststoff-Kombinationen oder aus Gusseisen hergestellt.

[0010] Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine gattungsgemäße Schalteinrichtung und eine korrespondierende Anlage mit einer Schalteinrichtung derart weiterzuentwickeln, dass auf einfache Weise ein Brechen zumindest des Betätigungselements mit Sicherheit erkannt wird.

[0011] Die Aufgabe wird dadurch gelöst, dass das Betätigungselement in einen Stromkreis eingeschleift ist, in den auch der Schaltkontakt eingeschleift ist, so dass der Stromkreis sowohl durch das Öffnen des Schaltkontakts als auch durch einen Bruch des Betätigungselements unterbrochen wird.

[0012] Üblicherweise weist der Schalter einen Stößel auf, über den der Schaltkontakt betätigbar ist. Das Betätigungselement wiederum wirkt in der Regel über ein schalterfest angeordnetes Schaltrad auf den Stößel ein. Zur Erhöhung der Fehlersicherheit können daher auch der Antriebskopf, der Stößel und das Schaltrad in den Stromkreis eingeschleift sein.

[0013] Wenn der Schalter eine Aufnahme für das Betätigungselement aufweist, aus der das Betätigungselement beim Überführen in die Schaltstellung bei nicht gebrochenem Betätigungselement entfernt wird, und in der Aufnahme mindestens ein Kontakt angeordnet ist, so dass der Stromkreis auch durch das Entfernen des Betätigungselements aus der Aufnahme als solches unterbrochen wird, ergibt sich eine noch größere Sicherheit.

[0014] Wenn das Betätigungselement mindestens eine Sollbruchstelle aufweist und zumindest im Bereich der Sollbruchstelle in den Stromkreis eingeschleift ist, ergibt sich eine noch höhere Sicherheit bezüglich des Erkennens eines Betätigungselementbruchs.

[0015] Wenn der Schalter mindestens einen weiteren Schaltkontakt aufweist, der zusammen mit dem erstgenannten Schaltkontakt betätigbar ist, kann beispielsweise der Sollschaltzustand des erstgenannten Schaltkontakts als solcher erfasst werden. Somit kann beispielsweise ein Unterbrechen des Stromkreises durch den Schaltkontakt von einem Unterbrechen des Stromkreises durch ein Brechen des Betätigungselements unterschieden werden.

[0016] Wenn der weitere Schaltkontakt beim Überführen des Betätigungselements in die Schaltstellung bei nicht gebrochenem Betätigungselement einen weiteren Stromkreis zwangsweise unterbricht, ist der Schalter zweikanalig ausgebildet. In diesem Fall ist es insbesondere möglich, dass das Betätigungselement derart ausgebildet ist, dass es in den weiteren Stromkreis einschleifbar ist, so dass auch der weitere Stromkreis durch einen Bruch des Betätigungselements unterbrochen wird. Es ist sogar möglich, dass der Schalter und das Betätigungselement derart ausgebildet sind, dass der weitere Schaltkontakt in den weiteren in das Betätigungselement einschleifbaren Stromkreis eingeschleift ist.

[0017] Weitere Vorteile und Einzelheiten ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels. Dabei zeigen in Prinzipdarstellung

FIG 1

eine technische Anlage,

FIG 2

ein Beispiel eines Sicherheitsschalters und

FIG 3

ein weiteres Beispiel eines Sicherheitsschalters.

[0018] Gemäß FIG 1 weist eine Anlage einen Grundkörper 1 auf. Am Grundkörper 1 ist ein Zusatzelement 2 angeordnet, das bezüglich des Grundkörpers 1 beweglich ist.

[0019] Das Zusatzelement 2 ist gemäß FIG 1 als Abdeckung 2 ausgebildet. Mittels der Abdeckung 2 ist ein Gefahren- bzw. allgemeiner Wirkbereich 3 der Anlage im Betrieb gegenüber einer Bedienperson 4 abschirmbar. Die Bedienperson 4 ist somit bei geschlossener Abdeckung 2 vor Gefahren geschützt, die von dem Wirkbereich 3 ausgehen. Umgekehrt sind gegebenenfalls auch der Wirkbereich 3 und darin angeordnete Gegenstände vor einem Zugriff durch die Bedienperson 4 geschützt.

[0020] Wie in FIG 1 schematisch angedeutet, ist am Grundkörper 1 ein Schalter 5 mit einem Schaltkontakt 6 angeordnet. Am Zusatzelement 2 ist ein Betätigungselement 7 für den Schalter 5 angeordnet. Beim Schließen der Abdeckung 2 wird daher der Schalter 5 betätigt, so dass der Schaltkontakt 6 geschlossen wird. Somit wird ein in FIG 1 schematisch angedeuteter Stromkreis 8 geschlossen, in den der Schaltkontakt 6 eingeschleift ist. Das Schließen des Stromkreises 8 wird von einer Steuerung 9 für die Anlage erkannt. Nur bei geschlossenem Schaltkontakt 6 ist ein Betrieb der Anlage möglich, z. B. das Laufen eines im Wirkbereich 3 angeordneten Motors 10.

[0021] Wenn hingegen die Abdeckung 2 geöffnet wird, wird auch der Schaltkontakt 6 geöffnet. Der Stromkreis 8 wird dadurch unterbrochen. Aufgrund des Unterbrechens des Stromkreises 8 wird die Anlage von der Steuerung 9 sofort in einen sicheren Zustand überführt, z. B. der Motor 10 stillgesetzt. Das Öffnen des Stromkreises 8 beeinflusst somit den Betriebsstand der Anlage. Das Öffnen der Abdeckung 2 entspricht also dem Überführen des Zusatzelements 2 (und auch des Betätigungselements 7) in eine Schaltstellung.

[0022] Der Aufbau des Schalters 5 und des Betätigungselements 7 werden nachstehend in Verbindung mit FIG 2 näher erläutert.

[0023] Gemäß FIG 2 weist der Schalter 5 ein Schaltrad 11 und einen Stößel 12 auf. Oberhalb des Schaltrades 11 weist der Schalter 5 eine Aufnahme 13 für das Betätigungselement 7 auf. Die Aufnahme 13 ist dabei in einem Antriebskopf 5' angeordnet, in dem auch das Schaltrad 11 gelagert ist. Wenn die Abdeckung 2 geöffnet wird und das Betätigungselement 7 ordnungsgemäß an der Abdeckung 2 befestigt ist, wird das Betätigungselement 7 durch das Öffnen der Abdeckung 2 aus der Aufnahme 13 entfernt.

[0024] Durch das Entfernen des Betätigungselements 7 aus der Aufnahme 13 wird das Schaltrad 11 bei ordnungsgemäßem Zusammenwirken des Betätigungselements 7 und des Schaltrads 11 derart verdreht, dass der Stößel 12 eingerückt wird. Er wird also, wie in FIG 2 durch einen Pfeil B angedeutet, in einer Einrückrichtung bewegt. Das Betätigungselement 7 wirkt zunächst auf das Schaltrad 11 ein. Das Schaltrad 11 wiederum wirkt auf den Stößel 12 ein. Der Stößel 12 betätigt dann den Schaltkontakt 6. Der Schaltkontakt 6 wird also über eine mechanische Wirkkette betätigt, die das Betätigungselement 7, das Schaltrad 11 und den Stößel 12 umfasst.

[0025] Der Schaltkontakt 6 ist gemäß FIG 2 als Öffner ausgebildet. Durch das Zusammenwirken des Schalters 5 und des Betätigungselements 7 wird also beim Überführen der Abdeckung 2 in die Schaltstellung zwangsweise der Schaltkontakt 6 geöffnet und somit mittels des Schaltkontakts 6 der Stromkreis 8 unterbrochen.

[0026] Durch das oben stehend beschriebene Zusammenwirken des Betätigungselements 7, des Schaltrads 11 und des Stößels 12 erfolgt das zwangsweise Unterbrechen des Stromkreises 8 nur dann, wenn sowohl das Betätigungselement 7 als auch der Antriebskopf 5', das Schaltrad 11 und der Stößel 12 voll funktionsfähig sind. Insbesondere dürfen diese Elemente 5', 7, 11, 12 nicht gebrochen sein. So würde beispielsweise, wenn das Betätigungselement 7 gebrochen wäre, trotz des Öffnens der Abdeckung 2 das Betätigungselement 7 nicht aus der Aufnahme 13 entfernt. Bei einem Brechen des Schaltrades 11 könnte es geschehen, dass das Schaltrad 11 trotz eines Entfernens des Betätigungselements 7 aus der Aufnahme 13 nicht verdreht wird. Wenn der Stößel 12 gebrochen wäre, könnte es geschehen, dass trotz eines Verdrehens des Schaltrades 11 bei einem Entfernen des Betätigungselements 7 aus der Aufnahme 13 der Stößel 12 nicht eingerückt wird. Ein Abbrechen des Antriebskopfes 5' hätte ähnliche Folgen. Nur bei nicht gebrochenen Elementen 5' 7, 11, 12 ist also das obenstehend beschriebene Zusammenwirken des Schalters 5 und des Betätigungselements 7 gewährleistet.

[0027] Um auch in solchen Fällen ein Unterbrechen des Stromkreises 8 zu gewährleisten, ist mindestens eines dieser Elemente 5', 7, 11, 12 in den Stromkreis 8 eingeschleift. Dies wird nachstehend anhand des Betätigungselements 7 und des Antriebskopfs 5' näher erläutert. Die Ausführungen bezüglich des Betätigungselements 7 und des Antriebskopfs 5' sind aber ohne weiteres auch auf das Schaltrad 11 und den Stößel 12 übertragbar.

[0028] Gemäß FIG 2 sind in der Aufnahme 13 des Antriebskopfs 5' Kontakte 14 angeordnet. Im Betätigungselement 7 ist eine Leiterschleife 15 angeordnet. Wenn das Betätigungselement 7 in die Aufnahme 13 eingeführt ist, stehen die Kontakte 14 und die Leiterschleife 15 miteinander in elektrischer Verbindung. Die Leiterschleife 15 ist ersichtlich Bestandteil des Stromkreises 8. Wenn daher das Betätigungselement 7 oder der Antriebskopf 5' bricht, wird der Stromkreis 8 zwangsweise unterbrochen, so dass trotz des Überführens des Schaltkontakts 6 in die geschlossene Stellung der Stromkreis 8 unterbrochen bleibt. Die Anlage wird daher durch die Steuerung 9 weiterhin im sicheren Zustand gehalten bzw. bei einem Bruch während laufender Anlage in den sicheren Zustand überführt.

[0029] Durch das Anordnen der Kontakte 14 in der Aufnahme 13 ist ferner gewährleistet, dass auch durch das Entfernen des Betätigungselements 7 aus der Aufnahme 13 als solches der Stromkreis 8 unterbrochen wird. Auch bei einem Versagen des Schaltkontakts 6 wird daher der Stromkreis 8 unterbrochen.

[0030] Gemäß FIG 2 weist das Betätigungselement 7 einen Verjüngungsbereich 16 auf. Der Verjüngungsbereich 16 dient als Sollbruchstelle 16 für das Betätigungselement 7. Ersichtlich erstreckt sich die Leiterschleife 15 über den Verjüngungsbereich 16. Das Betätigungselement 7 ist also zumindest im Bereich der Sollbruchstelle 16 in den Stromkreis 8 eingeschleift. Ähnliche Maßnahmen sind auch beim Antriebskopf 5' möglich.

[0031] Gemäß FIG 2 weist der Schalter 5 einen weiteren Schaltkontakt 17 auf, der zusammen mit dem Schaltkontakt 6 betätigt wird. Er ist als Rückmeldekontakt ausgebildet, mittels dessen der Sollschaltzustand des Schaltkontakts 6 über einen weiteren Stromkreis 18 der Steuerung 9 zuführbar ist. Gemäß FIG 2 ist der weitere Schaltkontakt 17 als Schließer ausgebildet. Er könnte aber auch als Öffner ausgebildet sein. Wenn auch der weitere Schaltkontakt 17 als Öffner ausgebildet wäre, würde beim Überführen des Zusatzelements 2 (bzw. des Betätigungselements 7) in die Schaltstellung bei ordnungsgemäßem Funktionieren von Schalter 5 und Betätigungselement 7, insbesondere also bei nicht gebrochenem Antriebskopf 5' und nicht gebrochenem Betätigungselement 7, auch der weitere Schaltkontakt 17 zwangsweise geöffnet, der Stromkreis 18 also zwangsweise unterbrochen werden.

[0032] Gemäß FIG 2 sind der Antriebskopf 5' und das Betätigungselement 7 (oder ein anderes bruchgefährdetes Element, z. B. das Schaltrad 11 oder den Stößel 12) nicht in den weiteren Stromkreis 18 eingeschleift. Auch dies wäre aber auch ohne weiteres möglich. In diesem Fall würde auch der weitere Stromkreis 18 bei einem Bruch des jeweiligen Elements 5', 7, 11 bzw. 12 zwangsweise unterbrochen werden.

[0033] Die Darstellung von FIG 3 entspricht im wesentlichen der von FIG 2. Der einzige wesentliche Unterschied besteht darin, dass gemäß FIG 3 das Einschleifen des Betätigungselements 7 in den Stromkreis 8 nicht über die Aufnahme 13, sondern über eine separate Leitung 19 erfolgt. Insbesondere bei dieser Ausführungsform ist ein Einschleifen des Betätigungselements 7 (oder eines anderen bruchgefährdeten Elements 5', 11, 12) in einen vom Schaltkontakt 6 unabhängigen Stromkreis auf einfache Weise möglich.

[0034] Abschließend sei noch erwähnt, dass auch eine Mischform zwischen der Ausgestaltung gemäß FIG 2 und der Ausgestaltung gemäß FIG 3 möglich ist. Es kann also insbesondere in der Aufnahme 13 ein einzelner Kontakt 14 vorhanden sein und der Stromkreis 8 über die Leitung 19 weitergeführt sein. In diesem Fall ist insbesondere im Betätigungselement 7 eine Hinund Rückführung in Form der Leiterschleife 15 nicht erforderlich. Vielmehr kann in diesem Fall eine einzige, durchgehende elektrische Verbindung vorhanden sein.

[0035] Aufgrund des Einschleifens des Stromkreises 8 in das Betätigungselement 7 ist es insbesondere nicht mehr nötig, das Bettätigungselement 7 mit einer Seele aus Stahl oder Gusseisen zu versehen. Vielmehr kann das Betätigungselement 7 als einfaches Spritzgießteil ausgebildet sein, in das ein Blech-, Aluminium- oder Kupferstreifen eingelegt ist.

Ansprüche

1. Schalteinrichtung mit einem Schalter (5) und einem Betätigungselement (7) für den Schalter (5),

- wobei der Schalter (5) an einem Grundkörper (1) einer Anlage und das Betätigungselement (7) an einem Zusatzelement (2) der Anlage anordenbar sind,

- wobei der Schalter (5) und das Betätigungselement (7) bei nicht gebrochenem Betätigungselement (7) derart zusammenwirken, dass beim Überführen des Betätigungselements (7) in eine Schaltstellung über eine mechanische Wirkkette zwangsweise ein Schaltkontakt (6) des Schalters (5) geöffnet wird,

dadurch gekennzeichnet,
dass das Betätigungselement (7) in einen Stromkreis (8) eingeschleift ist, in den auch der Schaltkontakt (6) eingeschleift ist, so dass der Stromkreis (8) sowohl durch das Öffnen des Schaltkontakts (6) als auch durch einen Bruch des Betätigungselements (7) unterbrochen wird.

2. Schalteinrichtung nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
dass der Schalter (5) einen Stößel (12) aufweist, über den der Schaltkontakt (6) betätigbar ist.

3. Schalteinrichtung nach Anspruch 2,
dadurch gekennzeichnet,
dass auch der Stößel (12) in den Stromkreis (8) eingeschleift ist.

4. Schalteinrichtung nach Anspruch 2 oder 3,
dadurch gekennzeichnet,
dass der Schalter (5) ein Schaltrad (11) aufweist, über das das Betätigungselement (7) auf den Stößel (12) einwirkt.

5. Schalteinrichtung nach Anspruch 4,
dadurch gekennzeichnet,
dass auch das Schaltrad (11) in den Stromkreis (8) eingeschleift ist.

6. Schalteinrichtung nach einem der obigen Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
dass der Schalter (5) eine Aufnahme (13) für das Betätigungselement (7) aufweist, aus der das Betätigungselement (7) beim Überführen in die Schaltstellung bei nicht gebrochenem Betätigungselement (7) entfernt wird, und dass in der Aufnahme (13) mindestens ein Kontakt (14) angeordnet ist, so dass der Stromkreis (8) auch durch das Entfernen des Bedienelements (7) aus der Aufnahme (13) als solches unterbrochen wird.

7. Schalteinrichtung nach einem der obigen Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
dass das Betätigungselement (7) mindestens eine Sollbruchstelle (16) aufweist und dass das Betätigungselement (7) zumindest im Bereich der Sollbruchstelle (16) in den Stromkreis (8) eingeschleift ist.

8. Schalteinrichtung nach einem der obigen Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
dass der Schalter (6) mindestens einen weiteren Schaltkontakt (17) aufweist, der zusammen mit dem erstgenannten Schaltkontakt (6) betätigbar ist.

9. Schalteinrichtung nach Anspruch 8,
dadurch gekennzeichnet,
dass der weitere Schaltkontakt (17) beim Überführen des Betätigungselements (7) in die Schaltstellung bei nicht gebrochenem Betätigungselement (7) geöffnet wird.

10. Schalteinrichtung nach einem der obigen Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
dass das Betätigungselement (7) derart ausgebildet ist, dass es in einen weiteren Stromkreis (18) einschleifbar ist, so dass auch der weitere Stromkreis (18) durch einen Bruch des Betätigungselements (7) unterbrochen wird.

11. Schalteinrichtung nach Anspruch 9 und 10,
dadurch gekennzeichnet,
dass der Schalter (5) und das Betätigungselement (7) derart ausgebildet sind, dass der weitere Schaltkontakt (17) in den weiteren in das Betätigungselement (7) einschleifbaren Stromkreis (18) eingeschleift ist.

12. Anlage mit einem Grundkörper (1) und einem bezüglich des Grundkörpers (1) beweglich angeordneten Zusatzelement (2),

- wobei am Grundkörper (1) ein Schalter (5) mit einem Schaltkontakt (6) und am Zusatzelement (2) ein Betätigungselement (7) für den Schalter (5) angeordnet sind,

- wobei der Schalter (5) und das Betätigungselement (7) bei nicht gebrochenem Betätigungselement (7) derart zusammenwirken, dass beim Überführen des Zusatzelements (2) in eine Schaltstellung über eine mechanische Wirkkette zwangsweise der Schaltkontakt (6) geöffnet und so ein Stromkreis (8) unterbrochen wird,

- wobei das Unterbrechen des Stromkreises (8) einen Betriebszustand der Anlage beeinflusst,

dadurch gekennzeichnet,
dass auch das Betätigungselement (7) in den Stromkreis (8) eingeschleift ist, so dass dieser Stromkreis (8) auch durch einen Bruch des Betätigungselements (7) unterbrochen wird.

Zeichnung