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Die Erfindung bezieht sich auf eine Sicherheitsschalteinrichtung für ein Handbediengerät für elektrisch gesteuerte Maschinen, zur Verwendung in Kombination mit den eigentlichen Steue- rungselementen der Maschinensteuerung bei Handbetrieb bzw. manueller Bedienung, wobei die Sicherheitsschalteinrichtung mit den üblichen Steuerungselementen am Handbediengerät in serieller Wirkverbindung steht, sodass die Maschine die vom Bediener beabsichtigte Funktion nur dann ausführt, wenn zusätzlich die Sicherheitsschalteinrichtung derart betätigt ist, dass eine Zustim- mung zur Ausführung der Maschinenfunktion gegeben ist, und die mehrstufige, als Taster aus- geführte Sicherheitsschalteinrichtung mehrere Kanäle bzw.
mehrere Schaltkreise aufweist und den Schaltkreisen zumindest ein von einem Bediener entsprechend der gewünschten Schaltfunktion per Fingerdruck verstellbares Betätigungselement zugeordnet ist
Es sind bereits verschiedene, auch als Zustimmschalter bezeichnete Sicherheitsschalteinrich- tungen bekannt. Diese Zustimmschalter sind durch eine Mehrzahl von einzelnen auf Federzungen angeordneten Schaltkontakten gebildet. Diesen mechanischen Schaltkontakten sind zur Relativ- verstellung zueinander mehrere Bedienorgane zugeordnet, sodass eine elektrische Verbindung zwischen zwei korrespondierenden Schaltkontakten hergestellt bzw. unterbrochen werden kann Um mit derartigen Schaltkontakten die Anforderungen an ein Sicherheitsschaltelement erfüllen zu können, ist eine aufwendige Mechanik vorzusehen, die bestimmte, unzulässige Schaltzustande ausschliesst.
Nachteilig ist bei diesen bekannten Vorrichtungen, dass diese mechanischen Betäti- gungsorgane eine aufwendige, mechanische Ausbildung zur Vermeidung von unerlaubten Schalt- folgen erfordern.
In der DE 32 42 256 A1 ist ein Steuerverfahren und eine entsprechende Einrichtung zur Steuerung eines Roboters oder einer anderen Automationseinrichtung beschrieben Dabei ist eine optische Abtasteinheit im Bereich des Greifers des Roboters vorgesehen, welche Bilddaten aufnimmt die über ein faseroptisches Kabel zu einer Auswerteeinrichtung übertragen werden. Das Auswerte- bzw. Analyseergebnis wird dann zur Steuerung des Roboters oder einer anderen Automationseinrichtung herangezogen Manuelle Steuervorgänge eines Anwenders können mit dem vorgeschlagenen Verfahren nicht sicherer gestaltet werden.
In der US 4,814,632 A ist eine Sicherheitsschalteinrichtung beschrieben, welche u. a. aus einem Griffstück und einem Annäherungssensor besteht Das Griffstück ist dabei von der Hand des Bedieners einer Maschine mit höheren Sicherheitsanforderungen zu ergreifen Der Betäti- gungssensor für die zu bedienende Maschine ist bevorzugt kontaktlos aktivierbar und der Handfläche eines Schutzhandschuhes zugeordnet Somit ist sichergestellt, dass die gefahrbringen- de Vorrichtung, beispielsweise eine Sandstrahlvorrichtung, nicht ohne dem schützenden Hand- schuh mit dem integrierten Sensor betrieben werden kann.
Hierbei wird durch blosses Ergreifen bzw. durch Annäherung des Schutzhandschuhes an das Griffstück die gefahrbringende Vorrich- tung aktivierbar und sind keinerlei Schaltstufen vorgesehen, wodurch die Sicherheitsschalteinrich- tung vom Anwender allmählich unbewusst betätigt wird und diese Ausführungsform daher nicht für alle Anwendungsbereiche geeignet ist
Die US 4,652,205 A beschreibt ein Kamerasystem zur Absicherung des Umgebungsbereiches von Produktionszellen mit automatisierten Anlagen Werden von diesem Kamerasystem Objekte wie z. B. Personen detektiert, was durch eine Veränderung des Kamerasignals gegenüber dem Normalzustand erkennbar ist, so wird der Betrieb der überwachten Anlage unterbrochen, um Personen bzw. Maschinen zu schützen. Eine Erhöhung der Sicherheit bei der aktiven Steuerung des Roboters ist dadurch nicht ermöglicht.
Die US 5,280,622 A offenbart ein Sicherheitssystem für den Umgebungsbereich von Robotern.
Hierbei sind entsprechend der Entfernung des eindringenden Objekts zum Roboter verschiedene Massnahmen vorgesehen. Die Abstufung der Sicherheitsmassnahmen richtet sich dabei nach dem jeweiligen Gefahrenpotential. Auch mit diesem System ist keinerlei Sicherheitsgewinn bei der aktiven Steuerung des Roboters durch einen Bediener ermöglicht
Auch aus der EP 0 264 350 A1 ist ein Absicherungssystem für Roboteranlagen bekannt Auch hierbei wird lediglich der Umgebungsbereich des Roboters abgesichert. Bedien- oder Steuervor- gänge des Roboters können nicht sicherer gestaltet werden
In der DE 42 10 661 A1 ist ein Verfahren und eine Anordnung zur Absicherung eines gefahr- bringenden Bereiches beschrieben.
Auch hierbei wird der Umgebungsbereich einer Automatisie- rungsanlage überwacht und bei unzulässigem Eintreten von Objekten, beispielsweise führerlosen
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Transportsystemen, eine Abschaltung derjeweiligen Einrichtungen bewirkt.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Sicherheitsschalteinrichtung zu schaffen, welche eine hohe Funktionssicherheit aufweist.
Diese Aufgabe der Erfindung wird dadurch gelöst, dass je Schaltkreis zumindest eine Positions- erfassungsvorrichtung, insbesondere gebildet durch kontaktlos arbeitende Detektionsvorrichtungen zur Erfassung der vom Bediener veränderbaren, den jeweiligen Schaltstufen entsprechenden aktuellen Position der Betätigungselemente angeordnet ist. Der sich dadurch einstellende, über- raschende Vorteil liegt darin, dass die Sicherheitsschalteinrichtung bedeutend kleiner als die bekannten mechanischen Lösungen aufbaut und daher sehr kompakte Handterminals zur Bedie- nung von Maschinen bzw. Robotern hergestellt werden können.
Die Produktion der vergleichswei- se überaus kleinen Sicherheitsschalteinrichtungen wirft dabei keinerlei Probleme auf, da lediglich sehr einfache mechanische Komponenten erforderlich sind, die wenige Freiheitsgrade aufweisen müssen und nur relativ geringe Kräfte übertragen müssen. Aufwendige Führungsbahnen und/oder Gelenksverbindungen zwischen einzelnen Teilen sind bei der erfindungsgemässen Sicherheits- schalteinrichtung gänzlich erübrigt, wodurch eine sehr hohe Funktionssicherheit der mechanischen Teile erreicht wird, ohne dass dabei hochfeste bzw.
hochwertige Materialien erforderlich sind Darüber hinaus erübrigt die Sicherheitsschalteinrichtung sämtliche elektrischen Schaltkontakte für galvanische Verbindungen, sodass eventuelle Funkenbildungen an den Schaltkontakten erst gar nicht auftreten können und auch keinerlei Verschleisserscheinungen an Schaltkontakten oder aber auch keinerlei elektromagnetische Störungen von peripheren, elektrischen Komponenten auftreten können. Weiters sind durch die weitgehend berührungslose Ausbildung der Sicherheitsschaltein- richtung Verschleisserscheinungen bzw. Abnützungserscheinungen an den mechanischen Teilen weitgehend ausgeschlossen und somit ein langfristiger Betrieb ohne jegliche Störungen erreicht.
Weiters ist von Vorteil, dass eventuell auftretende Fehler in einem der Kreise der elektrischen Sicherheitsschalteinrichtung problemlos erfasst und auch angezeigt werden können, sodass unver- züglich eine Reparatur bzw. ein Austausch der Sicherheitsschalteinrichtung vorgenommen werden kann. Insbesondere kann ein einzelner Fehler zumindest beim nächsten Zyklus erkannt werden, sodass ein Auftreten eines einzelnen Fehlers nicht zu einem Sicherheitsverlust führt.
Die Aufgabe der Erfindung wird aber unabhängig davon auch dadurch gelöst, dass jedem Schaltkreis zumindest eine elektronische Auswertevorrichtung zur Erkennung bzw. Bestimmung von Positionen von zumindest einem vom Bediener verstellbaren Betätigungselement zugeordnet ist, wobei die Auswertevorrichtungen unabhängig voneinander auswerten. Die sich daraus ergebenden überraschenden Vorteile liegen darin, dass durch die überwiegend elektrische Ausbil- dung der Sicherheitsschalteinrichtung es in einfacher Art und Weise ermöglicht ist, die Auswerte- vorrichtungen des Sicherheitsschalters dezentral zu den Betätigungselementen und den Positions- erfassungsvorrichtungen auszubilden, da über eine einfache Kabelverbindung vergleichsweise grosse Distanzen problemlos überbrückt werden können.
Somit besteht die eigentliche Eingabe- einheit umfassend die Betätigungselemente und die diesen zugeordneten Positionserfassungs- vorrichtungen aus einfachen, relativ klein aufbauenden Komponenten, welche mit einfachen Mitteln zu einer kompakten Einheit zusammengesetzt werden können. Die dazugehörige elektronische Auswertevorrichtung kann davon distanziert auf einer eigenen Bauteilplatine angeordnet sein oder aber auch mit den elektrischen Komponenten des Handbediengerates für die Maschine auf einer einzigen Bauteilplatine angeordnet sein, wodurch Kosteneinsparungen erreicht werden sowie eine Reduzierung des erforderlichen Aufbauraumes erzielt ist. Durch die mehrkreisige Ausbildung der Sicherheitsschalteinrichtung ist darüber hinaus eine hohe Funktionssicherheit erzielbar.
Darüber- hinaus ist durch die weitgehend elektrische Ausführung der Sicherheitsschalteinrichtung die Berücksichtigung von Sondersituationen bei den Schaltzuständen in einfacher Art und Weise ermöglicht. So ist z. B. die Verweigerung einer kurzzeitigen, unerlaubten Zustimmung nach Einlei- tung eines Nothalt-Schaltzustandes in einfacher Art und Weise zuverlässig ausschliessbar.
Vorteilhaft ist auch eine Weiterbildung nach Anspruch 3, da dadurch einerseits ein redundanter Aufbau erzielt ist, der die Funktionssicherheit der Sicherheitsschalteinrichtung auch bei Ausfall einzelner Komponenten gewährleistet. Darüberhinaus ist dadurch in einfacher Art und Weise eine hochsichere Bestimmung der Verstellrichtung der Betätigungselemente ermöglicht.
Von besonderem Vorteil ist auch die Ausbildung nach Anspruch 4 und/oder 5, da sich dadurch die elektrischen Komponenten des ersten Schaltkreises von den elektrischen Komponenten des
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zweiten Schaltkreises einerseits durch die unterschiedliche Technologie und Methodik und/oder andererseits durch den grundlegenden Schaltungsaufbau unterscheiden und somit Umweltein- flüsse keine Mehrfachfehler generieren können, sodass niemals beide Kreise gleichzeitig beeinflusst sind und daher die sogenannte Einfehlersicherheit erreicht ist.
Vorteilhaft ist dabei eine Ausführungsform nach Anspruch 6, da dadurch bei Beschädigung bzw. Bruch eines Betätigungselementes zumindest ein weiteres Betätigungselement vorgesehen ist, sodass ein gänzlicher Funktionsausfall verhindert ist
Vorteilhaft ist weiters eine Ausbildung nach Anspruch 7, da somit stets alle vorhandenen Schaltkreise der Sicherheitseinrichtung eingesetzt sind und daher eine mehrfache Sicherheit vorliegt.
Durch die Ausbildung nach Anspruch 8 ist eine sehr störungsunempfindliche Positionser- fassungsvorrichtung aufgebaut, die besonders in elektromagnetisch verseuchten Umgebungen eine hohe Storsicherheit aufweist.
Mit der Ausbildung nach Anspruch 9 wird eine hohe Zuverlässigkeit durch standardmässig verfügbare, vielfach eingesetzte, elektrische Komponenten erreicht.
Durch die vorteilhafte Ausbildung nach Anspruch 10 kann in einfacher Art und Weise eine Verstellrichtung der Betätigungselemente erfasst werden, sodass eindeutig feststellbar ist von wel- cher Schaltstufe auf die aktuelle Schaltstufe umgeschaltet worden ist. Darüber hinaus ist durch die Mehrfachanordnung der Positionserfassungsvorrichtungen bzw. Lichtschranken eine mehrfache Funktionssicherheit erzielt.
Nach der Ausbildungsvariante gemäss Anspruch 11 und/oder 12 ist von Vorteil, dass diese Bauteile einfach herzustellen sind und ein funktionssicheres, physikalisches Prinzip eingesetzt ist.
Durch die Ausbildung nach Anspruch 13 können die Auswerteergebnisse der Auswertevor- richtung entsprechend der geforderten Schaltfunktion bei geringem elektrischen Leistungsbedarf umgesetzt werden.
Von Vorteil ist aber auch eine Ausbildung nach Anspruch 14, da dadurch eine multifunktionelle Sicherheitsschalteinrichtung geschaffen ist, die einerseits als Zustimmschalter und andererseits auch als Nothaltvorrichtung eingesetzt werden kann.
Gemäss einer Ausbildung wie im Anspruch 15 beschrieben, werden mehrere, voneinander unabhängige Ausgänge der Sicherheitsschalteinrichtung erreicht, sodass entweder mehrere vonei- nander unabhängige Schaltkreise gebildet werden können oder aber auch diese Schaltausgänge zur Erhöhung der Funktionssicherheit kombiniert werden können.
Nach einer vorteilhaften Weiterbildung gemäss Anspruch 16 und/oder 17 ist eine Beschädigung der Sicherheitsschaltemrichtung durch Störungen in den peripheren, elektrischen Schaltkreisen der Maschine ausgeschlossen, sodass eine mit mechanischen Schaltkontakten vergleichbare Unemp- findlichkeit erzielt ist.
Von Vorteil ist aber auch eine Ausbildung nach Anspruch 18, da dadurch äussere Umweltein- flüsse, wie z. B. elektrische Storfeider, keine Mehrfachfehler bzw. mehrfache Beeinflussungen hervorrufen können.
Von Vorteil ist aber auch eine Ausbildung nach Anspruch 19, da dadurch sehr kurze Schalt- zeiten erreicht werden können und der elektrische Energiebedarf vergleichsweise gering ist.
Bei der Ausbildung gemäss Anspruch 20 ist von Vorteil, dass diese Schaltelemente standard- mässig verfügbar sind und vergleichsweise niedrige Kosten verursachen.
Bei der Weiterbildung nach einem oder mehreren der Ansprüche 21 bis 23 ist von Vorteil, dass im wesentlichen potentialfreie Schaltausgänge gebildet sind, sodass bei einer Einbindung der
Sicherheitsschalteinrichtung in bestehende Stromkreise keine bestimmte Polarität beachtet werden muss und somit die Gefahr von Montagefehlern verringert ist.
Durch die Ausbildung gemäss den Ansprüchen 24 und/oder 25 wird mit wenigen Komponenten eine zuverlässige Polaritätsangleichsvorrichtung geschaffen, die auch in integrierter Form verfüg- bar ist.
Durch die Ausbildung nach Anspruch 26 und/oder 27 wird die Sicherheitsschalteinrichtung hohen Sicherheitsanforderungen gerecht, da äussere Umwelteinflüsse keine Mehrfachfehler gene- rieren konnen
Eine vorteilhafte Ausbildungsvariante der Auswertevorrichtung ist in Anspruch 28 beschrieben, da dadurch breitbandige Schalthysteresen ermöglicht sind, die eine zuverlässige Ermittlung der
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Auswerteergebnisse begünstigt.
Bei einer Ausbildung nach Anspruch 29 und/oder 30 ist von Vorteil, dass die Auswertevor- richtung sehr klein aufgebaut werden kann und sehr kurze Reaktionszeiten erreicht werden.
Nach einer anderen Ausführungsform gemäss Anspruch 31 wird die in Abhängigkeit der jeweili- gen Umgebungsbedmgungen günstigste Ausbildungsform eingesetzt.
Von Vorteil ist weiters eine Weiterbildung nach Anspruch 32, da dadurch bei Ausfall eines Nothaltausganges der weitere Nothaltausgang weiterhin eine Abschaltung der Maschine vorneh- men kann.
Bei der Ausführung nach Anspruch 33 ist von Vorteil, dass bei Ausfall eines Zustimmausganges der weitere Zustimmausgang die geforderte Schaltfunktion ordnungsgemäss ausführt.
Die Ausgestaltung nach Anspruch 34 ermöglicht in vorteilhafter Art und Weise eine bestimmten Sicherheitsanforderungen entsprechende Einbindung von aktiven Stellorganen in die entsprechen- den elektrischen Schaltkreise.
Die Erfindung wird im nachfolgenden anhand der in den Zeichnungen dargestellten Ausfüh- rungsbeispiele näher erläutert.
Es zeigen:
Fig. 1 Eine Ausbildungsvariante für den Aufbau der erfindungsgemässen Sicherheitsschaltein- richtung in stark vereinfachter, schematischer Darstellung; Fig. 2 ein stark vereinfachtes Block- schaltbild der elektronischen Komponenten sowie eine Prinzipdarstellung der vom Benutzer zu bedienenden Betätigungselemente der Sicherheitsschalteinrichtung.
Einführend sei festgehalten, dass in den unterschiedlich beschriebenen Ausführungsformen gleiche Teile mit gleichen Bezugszeichen bzw. gleichen Bauteilbezeichnungen versehen werden, wobei die in der gesamten Beschreibung enthaltenen Offenbarungen sinngemäss auf gleiche Teile mit gleichen Bezugszeichen bzw. gleichen Bauteilbezeichnungen übertragen werden können Auch sind die in der Beschreibung gewählten Lageangaben, wie z B. oben, unten, seitlich usw. auf die unmittelbar beschriebene sowie dargestellte Figur bezogen und sind bei einer Lageänderung sinngemäss auf die neue Lage zu übertragen. Weiters können auch Einzelmerkmale oder Merk- malskombinationen aus den gezeigten und beschriebenen unterschiedlichen Ausführungsbei- spielen für sich eigenständige, erfinderische oder erfindungsgemässe Lösungen darstellen.
In den Fig. 1 und 2 ist die erfindungsgemässe Sicherheitsschalteinrichtung 1 zur Verdeutlichung des erfindungsgemässen Aufbaus und deren Wirkungsweise stark vereinfacht dargestellt, wobei Fig. 1 eine Konstruktions- bzw. Aufbauvariante und Fig. 2 ein Blockschaltbild darstellt, in welches zur Verdeutlichung der Funktionsweise die vom Benutzer bevorzugt per Fingerdruck zu betätigen- den Betätigungselemente 2,3 ebenso eingezeichnet sind.
Die erfindungsgemässe Sicherheitsschalteinrichtung 1 ist zur Steuerung von Maschinen bzw.
Robotern in Kombination mit den eigentlichen Steuerorganen derselben vorgesehen und wird insbesondere für die manuelle Steuerung von Bewegungs- bzw. Funktionsabläufen einer Maschine eingesetzt. So ist die erfindungsgemässe Sicherheitsschalteinrichtung 1, z. B. für den Handbetrieb eines mehrachsigen Roboterarmes oder einer mehrachsigen Bearbeitungsmaschine vorgesehen Die Sicherheitsschalteinrichtung 1 ist dabei in Kombination mit den vom Benutzer zu betätigenden Steuerorganen, wie z. B. einem Steuerknuppel, einer Steuerkugel bzw. Trackball oder dgl. einzu- setzen, wobei die Maschine die vom Bediener beabsichtigte Bewegung nur bei einer vordefinierten Betätigung der Sicherheitsschalteinrichtung 1 ausführt.
Die Sicherheitsschalteinrichtung 1 ist daher mit einer Zustimmeinrichtung vergleichbar und kann in einem Handbediengerät für die Maschine eingebaut sein oder auch als Schaltknüppel oder dgl. aufgebaut sein.
Die Sicherheitsschalteinrichtung 1 kann beispielsweise bei sogenannten "Teach In"-Prozedu- ren bzw. Lernverfahren für Roboter, bei welcher der auszuführende Bewegungsablauf des Roboterarmes vorab durch eine manuelle Bedienung vorgegeben wird und sodann der Roboter den durch die manuelle Bedienung vorgegebenen Bewegungsablauf eigenständig ausführt, einge- setzt werden.
Die Sicherheitsschalteinrichtung 1 ist dabei insbesondere als Taster ausgeführt, d. h. der vom Bediener eingeleitete Schaltzustand bleibt nur während der Dauer der bewussten Betatigung der Sicherheitsschalteinrichtung 1 aufrecht.
Die erfindungsgemässe Sicherheitsschalteinrichtung 1 ist dabei mit den üblichen Steuerorganen am Handbediengerät für die Maschine in serieller Wirkverbindung geschaltet. D. h. die Maschine
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führt die vom Bediener beabsichtigte Funktion nur dann aus, wenn zusätzlich die Sicherheits- schalteinrichtung 1 bevorzugt von der zweiten Hand des Benutzers derart betätigt ist, dass eine Zustimmung zur Ausführung der Funktion gegeben ist. Die Sicherheitsschalteinrichtung 1 über- nimmt daher eine Zustimmfunktion als auch eine Sicherheitsfunktion, da unbeabsichtigte, z.B. durch Rempelungen, hervorgerufene Betätigungen des Steuerorgans für die Maschine nicht zu unkontrollierten Bewegungen bzw. Funktionsausführungen derselben führen können.
Darüberhinaus kann der Sicherheitsschalteinrichtung 1 eine Nothaltfunktion zugeordnet sein, die eine sehr hohe Funktionssicherheit bzw Zuverlässigkeit erreicht und daher im Bedarfsfall mit überaus hoher Sicherheit auch wirksam ist.
Die Sicherheitsschalteinrichtung 1 weist also einerseits eine sehr hohe Funktionssicherheit auf.
Weiters ist durch die Sicherheitsschalteinrichtung 1 aber auch das Verletzungsrisiko von Menschen oder die Gefahr von Beschädigungen der Maschinenteile minimiert und eine vergleichsweise sichere Bedienung der entsprechenden Maschinen ermöglicht.
Die Sicherheitsschalteinrichtung 1 ist mehrstufig ausgebildet und weist zumindest zwei Schalt- stufen, gegebenenfalls auch drei Schaltstufen - Position 4 bis 6 - auf. In der ersten Schaltstufe - Position 4-, in welcher die Sicherheitsschalteinrichtung 1 vom Bediener unbetätigt ist, ist keine Zustimmung für eine Bewegung eines Maschinenteils bzw. eine kritische Funktionsausführung der Maschine gegeben. In der zweiten Schaltstufe - Position 5 - ist die Sicherheitsschalteinrichtung 1 bevorzugt von einem Finger des Benutzers betätigt und eine Zustimmung zu einer Bewegung bzw. zu einer Funktionsausführung der Maschine gegeben. Die Zustimmung ist dabei nur bei gedrückt gehaltener Stellung der Betätigungselemente 2,3 in der zweiten Schaltstufe - Position 5 - aufrecht.
Bei einem Loslassen der Betätigungselemente 2,3 kehren diese unverzüglich in die erste Schaltstufe - Position 4 - zurück, sodass wiederum keine Zustimmung gegeben ist. Die Sicherheits- schalteinrichtung 1 weist also ausschliesslich Tastschaltfunktionen ohne einer Verriegelung bzw.
Festlegung von Schaltstellungen auf.
Gegebenenfalls kann die Sicherheitsschalteinrichtung 1 auch dreistufig ausgebildet sein, wobei bei einer Verstellung der Betätigungselemente 2,3 in die dritte Schaltstufe - Position 6 - die Zustimmung für die Bewegungsausführung bzw. Funktionsausführung der Maschine ebenso nicht gegeben ist. Diese dritte Schaltstufe - Position 6 - kann insbesondere bei einer Panikreaktion eines Bedieners ausgelöst werden, wenn dieser bei Gefahr im Verzug die Sicherheitsschalteinrichtung 1 krampfhaft betätigt und die Betätigungselemente 2,3 über die zweite Schaltstufe - Position 5 - hinaus gedrückt werden.
Eine weitere Zustimmung zu einer Bewegung eines Maschinenteils oder zu einer Funktions- ausführung einer Maschine kann erst wieder nach dem vollständigen Loslassen der Betätigungs- elemente 2,3 und erneutem Drücken bis zur zweiten Schaltstufe - Position 5 - erreicht werden.
Beim Überstreichen der Betätigungselemente 2,3, ausgehend von der dritten Schaltstufe - Posi- tion 6 - über die zweite Schaltstufe - Position 5 - in die erste Schaltstufe - Position 4 - ist dabei keine, auch keine kurzfristige, Zustimmung von der Sicherheitsschalteinrichtung 1 abgegeben, sodass sich die Maschine keinesfalls - auch nicht kurzzeitig - aktiviert, wenn die Betätigungs- elemente 2,3 einmal in die dritte Schaltstufe - Position 6 - gedrückt wurden und nachfolgend wieder losgelassen werden.
Unabhangig von einer zwei- oder mehrstufigen Ausbildung der Sicherheitsschalteinrichtung 1 ist diese mehrkanalig bzw. mehrkreisig ausgebildet, sodass bei Ausfall eines elektrischen Kreises zumindest ein weiterer elektrischer Kreis vorhanden ist und ein gänzlicher Funktionsausfall der Sicherheitsschalteinrichtung 1 somit vermieden ist. Die Sicherheitsschalteinrichtung 1 ist also in die Kategorie der sogenannten "einfehlersicheren" Schaltelemente einzureihen, deren Funktions- sicherheit im Vergleich zu herkömmlichen Schaltelementen wesentlich gesteigert ist. Die Sicher- heitsschalteinrichtung 1 umfasst dabei also zumindest zwei elektrische Schaltkreise 7,8, wobei jedem der vorhandenen Betätigungselemente 2,3 jeweils ein eigener Schaltkreis 7,8 zugeordnet ist.
Insbesondere ist der erste Schaltkreis 7 dem Betätigungselement 2 zugeordnet und zur Erfassung der jeweiligen Positionen desselben sowie zur Umwandlung dieser Positionsdaten in eindeutig unterscheidbare, elektrische Signale ausgebildet. Der weitere Schaltkreis 8 hingegen ist dem weiteren Betätigungselement zugeordnet und ebenso zur Positionserfassung desselben sowie zur Umwandlung der jeweiligen Position in entsprechende, eindeutig unterscheidbare, elektrische Signale ausgebildet.
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Die Betätigungselemente 2,3 der Sicherheitsschalteinrichtung 1 werden bevorzugt gleichzeitig verstellt, wenn der Bediener die Sicherheitsschalteinrichtung 1 betätigt. Insbesondere ist den beiden Betätigungselementen 2,3 eine Koppelanordnung bzw. eine beide Betätigungselemente 2, 3 verbindende Kappe zugeordnet, sodass bei einer Verstellung eines Betätigungselementes 2,3 durch Druckbeaufschlagung vom Bediener alle weiteren Betätigungselemente 2,3 simultan mitbe- wegt sind.
Die Betätigungselemente 2,3 sind in einem Aufnahmegehäuse 9 der Sicherheitsschaltein- richtung 1 gehaltert. Das Aufnahmegehäuse 9 weist gleichzeitig Führungsbahnen für eine weit- gehend spielfreie Führung der Betätigungselemente 2,3 auf. Die Betätigungselemente 2,3 werden bevorzugt zur Ausführung einer Schaltfunktion translatorisch bewegt Selbstverständlich ist es jedoch auch möglich, rotatorische oder eine Kombination von rotatorischen und/oder translatori- schen Bewegungen mit den Betätigungselementen 2,3 auszuführen, um die gewünschte Schalt- funktion einzuleiten.
Den Betätigungselementen 2,3 ist zumindest ein Federelement 10,11 zugeordnet, welches einer Verstellung der Betätigungselemente 2,3 einen bestimmten mechanischen Widerstand entgegensetzt. Bevorzugt üben die Federelemente 10,11 auf die Betätigungselemente 2,3 eine federelastische Vorspannkraft aus, sodass diese in der Ausgangs- bzw. Ruhelage in der ersten Schaltstufe - Position 4 - gehaltert sind und eine Verstellung derselben in die zweite Schaltstufe - Position 5 - erst nach Überwindung eines gewissen, durch die Federelemente 10,11 bestimmten mechanischen Widerstandes möglich ist.
Zur Realisierung einer mehrstufigen Sicherheitsschalteinrichtung 1 können zumindest zwei weitere Federelemente 12,13 vorgesehen sein, deren Federkraft zur Verstellung der Betätigungs- elemente 2,3 in die dritte Schaltstufe - Position 6 - ebenso überwunden werden muss. Der Kraft- aufwand, um die Betätigungselemente 2,3 von der zweiten Schaltstufe - Position 5 - in die dritte Schaltstufe - Position 6 - verstellen zu können, ist dabei grösser als jene Kraft, die aufgebracht werden muss, um die Betätigungselemente 2,3 von der ersten Schaltstufe - Position 4 - in die zweite Schaltstufe - Position 5 - verstellen zu können. Es ist somit ein deutlicher Druckpunkt bei der erfindungsgemässen Sicherheitsschalteinrichtung 1 gegeben, sodass eine kontrollierte Betäti- gung derselben ermöglicht ist und z.
B. ein unbeabsichtigtes Durchdrücken der Betätigungs- elemente 2,3 in die dritte Schaltstufe - Position 6 - durch die deutlichen Schaltdruckpunkte ausgeschlossen ist. Die Federelemente 10 bis 13 können dabei durch beliebige aus dem Stand der Technik bekannte Vorspannvorrichtungen, wie z. B. Zugfedern oder Druckfedern in Spiral- bzw.
Blattausführung oder sonstiger Ausbildung und/oder durch federelastische Kunststoffblöcke bzw Gummipuffer gebildet sein. Darüberhinaus ist es auch möglich, ein einstückiges Federelement vorzusehen, das eine mehrstufige Federkennlinie aufweist bzw. eine sich progressiv aufbauende Federkraft ermöglicht.
Der jeweilige Schaltzustand ist somit auch bei der mehrstufigen Sicherheitsschalteinrichtung 1 für den Bediener problemlos erkennbar bzw. ist die dem jeweiligen Schaltzustand zugeordnete Schaltfunktion eindeutig und fehlersicher einleitbar.
Die Erfassung der jeweiligen Schaltstufen - Position 4 bis 6 - der Betätigungselemente 2,3 erfolgt dabei über zumindest zwei unabhängig voneinander arbeitende und unabhängig voneinan- der aufgebaute Schaltkreise 7,8, sodass bei Ausfall eines Auswerteschaltkreises der weitere Schaltkreis erhalten bleibt und somit die Funktionssicherheit der Sicherheitsschalteinrichtung 1 wesentlich gesteigert ist.
Die vom Bediener bevorzugt durch Fingerdruck oder auch durch Druck mit einem Fuss eingestellte Position der Betätigungselemente 2,3 ist durch zumindest eine den Betätigungsele- menten 2,3 zugeordnete Positionserfassungsvorrichtung 14,15 detektierbar. Dabei ist bevorzugt jedem der Betätigungselemente 2,3 eine eigenständige Positionserfassungsvorrichtung 14,15 zugeordnet. Weiters sind die Positionserfassungsvorrichtungen 14,15 zumindest zur Erfassung aller möglichen Schaltstufen - Position 4 bis 6 - der Sicherheitsschalteinrichtung 1 ausgebildet, sodass die Positionserfassung 14,15 sämtliche Positionen der Betätigungselemente 2,3 von der ersten bis zur letzten Schaltstufe - Position 4 bis 6 - zuverlässig detektiert.
Bevorzugt ist die Positionserfassungsvorrichtung 14,15 durch eine kontaktlos bzw. berüh- rungslos arbeitende Detektionsvorrichtung 16,17, insbesondere durch eine optische Detektions- vorrichtung 16,17 gebildet. Diese optischen Detektionsvorrichtungen 16,17 sind dabei bevorzugt
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durch mehrere Lichtschranken 18 bis 21 gebildet. Die Lichtschranken 18 bis 21 können dabei als Gabellichtschranken aufgebaut sein und die Lichtstrahlunterbrechung zur Zustandsbestimmung heranziehen oder aber auch durch Reflektionslichtschranken gebildet sein und Lichtreflexionen zur Zustandsbestimmung heranziehen.
Darüber hinaus ist es auch möglich, optische Detektionsvor- richtungen 16,17 einzusetzen, die die Intensität abgegebener und nachfolgend gegebenenfalls empfangener Signale, insbesondere optischer Signale, auswerten und somit auf sämtliche, mögli- chen Positionen 4 bis 6 der Betätigungselemente 2,3 rückschliessen lassen. So ist es z. B. auch möglich, Positionserfassungsvorrichtungen 14,15 einzusetzen, die eine weitgehend stufenlose Positionserfassung ermöglichen.
Je Betätigungselement 2,3 sind dabei zumindest je zwei optische Detektionsvorrichtungen 16, 17 bzw. je zwei Lichtschranken 18,19; 20,21 angeordnet. Insbesondere sind dem Betätigungs- element 2 die Lichtschranken 18,19 und dem Betätigungselement 3 die Lichtschranken 20,21 zugeordnet, um die jeweiligen Positionen derselben detektieren zu können.
Selbstverständlich ist es jedoch auch möglich, anstelle der optischen Detektionsvorrichtungen 16,17 bzw. anstelle der optischen Positionserfassungsvorrichtungen 14,15 induktive und/oder kapazitive und/oder drucksensitive, wie z. B. piezoelektrische Positionserfassungsvorrichtungen 14, 15 vorzusehen, um die den jeweiligen Schaltzustanden entsprechenden Positionen der Betäti- gungselemente 2,3 erkennen zu können.
Die Lichtschranken 18 bis 21 sind bevorzugt durch miniaturisierte Gabellichtschranken mit zumindest einer Lichtquelle 22 bis 25 und durch zumindest ein den Lichtquellen 22 bis 25 zugeord- netes Lichtempfangselement 26 bis 29 gebildet.
Den Lichtquellen 22 bis 25 und/oder den Lichtempfangselementen 26 bis 29 sind dabei zur Arbeitspunkteinstellung elektrische Widerstände zugeordnet, um die Lichtschranken 18 bis 21 an die vorhandene Versorgungsspannung anlegen zu können.
Die Lichtschranken 18 bis 21 sind bevorzugt zur Abstrahlung von für das menschliche Auge unsichtbarem Licht, insbesondere zur Abstrahlung von Infrarotlicht ausgebildet. Selbstverständlich ist es jedoch auch möglich, die Lichtschranken 18 bis 21 zur Abstrahlung von sichtbarem Licht auszubilden.
Die Betätigungselemente 2,3 sind bevorzugt durch plattenartige Verschiebeorgane 30,31 gebildet bzw. sind die plattenartigen Verschiebeorgane 30,31 an den vom Bediener zu verstellen- den Betätigungselementen 2,3 angeformt. Die plattenartigen Verschiebeorgane 30,31 weisen dabei zumindest jeweils einen schlitzartigen Durchbruch 32,33 auf, durch welche das von den Lichtquellen 22 bis 25 abgestrahlte Licht bei entsprechender Position der Betätigungselemente 2,3 hindurchleuchten und von den Lichtquellen 22 bis 25 erfasst werden kann.
Das Betätigungselement 2 ist dabei zwischen den Lichtquellen 22,23 und den dazugehörigen
Lichtempfangselementen 26,27 verstellbar gelagert und das weitere Betätigungselement 3 ist zwischen den Lichtquellen 24,25 und den dazugehörigen Lichtempfangselementen 28,29 verstell- bar gelagert.
Die Durchbrüche 32,33 in den plattenartigen Verschiebeorganen 30,31 sind dabei derart positioniert, dass bei einer Verstellung der Betätigungselemente 2,3 in die zweite Schaltstufe - Position 5 - die von den ersten Lichtquellen 22,24 abgestrahlten Lichtsignale durch die Durch- brüche 32,33 hindurch an die gegenüberliegende Seite der Verschiebeorgane 30,31 gelangen können und in weiterer Folge von den entsprechenden Lichtempfangselementen 26, 28 aufgenom- men werden können. Bei einer Verstellung der Betatigungselemente 2,3 in die zweite Schaltstufe - Position 5 - ist also der Lichtstrahl der Lichtschranken 18,20 durch die entsprechende Position der Betätigungselemente 2,3 nicht unterbrochen und Sicherheitsschalteinrichtung 1 befindet sich in der Zustimmungsstellung für eine kritische Bewegungsausführung einer Maschine bzw. für eine kritische Maschinenfunktion.
Befinden sich hingegen die Betätigungselemente 2,3 bzw. Verschiebeorgane 30,31 in der ersten Schaltstufe - Position 4 - so sind die Lichtschranken 18 bis 21 von den plattenartigen Verschiebeorganen 30,31 unterbrochen. Insbesondere können die von den Lichtquellen 22 bis 25 abgestrahlten Lichtsignale in der ersten Schaltstufe - Position 4 - der Betätigungselemente 2,3 nicht auf die zugehörigen Lichtempfangselemente 26 bis 29 auftreffen, da diese durch die platten- artigen Verschiebeorgane 30, 31 abgeschirmt sind.
Die Darstellung gemäss Fig 1 zeigt die Sicherheitsschalteinrichtung 1, also in einer Stellung, in
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welcher keine Zustimmung zu einer bestimmten Funktionsausführung gegeben ist, da die Licht- empfangselemente 26 bis 29 das von den Lichtquellen 22 bis 25 abgestrahlte Licht nicht empfan- gen können. Hingegen zeigt die Darstellung gemäss Fig. 2 die Sicherheitsschalteinrichtung 1 im Zustimmungszustand für eine kritische Maschinenbewegung bzw. Maschinenfunktion, da der Licht- strahl der ersten Lichtschranken 18,20 nicht unterbrochen ist, wenn sich die Betätigungselemente 2, 3 in der zweiten Schaltstufe - Position 5 - befinden.
Beim vorerwähnten Lösungsprinzip ist von Vorteil, dass tatsächlich nur dann eine Zustimmung gegeben ist, wenn nur die Lichtempfangselemente 26,28 ein Lichtsignal empfangen können, sodass z. B. bei einem Bruch der als optische Blenden wirkenden Verschiebeorgane 30,31 der Zustimmungszustand aus sicherheitstechnischen Gründen nicht erreichbar ist, somit Fehlfunktion gesichert vermieden sind.
Der Zustimmungszustand der Sicherheitsschalteinrichtung 1 ist also nur dann gegeben, wenn von den Detektionsvorrichtungen 16, 17 ein positives Detektionssignal bereit- gestellt ist Die Durchbrüche 32,33 in den Betätigungselementen 2,3 bzw. in den Verschiebe- organen 30, 31 sind daher in einem bestimmten Abstand vom Endbereich der Verschiebeorgane 30,31 angeordnet, sodass der stirnseitige Endbereich der Verschiebeorgane 30,31 die Licht- schranken 18 bis 21 in der ersten Schaltstellung - Position 4 - unterbricht und in den dazu benach- barten Bereich die Durchbrüche 32,33 angeordnet sind, weiche eine Lichtübertragung an die Lichtempfangselemente 26,28 bei Einnahme der zweiten Schaltstufe - Position 5 - ermöglicht.
Bei einer dreistufigen Sicherheitsschalteinrichtung ist der Bereich der Verschiebeorgane 30, 31 im Anschluss an die Durchbrüche 32,33 wiederum undurchscheinend ausgebildet. Bei Einnahme der dritten Schaltstufe - Position 6 - sind die Durchbrüche 32,33 in den Verschiebeorganen 30,31 dann derart plaziert, dass sämtliche von den Lichtquellen 22 bis 25 abgesandten Lichtstrahlen von den Lichtempfangselementen 26 bis 29 der Lichtschranken 18 bis 21 empfangen werden können.
Anstelle der Verschiebebewegung der Betätigungselemente 2,3 relativ zu den Positionser- fassungsvorrichtungen 14,15 ist es selbstverständlich auch möglich, die Betätigungselemente 2, 3 ortsfest auszubilden und die Positionserfassungsvorrichtung 14,15 relativverschiebbar zu den Betätigungselementen 2,3 zu lagern.
Wie vorhergehend bereits erwähnt, sind jedem Betätigungselement 2,3 bzw. jedem Verschie- beorgan 30,31, bevorzugt zwei voneinander unabhängige Lichtschranken 18,19; 20,21 zugeord- net. Die Lichtschranken 18,19 des ersten Lichtschrankenpaares sind dabei, bezogen auf eine Verstellrichtung - Pfeil 34 - der Betätigungselemente 2,3 nebeneinander angeordnet. Die Licht- schranken 18,19 sind also derart aneinandergereiht, dass diese Lichtschranken 18,19 eine im wesentlichen parallel zur Verstellvorrichtung - Pfeil 34 - der Betätigungselemente 2,3 bzw der Verschiebeorgane 30,31 verlaufende Reihe bilden, wobei die Lichtschranken 18,19 lückenlos oder auch in einem bestimmten Abstand zueinander angeordnet sein können.
Ebenso sind die Lichtschranken 20,21 des weiteren, dem Verschiebeorgan 31 zugeordneten Lichtschrankenpaares derart benachbart zueinander angeordnet, dass deren Richtung der Aneinanderreihung - Pfeil 35 - im wesentlichen parallel zur Verstellrichtung - Pfeil 34 - der Betätigungselemente 2,3 verläuft.
Dadurch, dass die Aneinanderreihungsrichtung - Pfeil 35 - der beiden Lichtschranken 18,19 sowie die Aneinanderreihungsrichtung - Pfeil 35 - der Lichtschranken 20,21 des weiteren Licht- schrankenpaares im wesentlichen parallel zur Verstellrichtung - Pfeil 34 - der Betätigungselemente 2,3 bzw. der Verschiebeorgane 30, 31 verläuft, ist es in einfacher Art und Weise ermöglicht, festzustellen, in welche der beiden Verstellrichtungen - Pfeil 34 - die Betätigungselemente 2,3 verstellt worden sind. Insbesondere ist durch die vorhergehend beschriebene Aneinanderreihung der Lichtschranken 18,19; 20,21 pro Verschiebeorgan 30,31 eindeutig erkennbar, von welcher Ausgangsschaltstufe die Betätigungselemente 2,3 in die gegenwärtige bzw. aktuelle Schaltstufe verstellt worden sind.
So ist es z.B. ermöglicht, zu erkennen, ob die Betätigungselemente 2,3 von der zweiten Schaltstufe - Position 5 - in die dritte Schaltstufe - Position 6 - verstellt wurden, wodurch ein Nothaltzustand gegeben ist.
Ebenso ist es durch die zur Verstellrichtung - Pfeil 34 - gleiche bzw. parallele Ausrichtung bzw Aneinanderreihung der Lichtschranken 18,19; 20,21 pro Lichtschrankenpaar ermöglicht festzu- stellen, ob sich die Sicherheitsschalteinrichtung 1 in der dritten Schaltstufe - Position 6 - befindet und daher beim Loslassen der Betätigungselemente 2,3 die zweite Schaltstufe - Position 5 - gezwungenermassen überstreicht, dabei aber keine - auch nicht kurzfristige - Zustimmung zur Ausführung der kritischen Maschinenfunktion bzw zur Ausführung der kritischen Maschinen-
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bewegung zugelassen werden darf.
Abweichend von dem in Fig. 1 dargestellten Aufbau ist es zur Ausbildung einer überaus kompakten Sicherheitsschalteinrichtung 1 auch möglich, die beiden Flachseiten einer die Positi- onserfassungsvorrichtungen 14,15 aufnehmenden Printplatte im wesentlichen parallel zu den Flachseiten der Verschiebeorgane 30,31 auszurichten, wobei diese Printplatte zwischen den beiden Verschiebeorganen 30,31 angeordnet ist Auf einer Flachseite der Printplatte ist dann die dem Verschiebeorgan 30 zugeordnete Positionserfassungsvorrichtung 14 und auf der gegenüber- liegenden Flachseite ist die dem weiteren Verschiebeorgan 31 zugeordnete Positionserfassungs- vorrichtung 15 angeordnet.
Die Detektoren, insbesondere die Lichtschranken 18,19 der Positions- erfassungsvorrichtung 14 können dann jeweils einer der beiden parallel zur Verstellrichtung - Pfeil 34 - verlaufenden Längsseitenkanten des Verschiebeorganes 30 zugeordnet sein, sodass jeder Längsseitenkante des Verschiebeorganes 30 je ein Detektor zugeordnet ist. Gleiches gilt für die dem weiteren Verschiebeorgan 31 zugeordneten Detektoren bzw. Lichtschranken 20, 21. Die Detektoren bzw. Lichtschranken 18, 19 ; 20,21 zu jedem Verschiebeorgan 30,31 sind bezogen auf die Verstellrichtung - Pfeil 34 - ebenso nacheinander angeordnet.
Anstelle der zuvor beschriebenen Aneinanderreihung von mehreren optischen Detektionsvor- richtungen 16,17 ist es selbstverständlich auch möglich, diese Aneinanderreihung mit magneti- schen, induktiven, piezoelektrischen Detektionsvorrichtungen 16,17 bzw. Positionserfassungsvor- richtungen 14,15 oder dgl. zu realisieren und dabei ebenso eine Verstellrichtung - Pfeil 34 - der Betätigungselemente 2,3 erfassen zu können.
Abweichend von der zuvor beschriebenen Zuordnung ist es selbstverständlich auch möglich, in der zweiten Schaltstufe - Position 5 - sämtliche Lichtschranken 18 bis 21 freizugeben, d. h. das von den Lichtquellen 22 bis 25 abgestrahlte Licht über die Durchbrüche 32,33 auf den Lichtempfangs- elementen 26 bis 29 auftreffen zu lassen und nur in diesem Zustand eine Zustimmung zu definieren, sodass aufgrund der mehrfachen Realisierung und Abfragemöglichkeit ebenso eine hohe Funktionssicherheit erzielt ist. in sämtlichen vom zweiten Schaltzustand - Position 5 - abwei- chenden Schaltstellungen ist dann keine Zustimmung bzw.
auch Nothaltzustand gegeben, wobei eine diesbezügliche Unterscheidung alleinig durch die Signale der Positionserfassungsvorrichtun- gen 14,15 oder auch unter Einbeziehung der jeweiligen Verstellrichtung - Pfeil 34 - der Betäti- gungselemente 2,3 eindeutig erfolgen kann
Die weitgehend eigenständig aufgebauten Positionserfassungsvorrichtungen 14,15 bzw. opti- schen Detektionsvorrichtungen 16,17 sind ausgangsseitig mit jeweils einer eigenen elektrischen Auswertevorrichtung 36,37 verbunden. Pro Schaltkreis 7,8 bzw. pro Betätigungselement 2,3 ist also jeweils eine eigene Auswertevorrichtung 36,37 vorhanden Insbesondere ist die Positions- erfassungsvorrichtung 14 bzw. die Detektionsvorrichtung 16 mit der Auswertevorrichtung 36 leitungsverbunden, wohingegen die weitere Positionserfassungs-vorrichtung 15 bzw.
Detektions- vorrichtung 17 mit der weiteren Auswertevorrichtung 37 leitungsverbunden ist. Insbesondere sind Signalausgänge 38,39 der Detektionsvorrichtung 16 mit der Auswertevorrichtung 36 und Signal- ausgänge 40,41 der Detektionsvorrichtung 17 mit der weiteren elektronischen Auswertevor- richtung 37 leitungsverbunden.
Die elektrische Auswertevorrichtung 36 ist dabei gegenüber der elektrischen Auswertevor- richtung 37 bezüglich der Aufbauart grundlegend unterschiedlich aufgebaut. Insbesondere ist die elektrische Auswertevorrichtung 36 gemäss einer ersten Technologie bzw. Methodik aufgebaut, wohingegen die zweite Auswertevorrichtung 37 gemäss einer davon unterschiedlichen Technologie bzw. Methodik aufgebaut ist. So ist es z. B. möglich, die Auswertevorrichtung 36 diskret, d. h. mit einzelnen entsprechend zusammengeschalteten Komponenten der Elektrotechnik, wie z.B. Wider- ständen, Kondensatoren, Operationsverstärker und dgl. aufzubauen. Die Auswertevorrichtung 36 führt dabei z.B. eine analoge Auswertung der von der Detektionsvorrichtung 16 abgegebenen Positionssignale aus, wohingegen die weitere Auswertevorrichtung 37 digitale Verfahren bzw.
Komponenten der Digitaltechnik zur Auswertung der von der Detektionsvorrichtung 17 abgegebe- nen Positionssignale einsetzt bzw demgemäss aufgebaut ist. Eine digitale Ausführungsform der Auswertevorrichtung 37 kann z. B. durch eine Gatteranordnung 42 mit entsprechend der geforder- ten Auswertelogik zusammengeschalteten digitalen Gattern aufgebaut sein. Die digitalen Gatter können dabei z.B. durch sämtliche aus dem Stand der Technik bekannten digitalen Gatterbau- steine gebildet sein, die entsprechend der gewünschten Ablauflogik miteinander verbunden sind
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und z. B. durch UND, ODER und/oder durch Inverter-Gatter sowie alle daraus abgeleiteten Gatter für boolsche Operationen gebildet sein können. Bevorzugt ist die digitale Auswertevorrichtung 37 jedoch durch eine frei programmierbare Gatteranordnung 42, wie z.
B. die aus dem Stand der Technik bekannten GAL-Bausteine bzw. PAL-Bausteine gebildet, wodurch die Anordnung einer Vielzahl einzelner, diskreter Gatterbausteine erübrigt ist.
Die analoge Auswertevorrichtung 36 kann z. B. diskret oder integriert aufgebaute Schwellwert- schaltungen bzw. Schmitt-Trigger-Schaltungen und/oder Vergleicherschaltungen und/oder Treiber- stufen aufweisen.
Jedem Schaltkreis 7,8 ist also zumindest eine elektronische Auswertevorrichtung 36,37 zugeordnet, welche zur Erkennung bzw. Bestimmung der Position 4 bis 6 der Betätigungselemente 2,3 ausgebildet ist. Die Auswertevorrichtungen 36,37 werten dabei die von den Detektions- vorrichtungen 16,17 übergebenen Positionssignale unabhängig voneinander aus. Die Auswertung der jeweiligen Schalterzustände bzw. die Auswertung der den jeweiligen Positionen 4 bis 6 entsprechenden Positionssignale erfolgt dabei unabhängig voneinander im Schaltkreis 7 als auch im Schaltkreis 8, sodass die Auswertevorrichtungen 36,37 jeweils eigenständig auswerten.
Die von den Auswertevorrichtungen 36,37 ermittelten Auswerteergebnisse, welche den jeweili- gen Schaltstufen - Position 4 bis 6 - entsprechen, werden von den Auswertevorrichtungen 36,37 an eigenen Ausgängen ausgegeben. So weist jede der Auswertevorrichtungen 36, 37 einen Zustimmausgang 43,44 und gegebenenfalls auch jeweils einen Nothaltausgang 45,46 auf.
Die Zustimmausgänge 43,44 sind dabei entsprechend der jeweiligen Schalterstellung aktiviert bzw. deaktiviert. Bevorzugt sind die Zustimmausgänge 43,44 der Auswertevorrichtungen 36,37 bei gegebener Zustimmung auf High-Potential, da sich die Betätigungselemente 2,3 in der zweiten Schaltstufe - Position 5 - befinden. Sofern sich die Betätigungselemente 2,3 in der ersten Schalt- stufe - Position 4 - befinden, ist am Zustimmausgang 43,44 ein davon abweichender, eindeutig unterscheidbarer Zustand ausgegeben. Bevorzugt sind bei nicht gegebener Zustimmung die Zustimmausgänge 43,44 auf Low-Pegel und lassen somit den nicht zugestimmten Schalter- zustand erkennen.
Selbstverständlich ist es aber auch möglich, mit dazu inversen Signalpegeln einen zugestimm- ten oder nicht zugestimmten Schalterzustand erkennen zu können.
Die Nothaltausgänge 45,46 der Auswertevorrichtung 36,37 sind bevorzugt bei gegebener Nothaltsituation auf Low-Pegel und bei nicht gegebener Nothaltsituation auf High-Pegel. Selbstver- ständlich ist es jedoch auch möglich, eine dazu inverse Pegelzuordnung zu treffen, um eine Nothaltsituation eindeutig von einer Normalsituation unterscheiden zu können.
Befinden sich die Betätigungselemente 2,3 also in der dritten Schaltposition, so ist an den Nothaltausgängen 45,46 der Auswertevorrichtung 36,37 ein demgemässes Signal, bevorzugt ein Low-Signal bzw. kein Ausgangssignal ausgegeben.
Zusammenfassend ist also festzuhalten, dass bei inaktiven bzw. energielosen Nothaltaus- gängen 45,46 eine Nothaltsituation gegeben ist und bei aktiven bzw. elektrische Energie zur Verfügung stellenden Nothaltausgängen 45,46 eine Normalsituation vorherrscht. Vorteilhaft ist dadurch, dass auch bei Ausfall eines Nothaltausganges 45,46 bzw. bei Ausfall der Versorgungs- spannung die ordnungsgemässe Funktion der Sicherheitsschalteinrichtung 1 nicht beeinträchtigt ist.
Insbesondere ist durch die vorhergehend beschriebene Ausführung bei einem Signalausfall bzw. einer Leitungsunterbrechung oder dgl. automatisch eine Notsituation festgelegt und die Maschine kann vom Bediener nicht in Betrieb genommen werden.
Die Zustimmausgänge 43,44 und die Nothaltausgänge 45,46 der Auswertevorrichtungen 36, 37 sind mit je einem elektrischen Schaltelement 47 bis 50 leitungsverbunden. Je Schaltkreis 7,8 sind also zumindest zwei Schaltelemente 47,48; 49,50 vorhanden, wobei die beiden Schalt- elemente 47,48 des Schaltkreises 7 gegenüber den Schaltelementen 49,50 des Schaltkreises 8 unterschiedlich sind. Insbesondere sind die Schaltelemente 47,48 gegenüber den Schaltelemente 49,50 bezüglich der Aufbauart gemäss einer anderen Technologie hergestellt. So sind z. B. die Schaltelemente 47,48 des Schaltkreises 7 durch Bipolartransistoren 51,52 gebildet, wohingegen die Schaltelemente 49,50 des Schaltkreises 8 durch Feldeffekttransistoren (FET) 53,54 gebildet sind. Die Bipolartransistoren 51,52 sind dabei bevorzugt durch NPN-Transistoren gebildet, konnen jedoch auch durch PNP-Transistoren gebildet sein.
Die Feldeffekttransistoren 53,54 sind bevor- zugt durch selbstsperrende Feldeffekttransistoren 53,54 gebildet, können jedoch selbstverständ-
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lich auch durch selbstleitende Feldeffekttransistoren gebildet sein.
Die von den Zustimmausgängen 43,44 und von den Nothaltausgängen 45,46 angesteuerten Schaltelemente 47 bis 50 dienen der Unterbrechung bzw. Schliessung von über die Schaltelemente 47 bis 50 geführten elektrischen Arbeitsstromkreisen. Insbesondere sind die Drain-Anschlüsse der Schaltelemente 49,50 bzw. der Feldeffekttransistoren 53,54 jeweils am Zustimmausgang 44 bzw. am Nothaltausgang 46 der Auswertevorrichtung 37 angeschlossen. Analog dazu ist der Basis- anschluss des Schaltelementes 47 bzw. Bipolartransistors 51 mit dem Zustimmausgang 43 verbun- den und der Basisanschluss des Schaltelementes 48 bzw Bipolartransistors 52 mit dem Nothalt- ausgang 45 verbunden.
Die beiden Ausgangsanschlüsse bzw. der Kollektor und der Emitter des Schaltelementes 47 bilden einen ersten Schaltausgang 55 der Sicherheitsschalteinrichtung 1, dessen beide Anschlüsse bei gegebener Zustimmung über das Schaltelement 47 elektrisch verbunden sind und somit einen geschlossenen Schalter darstellen, wenn Zustimmung gegeben ist. Das weitere Schaltelement 48 des Schaltkreises 7 stellt einen weiteren Schaltausgang 56 der Sicherheitsschalteinrichtung 1 dar, wobei die beiden Arbeitskreisanschlüsse des Schalters 56 in der dritten Schaltstufe, d. h. bei einer Notaussituation elektrisch voneinander isoliert sind und somit einem geöffneten Schalter entspre- chen, wohingegen bei Normalzustand die beiden Anschlüsse über das Schaltelement 48 elektrisch leitend miteinander verbunden sind.
Analog dazu bildet das Schaltelement 49 einen Schaltausgang 57 und das Schaltelement 50 einen Schaltausgang 58. Die Anschlüsse des Schaltausganges 57 sind dabei bei gegebener Zustimmung bzw. bei in zweiter Schaltstufe - Position 5 - befindlichen Betätigungselementen 2,3 über das Schaltelement 49 elektrisch leitend miteinander verbunden. Die Anschlüsse des weiteren Schaltausganges 58 sind bei gegebener Nothaltsituation über das Schaltelement 50 elektrisch voneinander getrennt, sodass ein geöffneter Schalter realisiert ist, der den Nothaltzustand definiert.
Die Schaltausgänge 57,58 sind dabei Ausgänge des Schaltkreises 8 der Sicherheitsschalt- einrichtung 1.
Die bevorzugt durch Halbleiterbauelemente gebildeten Schaltelemente 47 bis 50 weisen natur- gemäss eine unidirektionale Stromdurchflussrichtung auf, wodurch an den Schaltausgängen 55,58 nur eine bestimmte Stromflussrichtung ermöglicht ist. Bevorzugt ist den Schaltelementen 47 bis 50 jedoch jeweils eine eigene Vorrichtung 59 bis 62 zugeordnet, die einen einheitlichen, unidirektio- nalen Stromfluss über die bevorzugt durch Halbleiterbauelemente gebildeten Schaltelemente 47 bis 50 ermöglicht. Durch die bevorzugt eingesetzten Vorrichtungen 59 bis 62 zur Vereinheitlichung der Polarität der an die Schaltelemente 47 bis 50 geleiteten Schaltspannung sind also ungepolte Schaltausgänge 55 bis 58 erzielbar.
Durch die Vorrichtungen 59 bis 62 ist es also ermöglicht, dass die Polarität der zu schaltenden Spannung bzw. die Stromflussrichtung an den Schaltausgängen 55 bis 58 nicht beachtet werden muss und somit ein sogenannter potentialfreier Schaltkontakt bzw.
Schaltausgang 55 bis 58 erreicht ist
Die Vorrichtungen 59 bis 62 für jedes Schaltelement 47 bis 50 sind bevorzugt durch eine Mehrzahl von Halbleiterdioden 63 bis 66 in Brückenanordnung gebildet. Die in Brückenschaltung angeordneten Halbleiterdioden 63 bis 66 für jedes einzelne Schaltelement 47 bis 50 sind dabei in Art eines Brückengleichrichters angeordnet. Die den Vorrichtungen 59 bis 62 zugeordneten Schalt- elemente 47 bis 50 sind dabei parallel zu den beiden Diodenpaaren 67, 68 einer jeden Vorrichtung 59 bis 62 geschaltet. Die Diodenpaare 67,68 bestehen dabei aus in gleiche Durchlassrichtung ge- schalteten Halbleiterdioden 63 bis 66.
Insbesondere umfasst das Diodenpaar 67 die in gleiche Stromdurchflussrichtung geschalteten Halbleiterdioden 63,66, wohingegen das weitere Diodenpaar 68 die beiden jeweils in gleiche Stromdurchflussrichtung geschalteten Halbleiterdioden 64,65 umfasst. Durch diese Vorrichtungen 59 bis 62 fliesst der über die Schaltelemente 47 bis 50 geleitete elektrische Strom unabhangig von der Polarität der zu schaltenden Spannung an den Schaltaus- gängen 55 bis 58 immer in gleiche Richtung über die bevorzugt durch Halbleiter gebildeten Schalt- elemente 47 bis 50.
Selbstverständlich ist es jedoch auch möglich, die Schaltelemente 47 bis 50 als Relais auszu- bilden, wobei diese dann von den Auswertevorrichtungen 36,37 angesteuert sind und arbeits- stromkreisseitig die Schaltausgänge 55 bis 58 bilden. Diese als Relais ausgebildeten Schalt- elemente 47 bis 50 stellen dann ebenso potentialfreie Schaltkontakte dar, bei welchen die Polarität der Schaltspannung gleichgültig ist.
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Bevorzugt ist jedem Schaltelement 47 bis 50 auch eine Schutzschaltung 69 bis 72 zugeordnet, die die Schaltelemente 47 bis 50 vor kurzgeschlossenen Arbeitsstromkreisen und/oder vor Über- last schützt. Die Schutzschaltungen 69 bis 72 sind insbesondere zur Detektierung des über die Schaltelemente 47 bis 50 fliessenden Stromes ausgebildet. Insbesondere sind die Schutzschal- tungen 69 bis 72 zur Überwachung des über die Schaltausgänge 55 bis 58 geführten elektrischen Stroms ausgebildet. Erkennt die Schutzschaltung 69 bis 72 eine Überschreitung des maximal zulässigen Arbeitsstromes, was beispielsweise durch Kurzschliessen eines an die Schaltausgänge 55 bis 58 geschalteten Verbrauchers hervorgerufen werden kann, so wird das Schaltelement 47 bis 50, an welchem der unzulässig hohe Arbeitsstrom auftritt, abgeschaltet und der Arbeitsstrom- kreis unterbrochen.
Ebenso detektiert die Schutzschaltung 69 bis 72 eine unzulässig hohe Schalt- spannung an den Schaltausgängen 55 bis 58.
Detektiert die Schutzschaltung 69 bis 72 beispielsweise einen unzulässig hohen Arbeitsstrom über die Schaltelemente 47 bis 50, so kann der Steuereingang der Schaltelemente 47 bis 50 von der Schutzschaltung 69 bis 72 entsprechend angesteuert werden, sodass der Stromfluss über das entsprechende Schaltelement 47 bis 50 unterbrochen wird und der unzulässig hohe Strom keine Beschädigung des jeweiligen Schaltelementes 47 bis 50 hervorrufen kann. Die Schutzschaltung 69 bis 72 kann dabei einerseits mit der Auswertevorrichtung 36,37 und mit der Vorrichtung 59 bis 62 leitungsverbunden sein, um die jeweiligen Kurzschluss- bzw. Überlastzustände detektieren und entsprechende Gegenmassnahmen, die eine Beschädigung der Schaltelemente 47 bis 50 verhin- dern, einleiten zu können.
Die Schutzschaltungen 69 bis 72 können dabei durch einfache Spannungsüberwachungsvor- richtungen gebildet sein, die bei Auftreten einer unzulässig hohen, abgenommenen Spannung an einem Messwiderstand im Arbeitsstromkreis der Schaltelemente 47 bis 50 auf einen unzulässig hohen Strom schliessen lassen und somit eine Abschaltung des Schaltelementes 47 bis 50 einzu- leiten ist.
Die Schaltausgänge 55 bis 58 der Sicherheitsschalteinrichtung 1 bilden bevorzugt die Schnitt- stelle zur Steuerungselektrik der über die Sicherheitsschalteinrichtung 1 bzw. über den Zustimm- schalter zu kontrollierenden Maschine und sind daher bevorzugt als Klemmen ausgebildet. Die mehrfache, insbesondere zweifache Erfassung, Auswertung und Ausgabe der gewünschten Schaltfunktion der Sicherheitsschalteinrichtung 1 erhoht die Ausfallssicherheit bzw. Funktions- sicherheit erheblich. Äussere Einflüsse auf die Sicherheitsschalteinrichtung 1 können durch den unterschiedlichen Aufbau des Schaltkreises 7 gegenüber dem Aufbau des Schaltkreises 8 Mehr- fachfehler generieren bzw. Mehrfachbeeinflussungen hervorrufen.
So ist dann beispielsweise bei Beeinflussung bzw. eines der Schaltkreise 7 oder 8 der weitere Schaltkreis davon unabhängig, wodurch die Sicherheitsschalteinrichtung 1 weiterhin ordnungsgemäss funktioniert und somit eine sogenannte "Einfehlersicherheit" erreicht ist.
Zur Erzielung dieser Einfehlersicherheit können die Schaltausgänge 55 bis 58 entweder von einem Elektromonteur entsprechend verdrahtet werden. Selbstverständlich ist es aber auch möglich, die Verknüpfung der Schaltausgänge 55 bis 58 bzw. der unabhängig aufgebauten Schalt- kreise 7,8 direkt auf der die elektrischen Komponenten der Sicherheitsschalteinrichtung 1 aufneh- menden Bauteilplatine auszuführen.
Insbesondere sind hierfür die den Nothaltausgängen 45,46 zugeordneten Schaltelemente 48, 50 bzw. die dementsprechenden Schaltausgänge 56,58 des ersten Schaltkreises 7 und des zweiten Schaltkreises 8 in serieller Wirkverbindung zu schalten. Insbesondere sind die als Nothalt- Ausgänge fungierenden Schaltausgänge 56, 58 in Serie zu schalten, sodass bei Ausfall eines der Schaltelemente 48,50 weiterhin eine Stromkreisunterbrechung ermöglicht ist.
Dementsprechend sind die den Zustimmausgängen 43, 44 zugeordneten Schaltelemente 47, 49 bzw die dementsprechenden Schaltausgänge 55,57 des ersten Schaltkreises 7 und des zweiten Schaltkreises 8 in parallele Wirkverbindung zu schalten. Durch diese Parallelschaltung der als Schliesser fungierenden Schaltelemente 47, 49 ist bei Ausfall eines Schaltelementes 47,48 das weitere Schaltelement 47 bzw. 48 weiterhin aktiv, sodass trotzdem eine Zustimmung erfolgen kann.
Die parallel geschalteten Schaltelemente 47,49 sind ausserdem mit den in Serie geschalteten Schaltelementen 48,50 seriell verbunden, sodass alle vier Schaltelemente 47 bis 50 entsprechend den vorhergegangenen Beschreibungen zusammengeschaltet sind. Die zuvor beschriebene Schaltanordnung aus den Schaltelementen 47 bis 50 ist dann zur Ansteuerung zumindest eines
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Aktors 73, z. B. einer Relaisspule vorgesehen. Insbesondere kann über diese Schalteranordnung der Aktor 73 an eine entsprechende Energieversorgung geschaltet bzw. davon getrennt werden.
Selbstverständlich ist es aber auch möglich, als Aktor 73 einen Elektromotor, eine Hydraulikpumpe oder dgl. einzusetzen.
Gegebenenfalls ist es auch möglich, anstelle der Anordnung mehrerer Betätigungselemente 2, 3 bzw. Verschiebeorgane 30,31 lediglich ein Verschiebeorgan vorzusehen, das mit mehreren, voneinander unabhängigen Positionserfassungsvorrichtungen 14,15 zusammenwirkt ohne dabei einen gravierenden Sicherheitsverlust hervorzurufen, da die Wahrscheinlichkeit eines Ausfalls des mechanischen Verschiebeorganes vergleichsweise gering ist. Dieses einzelne, mechanische Verschiebeorgan könnte dann mehrere Durchbrüche 32,33 aufweisen, die in den jeweiligen Schalterstellungen mit den Positionserfassungsvorrichtungen 14,15 bzw. Detektionsvorrichtungen 15,16 korrespondieren.
Es ist aber auch möglich, je Schaltkreis 7, 8 eine einzige Positionserfassungsvorrichtung 14,15 vorzusehen, wobei diese Positionserfassungsvornchtungen 14,15 in Abhängigkeit der Position 4 bis 6 der Betätigungselemente 2,3 zumindest ein elektrisches Signal unterschiedlicher Formen abgeben. So ist es z. B. möglich, anhand der von der Positionserfassungsvorrichtung 14,15 abgegebenen Signalform, insbesondere anhand der Frequenz, Amplitude und/oder Phasenverschiebung der Signale auf die entsprechende Position 4 bis 6 der Betätigungselemente 2,3 schliessen zu können. Insbesondere kann über die Spannungsamplitude und/oder über die Frequenz eines von einer Positionserfassungsvorrichtung 14,15 abgegebenen elektrischen Signals auf die jeweilige Schaltstellung - Position 4 bis 6 - geschlossen werden.
Der Ordnung halber sei abschliessend darauf hingewiesen, dass zum besseren Verständnis des Aufbaus der erfindungsgemässen Sicherheitsschalteinrichtung, diese bzw. deren Bestandteile teilweise unmassstäblich und/oder vergrössert und/oder verkleinert dargestellt wurden.
Die den eigenständigen erfinderischen Lösungen zugrundeliegende Aufgabe kann der Beschreibung entnommen werden.
Vor allem können die einzelnen in den Fig. 1,2 gezeigten Ausführungen den Gegenstand von eigenständigen, erfindungsgemässen Lösungen bilden. Die diesbezüglichen, erfindungsgemassen Aufgaben und Losungen sind den Detailbeschreibungen dieser Figuren zu entnehmen.
Bezugszeichenaufstellung
EMI13.1
<tb> 1 <SEP> Sicherheitsschalteinrichtung <SEP> 41 <SEP> Signalausgang
<tb> 2 <SEP> Betätigungselement <SEP> 42 <SEP> Gatteranordnung
<tb> 3 <SEP> Betätigungselement <SEP> 43 <SEP> Zustimmausgang
<tb> 4 <SEP> Position <SEP> 44 <SEP> Zustimmausgang
<tb> 5 <SEP> Position <SEP> 45 <SEP> Nothaltausgang
<tb>
<tb> 6 <SEP> Position <SEP> 46 <SEP> Nothaltausgang
<tb> 7 <SEP> Schaltkreis <SEP> 47 <SEP> Schaltelement
<tb> 8 <SEP> Schaltkreis <SEP> 48 <SEP> Schaltelement
<tb> 9 <SEP> Aufnahmegehäuse <SEP> 49 <SEP> Schaltelement
<tb> 10 <SEP> Federelement <SEP> 50 <SEP> Schaltelement
<tb>
<tb> 11 <SEP> Federelement <SEP> 51 <SEP> Bipolartransistor
<tb> 12 <SEP> Federelement <SEP> 52 <SEP> Bipolartransistor
<tb> 13 <SEP> Federelement <SEP> 53 <SEP> Feldeffekttransistor
<tb> 14 <SEP> Positionserfassungsvorrichtung <SEP> 54 <SEP>
Feldeffekttransistor
<tb> 15 <SEP> Positionserfassungsvorrichtung <SEP> 55 <SEP> Schaltausgang
<tb>
<tb> 16 <SEP> Detektionsvorrichtung <SEP> 56 <SEP> Schaltausgang
<tb> 17 <SEP> Detektionsvornchtung <SEP> 57 <SEP> Schaltausgang
<tb> 18 <SEP> Lichtschranke <SEP> 58 <SEP> Schaltausgang
<tb> 19 <SEP> Lichtschranke <SEP> 59 <SEP> Vorrichtung
<tb> 20 <SEP> Lichtschranke <SEP> 60 <SEP> Vorrichtung
<tb>
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EMI14.1
<tb> 21 <SEP> Lichtschranke <SEP> 61 <SEP> Vorrichtung
<tb> 22 <SEP> Lichtquelle <SEP> 62 <SEP> Vorrichtung
<tb> 23 <SEP> Lichtquelle <SEP> 63 <SEP> Halbleiterdiode
<tb> 24 <SEP> Lichtquelle <SEP> 64 <SEP> Halbleiterdiode
<tb> 25 <SEP> Lichtquelle <SEP> 65 <SEP> Halbleiterdiode
<tb>
<tb> 26 <SEP> Lichtempfangselement <SEP> 66 <SEP> Halbleiterdiode
<tb> 27 <SEP> Lichtempfangselement <SEP> 67 <SEP> Diodenpaar
<tb> 28 <SEP>
Lichtempfangselement <SEP> 68 <SEP> Diodenpaar
<tb> 29 <SEP> Lichtempfangselement <SEP> 69 <SEP> Schutzschaltung
<tb> 30 <SEP> Verschiebeorgan <SEP> 70 <SEP> Schutzschaltung
<tb>
<tb> 31 <SEP> Verschiebeorgan <SEP> 71 <SEP> Schutzschaltung
<tb> 32 <SEP> Durchbruch <SEP> 72 <SEP> Schutzschaltung
<tb> 33 <SEP> Durchbruch <SEP> 73 <SEP> Aktor
<tb> 34 <SEP> Pfeil <SEP> (Verstellrichtung)
<tb> 35 <SEP> Pfeil <SEP> (Aneinanderreihungsrichtung)
<tb>
<tb> 36 <SEP> Auswertevorrichtung
<tb> 37 <SEP> Auswertevorrichtung
<tb> 38 <SEP> Signalausgang
<tb> 39 <SEP> Signalausgang
<tb> 40 <SEP> Signalausgang
<tb>