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Die
Erfindung bezieht sich auf ein Sicherheitssystem zum Überwachen
des Zustandes einer Schutzeinrichtung mit einer Sicherheitseinrichtung, die
eine Schalteinrichtung mit wenigstens einem Schaltelement sowie
eine Betätigungseinrichtung
mit einem zugehörigen
Betätiger
aufweist, wobei ein Übertragungselement
zwischen der Betätigungseinrichtung
und der Schalteinrichtung vorgesehen ist, welches einerseits mit
dem Schaltelement und andererseits mit dem Betätiger gekuppelt ist.
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Es
handelt sich somit um ein Sicherheitssystem für wenigstens eine trennende
Schutzeinrichtung oder Sperreinrichtung, beziehungsweise eine Vorrichtung
zur Zustandsüberwachung
einer Schutzeinrichtung einer Maschine oder Anlage, wobei auch eine
Kombination mit einem Schlüsseltransfersystem oder
eine daraus abgeleitete Mischform möglich ist, und das Sicherheitssystem
zur Überwachung
des sicheren Zustands von Maschinen oder Anlagen dient.
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Aus
der
DE 295 15 529
U1 ist ein Sicherheitssystem der eingangs genannten Art
bekannt. Das Übertragungselement
ist dabei als Stößel ausgebildet,
der durch Verschleiß im
Laufe der Zeit kürzer
werden und dann seine Funktion nicht mehr ausreichend sicher erfüllen kann.
Ferner kann ein derartiger Stößel durch
Kollision, die beim Schließen
der Einrichtung auftreten kann, bei Beschädigungs- oder verschleißbedingtem
Versatz abbrechen, so dass die Sicherheitsfunktion verloren geht.
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Im
Allgemeinen haben Sicherheitssysteme, wie sie in der Produktnorm
DIN-EN1088 beschrieben sind, den Nachteil, mechanisch nicht ausreichend stabil
zu sein. Störungen
werden häufig
verursacht durch eindringendes Wasser, Beschädigung durch Missjustage und
durch normalen Verschleiß.
Bei den bisher bekannten Systemen muss jeder Schalter verdrahtet
werden und, abhängig
von der Sicherheitskategorie separat ausgewertet werden. Absicherung mit
Sicherheitsschaltern ist deshalb kompliziert und teuer.
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In
diesem Zusammenhang sind auch sogenannte Schlüsseltransfersysteme bekannt,
die ebenfalls in der DIN-EN1088 beschrieben werden und nur wenig
flexibel sind. Ein aufgebautes System lässt sich zu einem späteren Zeitpunkt
kaum umkonfigurieren.
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Im
Gegensatz zu Sicherheitsschaltersystemen reagieren Schlüsseltransfersysteme
mit erheblicher Zeitverzögerung.
Ein weiterer Nachteil von Schlüsseltransfersystemen
ist der höhere
Bedienungsaufwand.
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Aufgabe
der vorliegenden Erfindung ist es, ein Sicherheitssystem zum Überwachen
des Zustandes einer Schutzeinrichtung, insbesondere ein Schlüsseltransferschaltersystem
der eingangs genannten Art zu schaffen, das eine hohe Betriebssicherheit
aufweist, auf einfache Weise an unterschiedliche Vorgaben anpassbar
und dabei auch erweiterbar ist. Außerdem soll der konstruktive
Aufbau des Schlüsseltransferschaltersystems
einfach und unter Verwendung weniger Teile realisierbar sein.
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Zur
Lösung
dieser Aufgabe wird vorgeschlagen, dass bei einem Sicherheitssystem
der eingangs genannten Art das Übertragungselement
zwischen der Betätigungseinrichtung
und der Schaltereinrichtung im wesentlichen durch eine Übertragungswelle als
Hauptachse mit einem Betätigungsbereich
und mit einem Schaltbereich oder -ende gebildet ist, deren Betätigungsbereich
oder Ende an eine Vorrichtung zum Umsetzen einer translatorischen
Bewegung des Betätigers
in eine rotatorische Bewegung der Hauptachse angeschlossen ist und
dass die Hauptachse in beide Drehrichtungen zwangsangetrieben ist.
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Eine Übertragungswelle
als Hauptachse hat unter anderem den Vorteil, dass bei einer Drehlagerung
eine höhere
Funktionssicherheit vorhanden ist als bei Schiebelagerungen, da
diese Drehlagerung unter anderem weniger anfällig ist zu verklemmen. Außerdem ist
die Funktionssicherheit einer Welle als Übertragungsglied auch bei Spiel
noch gegeben.
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Durch
die zwangsbetätigte,
also in beide Richtungen von einem Betätiger angetriebene Übertragungswelle
ist einerseits keine Feder für
eine Rückstellung
erforderlich und andererseits ist dadurch auch die Rückstellbewegung
sichergestellt und dadurch eine geringere Störanfälligkeit vorhanden.
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Zweckmäßigerweise
hat die Vorrichtung eine Einführöffnung für das Einstecken
und Entnehmen des Betätigers
und zum Umsetzen der translatorischen Bewegung des Betätigers in
eine rotatorische Bewegung der Übertragungswelle
ein von dem Betätiger
bei einer Einsteck- oder Entnehmbewegung antreibbares Getriebe hat.
Dabei kann das von dem Betätiger
bei einer Einsteck- oder Entnahmebewegung antreibbare Getriebe ein
Kurvengetriebe mit zumindest einer Kurvenscheibe oder Nockenscheibe
sein, die eine über
ein Eingriffsglied mit der Hauptachse gekoppelte Antriebskurve hat.
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Dieser
konstruktive Aufbau reduziert den Verschleiß und trägt somit zur Verlängerung
der Lebensdauer bei.
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Bei
den gängigen
Wettbewerbslösungen handelt
es sich üblicherweise
um eine Scheiben-Stößellösung. Dabei
dreht sich eine Nockenscheibe auf einem Stößelkopf und bewegt so den Stößel in eine Endposition.
Dabei ist der Stößelkopf
stets einem hohen Verschleiß ausgesetzt.
Der Verschleiß kann
zu Funktionsbeeinträchtigungen
oder sogar zum Versagen eines Systems führen.
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Zweckmäßigerweise
weist das Kurvengetriebe wenigstens eine Kurvenscheibe mit einer
randoffenen Betätigungsöffnung zum
Eingreifen des Betätigers
sowie eine schlitzförmige
Antriebskurve für
das mit der Übertragungswelle
verbundene Eingriffsglied auf.
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Dadurch
ist zwischen dem Betätiger
und der Übertragungswelle
eine zwangsbetätigte
Antriebsübertragung
gebildet.
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Besonders
vorteilhaft ist es, wenn zwei vorzugsweise parallel angeordnete,
von einem Betätiger verdrehbare
Kurvenscheiben vorgesehen sind, die gleichzeitig von einem Betätiger antreibbar
und über separate
Eingriffsglieder mit der Übertragungswelle gekoppelt
sind.
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Der
Einsatz von zwei Kurvenscheiben erhöht die Sicherheit durch eine
mechanische Redundanz. Beim Versagen einer Kurvenscheibe wird die
grundlegende Funktion von der zweiten Kurvenscheibe übernommen.
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Vorteilhafterweise
ist eine Arretiervorrichtung zum Arretieren der Kurvenscheibe oder
dergleichen Getriebeelement bei entnommenem Betätiger vorgesehen.
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Auf
diese Art und Weise wird eine Drehbewegung ohne eingestecktes Bedienelement
(Betätiger
oder Schlüssel)
verhindert.
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Auch
im betätigten
Zustand, wo sich die Kurvenscheiben in ihrer Endposition befinden,
wird die Hauptachse blockiert, um zu verhindern, dass von außen wirkende
axiale Kräfte
zu einer ungewollten Drehbewegung der Hauptachse führen.
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Nach
einer besonders vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung sind die
Schalteinrichtung und die Betätigungseinrichtung
sowie gegebenenfalls weitere Betätigungseinrichtungen
oder dergleichen Funktionseinrichtungen als Module ausgebildet und weisen
jeweils Anschlüsse
zum lösbaren
Verbinden miteinander sowie jeweils in Montagestellung fluchtende
und über
Kupplungselemente einer Kupplung lösbar miteinander verbindbare
Teil-Übertragungswellen
auf.
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Dabei
können
wahlweise mehrere Betätigermodule
in gegebenenfalls unterschiedlichen Ausführungen, beispielsweise Schlüsselmodule
mit einem Schlüssel
als Betätiger
und/oder Vorhängeschlossmodule
mit einem nicht abziehbaren Schlüssel
als Betätiger
vorgesehen sein.
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Außer Betätigermodulen
in unterschiedlichen Ausführungsformen
und Schaltermodulen können
auch Zuhaltemodule mit wenigstens einem Betätiger sowie mit einem Verriegelungssystem
vorgesehen sein.
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Um
eine Reihe von mehr als zwei Einzelmodulen miteinander kombinieren
zu können,
ist das Betätigermodul
als Zwischenmodul mit beidseitig an zwei gegenüber liegenden Seiten des Moduls
zugänglicher Übertragungswelle
und dort befindlichen Kupplungselementen sowie mit Anschlüssen für weitere
Module ausgebildet.
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Die
Funktionen der Einzelmodule sind dabei unabhängig von den der anderen Module.
Die Gesamtfunktion wird erst durch den Zusammenbau zu einem System
definiert.
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Dadurch
kann das erfindungsgemäße System
an die verschiedenen anwendungsspezifischen Anforderungen angepasst
werden. Bestehende Systeme können
in einfacher Art und Weise modifiziert werden.
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Durch
seine Modulbauweise ist dieses System sehr flexibel und kann den
jeweiligen Anforderungen optimal angepasst werden, wobei viele unterschiedliche
Kombinationsmöglichkeiten
bestehen. Durch Austauschen, Umgruppieren oder durch Ergänzen weiterer
Module kann dieses System auch nachträglich geändert werden.
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Um
die einzelnen Module miteinander hinsichtlich der Antriebsbewegung
koppeln zu können, erstreckt
sich die jeweilige Übertragungswelle
von einer Anschlussseite zur gegenüber liegenden und weist an
beiden Enden Kupplungselemente auf.
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Für eine sichere
Verbindung der Module untereinander sind die Anschlüsse der
Module als spezielle Bajonettverschlüsse ausgebildet.
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Nach
einer besonders vorteilhaften Ausführungsform weist der Bajonettverschluss
an den Modulen jeweils Bajonettkränze mit Bajonettnuten sowie einen
separaten Bajonettring mit innenseitig vorstehenden Bajonettnocken
auf.
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Mit
Hilfe des Bajonettringes werden jeweils ein unterer Bajonettkranz
und ein oberer Bajonettkranz zusammengezogen und zusammengehalten.
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Zweckmäßigerweise
sind die Anschlüsse der
Module zur Montage in unterschiedlichen Drehpositionen der Module,
vorzugsweise zumindest in vier um etwa 90° zueinander verdrehten Montagepositionen
ausgebildet.
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Bei
einer rechteckigen Form können
so die Module um ca. 90°;
ca. 180° bzw.
ca. 270° gegeneinander
verdreht werden.
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Im
fertig montierten Zustand liegen dann die Außenflächen der Module sowie des Bajonettringes parallel
zueinander.
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Bei
den bisher bekannten Systemen werden der Schalterkopf und das Schaltergehäuse mit Schrauben
verbunden. Dieses System beschränkt die
Variabilität
in hohem Maße
und ist daher nicht kundenfreundlich. Es gestattet keinen variablen
Aufbau eines Systems und verhindert eine nachträgliche Erweiterung um weitere
Module.
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Am
Markt befinden sich auch Systeme auf der Grundlage von Bajonettverschlüssen. Dabei
werden jedoch jeweils nur zwei Teile gegeneinander gedreht. Diese
Ausführungen
besitzen nur eine geringe Stabilität. Weiterhin besteht die Gefahr,
dass sich der Bajonettverschluss löst und zu einem gefährlichen Versagen
führt.
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Nach
einer Weiterbildung der Erfindung kann die Betätigungseinrichtung als Schlüsselmodul
ausgebildet sein, wobei als Betätiger
ein Steckschlüssel dient.
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Durch
die Verwendung eines Schlüssels
als Betätiger
ist eine erhöhte
Sicherheit gegeben, um bestimmte Handlungsabfolgen beim Zutritt
zu gefährlichen
Maschinen und Anlagen zu erzwingen.
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Die
Verwendung eines Steckschlüssels
hat gegenüber
dem Drehschlüsselprinzip
den Vorteil, dass komplizierte, einem relativ hohen Verschleiß unterliegende
Mechanismen wie Stößel, Bolzen, Scheiben
oder Stifte, die wiederum weitere Funktionen auslösen, vermieden
werden können.
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Außerdem weisen
Steckschlüssel
eine geringere Anfälligkeit
gegen Verschmutzung auf.
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Vorzugsweise
weist der Schlüssel
für das Schlüsselmodul
einen Betätigungsabschnitt,
einen Kodierabschnitt sowie einen Griffabschnitt auf.
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Dieser
Schlüssel
kann in einer Linearbewegung mit seinem Betätigungsabschnitt in das Schloss eingesteckt
werden und mit dem anschließenden
Kodierabschnitt beziehungsweise Kodiermechanismus wird der Schlüssel überprüft. Handelt
es sich um einen falschen Schlüssel,
blockiert das Kodiersystem den Schlüssel.
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Dieses
System ist einfach aufgebaut, dennoch sehr stabil, nicht empfindlich
gegen Verschmutzung und sehr sicher gegen äußere Manipulation. Die Schlüsselform
bietet zudem ergonomische Vorteile.
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Nach
einer Weiterbildung der Erfindung sind die Kupplungselemente der
etwa fluchtenden Übertragungswellen
der einzelnen Module jeweils Teil einer Klauenkupplung, wobei die
Kupplungselemente axial vorstehende, ineinander greifende Klauen
aufweisen.
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Über die
Klauenkupplungen können
die Funktionen benachbarter Module freigeschaltet oder gesperrt
werden.
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Eine
besondere Ausführungsform
der Klauenkupplung sieht vor, dass die Klauen der Kupplungselemente
segmentförmig
mit radial orientierten Seitenflanken ausgebildet sind und dass
die Umfangserstreckung aller Segmente eines Kupplungselementes gemeinsam
etwa gleich (Schaltermodul) oder kleiner ist als 180°.
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Ist
die Umfangserstreckung aller Segmente eines Kupplungselementes gemeinsam
etwa gleich 180°,
so ist bei gleichen, darin eingreifenden Kupplungselementen praktisch
kein Übertragungsspiel vorhanden.
Dies ist bei Kopplung mit einem Schaltermodul vorgesehen.
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Ist
die Umfangserstreckung aller Segmente eines Kupplungselementes gemeinsam
jedoch kleiner als 180°,
ist ein Übertragungsspiel
vorhanden, weil zwischen den Segmenten ein Frei raum vorhanden ist.
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Dies
kann bei folgendem Funktionsablauf genutzt werden:
Bei einer
Kombination aus Betätigermodul,
Schlüsselmodul
und Schaltermodul ist zunächst
der Betätiger
des Betätigermoduls
nicht in dieses eingeführt, das
heißt,
eine mit dem Betätiger
verbundene, zu überwachende
Türe ist
offen. Der Schlüssel
des Schlüsselmoduls
ist ebenfalls entfernt. Im Schaltermodul sind in diesem Zustand
die Sicherheitsschalter geöffnet.
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Nun
wird die zu überwachende
Türe geschlossen,
der Betätiger
wird dabei in das Betätigermodul
eingeführt.
Innerhalb des Betätigermoduls dreht
sich dabei die Hauptachse in der beschriebenen Art und gibt dabei
die Funktion des darunter liegenden Schlüsselmoduls frei. Die Hauptachse
des Schlüsselmoduls
wird hierbei wegen des zwischen den Kupplungs-Segmenten befindlichen
Freiraums noch nicht bewegt. Erst nachdem der Betätiger in
seiner Endstellung ist, kann der Schlüssel in das Schlüsselmodul
eingesteckt werden. Durch das Hineinschieben des Schlüssels in
das Schlüsselmodul
wird ebenfalls die Hauptachse des Schlüsselmoduls um zum Beispiel
30° entgegen
dem Uhrzeigersinn gedreht. Da zwischen den Klauen des Schlüsselmoduls und
des Schaltermoduls kein Freiraum vorhanden ist, wird diese Drehbewegung
im Schaltermodul zum Schließen
der elektrischen Schaltkreise genutzt.
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Eine
abweichende Handlungsabfolge ist nicht möglich.
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So
kann z. B. der Schlüssel
nicht in das Schlüsselmodul
eingeführt
werden, wenn die Tür noch
nicht geschlossen beziehungsweise der Betätiger noch nicht in das Betätigermodul
eingesteckt ist.
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Nach
einer Ausgestaltung der Erfindung erstrecken sich die Klauen der
Kupplungselemente in radialer Richtung über einen äußeren Teilbereich der Stirnseite
der Übertragungswelle
und sind etwa kegelstumpfförmig
ausgebildet. Der mittlere Bereich bleibt also frei.
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Durch
diese Ausbildung ist ein Selbstzentrierungseffekt vorhanden, so
dass zusätzliche
Lager nicht erforderlich sind.
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Zusätzliche
Ausgestaltungen der Erfindung sind in den weiteren Unteransprüchen aufgeführt. Nachstehend
ist die Erfindung mit ihren wesentlichen Einzelheiten anhand der
Zeichnungen näher
erläutert.
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Es
zeigt:
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1 eine
Funktionseinheit mit einem Betätigermodul,
einem Schlüsselmodul
und einem Schaltermodul,
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2 einen
Kupplungsbereich zwischen Hauptachsen eines Schlüsselmoduls und eines Schaltermoduls,
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3 eine
Schnittansicht entsprechend der Schnittlinie B-B in 2,
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4 eine
perspektivische Ansicht der zu einer Vorrichtung zum Umsetzen einer
translatorischen Bewegung eines Betätigers in eine rotatorische
Bewegung einer Übertragungswelle
gehörenden
Funktionsteile,
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5 bis 8 unterschiedliche
Ansichten beziehungsweise Funktionslagen der in 4 gezeigten
Vorrichtung,
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9 eine
perspektivische Ansicht eines durch ein Betätigermodul gebildeten Funktionsmoduls,
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10 eine
perspektivische Ansicht eines Modulgrundgehäuses,
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11 und 12 Seitenansichten
von Kurvenscheiben,
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13 eine
perspektivische Ansicht eines Betätigers,
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14 eine
perspektivische Ansicht einer Anschlussseite eines Moduls mit einem
Bajonettkranz,
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15 eine
perspektivische Ansicht eines Bajonettrings,
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16 eine
perspektivische Ansicht einer Anschlussseite eines mit dem Modul
gemäß 14 zu
verbindenden Moduls mit einem Bajonettkranz,
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17 und 18 die
in den 14 bis 16 gezeigten
Teile in einer anderen Perspektive,
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19 eine
Funktionseinheit mit einem Betätigermodul,
einem Zwischenbetätigermodul,
einem Vorhängeschlossmodul,
einem Schlüsselmodul
und einem Endmodul,
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20 eine
perspektivische Ansicht einer Hauptachse,
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21 bis 23 unterschiedliche
Seitenansichten der in 20 gezeigten Hauptachse,
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24 und 25 die
Funktionsteile zweier miteinander über eine Klauenkupplung gekoppelter Module,
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26 eine
Schnittansicht im Bereich einer Klauenkupplung entsprechend der
Schnittlinie C-C in 25,
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27 eine
etwa 1 entsprechende Ansicht, hier jedoch mit entferntem
Betätiger
und Schlüssel,
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28 ein
Zuhaltemodul in geöffnetem
Zustand,
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29 eine
Schaltachse mit Schaltarmen,
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30 eine
perspektivische Ansicht eines Verriegelungselementes,
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31 eine
Schnittdarstellung eines Teils eines Schalter- und Zuhaltemoduls in entsperrtem Zustand
entsprechend der Schnittlinie D-D in 41,
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32 eine
Stirnseitenansicht des in 28 gezeigten
Schalter- und Zuhaltemoduls,
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33 eine
Schnittdarstellung eines Teils eines Schalter- und Zuhaltemoduls in Sperrstellung entsprechend
der Schnittlinie G-G in 44,
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34 und 35 perspektivische
Ansichten eines Schaltergehäuses
mit Blick auf das Anschlussende mit Bajonettkranz,
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36 eine
Schnittdarstellung des Schalter- und Zuhaltemoduls entsprechend
der Schnittlinie L-L in 28,
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37 sowie 42 und 43 unterschiedliche
Seitenansichten des Schalter- und Zuhaltemoduls,
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38 eine
Querschnittdarstellung des Schalter- und Zuhaltemoduls entsprechend
der Schnittlinie H-H in 37 in
entriegeltem Zustand,
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39 eine
Querschnittdarstellung des Schalter- und Zuhaltemoduls entsprechend
der Schnittlinie A-A in 37,
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40 eine
Querschnittdarstellung des Schalter- und Zuhaltemoduls entsprechend
der Schnittlinie H-H in 37 in
blockiertem Zustand,
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41 eine
Querschnittdarstellung des Schalter- und Zuhaltemoduls entsprechend
der Schnittlinie C-C in 42,
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44 eine
Querschnittdarstellung des Schalter- und Zuhaltemoduls entsprechend
der Schnittlinie F-F in 43,
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45 eine
Querschnittdarstellung ähnlich 40,
hier jedoch mit einer Verriegelung in einer zweiten Drehachsenposition
entsprechend der Schnittlinie C-C
in 47,
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46 eine 45 entsprechende,
hier jedoch perspektivische Ansicht,
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47 ein
Schalter- und Zuhaltemodul in geöffnetem
Zustand,
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48, 49 sowie 57 unterschiedliche
Ansichten eines Schlüssels,
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50 eine
perspektivische Ansicht eines Kodierelementes,
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51 eine
Teilschnittansicht eines Schlüsselgehäuses mit
einem Kodierelement und einem Schlüssel,
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52 eine
Ansicht eines Schlüsselgehäuses,
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53 eine
weitere Teilschnittansicht eines Schlüsselgehäuses mit einem Kodierelement
und einem Schlüssel
entsprechend dem in 54 als Detail X gekennzeichneten
Ausschnitt,
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54 eine
Schnittdarstellung eines Funktionsmoduls mit einem Schlüsselgehäuse,
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55 das
in 54 gezeigte Funktionsmodul in Seitenansicht,
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56 eine
Draufsicht des in 55 gezeigten Funktionsmoduls,
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58 eine
perspektivische Ansicht eines Schlüsselgehäuses mit zum Teil eingestecktem Schlüssel und
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59 eine
gegenüber 58 vergrößerte Darstellung
des Schlüsselgehäuses mit
Schlüssel.
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Eine
in 1 gezeigte Funktionseinheit 1 kann Bestandteil
eines Sicherheitssystems und dabei einer Sicherheitseinrichtung
für wenigstens
eine trennende Schutzeinrichtung oder Sperreinrichtung, beziehungsweise
eine Vorrichtung zur Zu standsüberwachung
einer Schutzeinrichtung einer Maschine oder Anlage sein. Dabei ist
die Funktionseinheit 1 je nach Ausführungsform Teil einer Sicherheitsschalteinrichtung
oder eines noch zu beschreibenden Schlüsseltransfersystems oder einer
daraus abgeleiteten Mischform.
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Sie
dient somit zur Überwachung
des sicheren Zustands von Maschinen, Anlagen oder dergleichen und
weist in dem in 1 gezeigten Ausführungsbeispiel,
von oben nach unten, ein Betätigermodul 10,
ein Schlüsselmodul 15 und
ein Schaltermodul 63 auf.
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Zu
dem Betätigermodul 10 gehört ein Betätiger 12 und
zu dem Schlüsselmodul 15 ein
Schlüssel 17.
In 1 sind der Betätiger 12 und
der Schlüssel 17 in
entsprechende Öffnungen
der beiden Module eingesteckt. Der Betätiger 12 ist beispielsweise
mit einer hier nicht dargestellten, zu überwachenden Tür verbunden.
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Die
gleiche Funktionseinheit 1 ist auch in 27 dargestellt,
wobei dort der Betätiger 12 nicht in
das Betätigermodul 10 eingeführt ist,
das heißt, dass
die zu überwachende
Türe offen
ist. Der Schlüssel 17 ist
ebenfalls entfernt.
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Der
innere Aufbau eines Betätigermoduls 10 ist
insbesondere aus den 4 bis 13 entnehmbar.
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Das
Betätigermodul 10 weist
ein Modulgrundgehäuse 25 auf
(9 und 10), in dem eine Übertragungswelle
als Hauptachse 26 gelagert ist. Die Hauptachse 26 hat
einen Betätigungsbereich und
einen Schaltbereich oder ein Schaltende, deren Betätigungsbereich
oder Ende an eine Vorrichtung 2 zum Umsetzen einer translatorischen
Bewegung des Betätigers 12 in
eine rotatorische Bewegung der Übertragungswelle
(Hauptachse 26) angeschlossen ist, wobei die Übertragungswelle
in beide Drehrichtungen zwangsangetrieben ist.
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Die
Vorrichtung 2 hat eine Einsteckstelle mit einer Einführöffnung 19 (19)
für das
Einstecken und Entnehmen des Betätigers 12 und
zum Umsetzen der translatorischen Bewegung des Betätigers in eine
rotatorische Bewegung der Übertragungswelle, ein
von dem Betätiger 12 bei
einer Einsteck- oder Entnehmbewegung antreibbares Getriebe, vorzugsweise
ein Kurvengetriebe 3 mit zwei Kurvenscheiben 20a, 20b,
welche über
ein Eingriffsglied mit der Hauptachse oder Übertragungswelle 26 gekoppelte Antriebskurven 29a, 29b haben,
wobei das Eingriffsglied durch Arme 28 gebildet ist.
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Die
Kurvenscheiben 20a, 20b (4 bis 8 und 10 bis 12)
werden durch den Betätiger 12 (13)
in eine Drehbewegung versetzt. Hierzu haben die Kurvenscheiben Betätigerklauen 21 für einen
waagerecht eingeführten
Betätiger 12 und
die Betätigerklauen 22 für einen
senkrecht eingeführten
Betätiger 12a.
Der Betätiger 12 (auch
sichtbar in 4) greift mit seinen beiden
Betätigernocken 23 in
die jeweiligen Betätigerklauen 21 bzw. 22 und
versetzt die beiden Kurvenscheiben 20a bzw. 20b in eine
Drehbewegung um die Achse 24. Die Achse 24 ist
im Modulgrundgehäuse 25 gelagert.
Zwischen den beiden Kurvenscheiben 20a und 20b ist
die Hauptachse 26 in dem Modulgrundgehäuse 25 und Modulabdeckung 27 gelagert.
Mit den beiden Armen 28 greift die Hauptachse 26 in
die beiden Kurvenscheiben 20a und 20b. Mit der
Drehbewegung der beiden Kurvenscheiben 20a und 20b wird über die beiden
Arme 28 auch die Hauptachse 26 in eine axiale
Drehbewegung versetzt. Entsprechend den Kurvenverläufen 29a und 29b ist
die Drehbewegung der Hauptachse 26 auf ca. 30° begrenzt.
Dabei wirkt ein Arm 28 drückend, während der andere Arm 28 ziehend
wirkt, also eine in beide Drehrichtungen zwangsangetriebene Übertragung
gebildet ist.
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Im
betätigten
Zustand (5 und 7) befinden
sich die Kurvenscheiben 20a und 20b in ihrer Endposition.
Dabei liegen die Arme 28 an den Blockierflächen 30a, 30b (5)
und 31a und 31b (7) der Kurvenscheiben 20a und 20b an
und blockieren so die Hauptachse 26. Dadurch wird eine
ungewollte Drehbewegung der Hauptachse 26 verhindert. Wird
in diesem Zustand ein Drehmoment auf die Hauptachse 26 ausgeübt, wird
die Drehbewegung von den Blockierflächen 30a, 30b, 31a und 31b verhindert.
Die dabei auftretenden Kräfte
werden über die
Kurvenscheiben 20a und 20b auf die Achse 24 und
in das Modulgrundgehäuse 25 geleitet.
Aufgrund dieser Blockierfunktion können nur genehmigte Elemente
wie z. B. ein Betätiger 12,
ein Schlüssel 17 oder
von einem Vorhängschlossschieber 32 die Hauptachse 24 in
eine Drehbewegung versetzen.
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Durch
den spiegelverkehrten Einbau der beiden Kurvenscheiben 20a und 20b kann
die Richtung der Drehbewegung geändert
werden.
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Der
Einsatz von zwei Kurvenscheiben 20a und 20b erhöht die Sicherheit
durch eine mechanische Redundanz. Beim Versagen einer Kurvenscheibe
wird die grundlegende Funktion von der zweiten Kurvenscheibe übernommen.
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Der
konstruktive Aufbau reduziert den Verschleiß und trägt somit zur Verlängerung
der Lebensdauer bei.
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Bei
den gängigen
Wettbewerbslösungen handelt
es sich üblicherweise
um eine Scheiben-Stößellösung. Dabei
dreht sich eine Nockenscheibe auf einem Stößelkopf und bewegt so den Stößel in eine Endposition.
Dabei ist der Stößelkopf
stets einem hohen Verschleiß ausgesetzt.
Der Verschleiß kann
zu Funktionsbeeinträchtigungen
oder sogar zum Versagen eines Systems führen.
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Das
erfindungsgemäße Sicherheitssystem bietet
auch Ergonomievorteile, da z. B. bei einem Schlüsselmodul 15 der Schlüssel 17,
aufgrund des beschriebenen Aufbaues, einfach gezogen bzw. gesteckt
werden kann. Marktübliche
Lösungen
arbeiten hier mit einem Drehschlüsselsystem.
In diesen Fällen muss
ein Schlüssel
gesteckt bzw. gezogen und gedreht werden.
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Um
Gefahren jeglicher Art zu vermeiden, ist dafür zu sorgen, dass die Kurvenscheiben 20a und 20b nur
mit zugelassenen Bedienelementen (z. B. Betätiger 12) bewegt werden
können.
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Um
zu verhindern, dass bei unsachgemäßer Behandlung dennoch bestimmte
Funktionen ausgelöst
werden, haben sich beim Stand der Technik viele Lösungen am
Markt etabliert, die jedoch alle sehr komplex und/oder teuer sind.
Die hohe Komplexität führt neben
den hohen Fertigungskosten auch zu einer hohen Störanfälligkeit.
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Die
erfindungsgemäße Lösung sieht
eine Arretierung der Kurvenscheiben vor. Dabei wird auf die Achse 24,
jeweils zwischen Modulgrundgehäuse 25 und
der Kurvenscheibe 20a bzw. 20b eine Druckfeder
eingebaut. Im unbetätigten
Zustand 62 drücken diese Federn die Kurvenscheiben 20a bzw. 20b zur
Hauptachse hin. Dabei greift der Arretierstift 33 (20/22)
in die Arretieröffnung 34 (5, 7, 11, 12)
der jeweiligen Kurvenscheibe ein. Auf diese Weise blockieren die
Kurvenscheiben 20a und 20b die Drehbewegung der
Hauptachse 26.
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Wird
der Betätiger 12 entfernt,
bewegen sich die Kurvenscheiben 20a und 20b in
Pfeilrichtung 35 (5) und 36 (7)
bis zu deren Endposition 67. In
der Endposition 67 befinden sich die Arretieröffnungen 34 gegenüber Arretierstift 33 (auch sichtbar
in 5)). Ist die Endposition 67 erreicht,
wird das Bedienelement (Betätiger;
Schlüssel usw.)
freigegeben. Über
die abgeschrägten
Flächen 97 des
Bedienelementes (Betätiger 12)
und aufgrund der Federdruckkraft werden die Kurvenscheiben (20a und 20b)
zur Hauptachse 26 bewegt, wo die Arretieröffnungen 34 in
die Arretierstifte 33 einrasten. Auf diese Art und Weise
wird eine Drehbewegung ohne eingestecktes Bedienelement (Betätiger oder Schlüssel) verhindert.
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Die
Vorgänge
beim Einführen
des Betätigers sind
in den 60 bis 68 näher erläutert.
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Der
Betätiger 12 wird
in Richtung der Kurvenscheiben 20a und 20b bewegt.
Nachdem der Betätiger 12 die
Kurvenscheiben 20a und 20b berührt hat, gleiten diese entlang
der abgeschrägten
Flächen des
Betätigers 12 auf
der Achse 24 gegen den Federdruck (Druckfeder nicht dargestellt)
nach außen.
Dadurch wird die Arretierung 37 aufgehoben. Die Kurvenscheiben 20a und 20b können sich
nun um die Achse 24 drehen. Dabei wird ebenfalls, wie oben
beschrieben, die Hauptachse 26 um den entsprechenden Winkel
gedreht.
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Gemeinsam
mit den Blockierflächen 30a, 30b, 31a und 31b bildet
die Arretierung 37 ein redundantes Blockiersystem.
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Zum
Aufbau einer Funktionseinheit 1 (1; 27)
und 1a (19), bestehend aus mehreren Modulen,
werden diese mit Hilfe von Bajonettverschlüssen zusammengebaut.
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Hierzu
besitzt jedes Modul einen oberen Bajonettkranz 38 und einen
unteren Bajonettkranz 39. Mit Hilfe des Bajonettringes 13 werden
jeweils ein unterer Bajonettkranz 39 und ein oberer Bajonettkranz 38 zusammengezogen
und zusammengehalten.
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Bei
den bisher bekannten Sicherheitssystemen werden der Schalterkopf
und das Schaltergehäuse
mit Schrauben verbunden. Dieses System beschränkt die Variabilität in hohem
Maße und
ist daher nicht kundenfreundlich. Es gestattet keinen variablen Aufbau
eines Systems und verhindert eine nachträgliche Erweiterung um weitere
Module.
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Am
Markt befinden sich auch Sicherheitssysteme auf der Grundlage von
Bajonettverschlüssen. Dabei
werden jedoch jeweils nur zwei Teile gegeneinander gedreht. Diese
Ausführungen
besitzen nur eine geringe Stabilität. Weiterhin besteht die Gefahr, dass
sich der Bajonettverschluss löst
und zu einem gefährlichen
Versagen führt.
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Der
bei den Ausführungsbeispiele
vorgesehene Bajonettverschluss 5 ist u. a. in den 14 bis 18 dargestellt.
Er besteht im wesentlichen aus drei Teilen: dem oberen Bajonettkranz 38,
dem Bajonettring 13 und dem unteren Bajonettkranz 39.
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Im
oberen Bajonettkranz 38 ist eine konisch zulaufende, rechteckige
Vertiefung 40 enthalten. Die ebenfalls konisch zulaufende,
rechteckigen Erhöhung 41 des
unteren Bajonettkranzes 39 passt spielfrei in die Vertiefung 40.
Innerhalb der Bajonettkränze 38 und 39 sind
die Hauptachsen 26 gelagert.
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In
den runden Bajonettkränzen 38 und 39 sind
Nuten 42 bzw. 43 enthalten. Die Bajonettnuten 42 und 43 weisen
einen Einführbereich 44 bzw. 45, einen
schräg
verlaufenden Nutbereich 46 bzw. 47 und einen waagrechten
Verriegelungsbereich 48 bzw. 49 auf.
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In
diese Nuten ragen, im montierten Zustand, die Bajonettnocken 50 hinein.
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Montagebeschreibung:
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Der
Bajonettring 13 wird so auf den unteren Bajonettkranz 39 aufgesteckt,
dass die Bajonettnocken 51 in die entsprechenden Bajonettnuten 43 eintauchen.
In diesem Zustand ist der Bajonettring 13 gegenüber dem
zugehörigen
Modul 52 um ca. 45° gedreht.
Beim Aufsetzen des zweiten Moduls 53 mit dem oberen Bajonettkranz 38 taucht
die rechteckige Erhöhung 41 in
die passende, rechteckige Vertiefung 40 hinein. Dabei ragen
eben falls die Bajonettnocken 50 in die Nuten 42 hinein.
Mit einer Drehbewegung des Bajonettringes 13 um ca. 45° gleiten
die Bajonettnocken 50 bzw. 51 auf den jeweiligen
Nutenflächen
entlang in ihre Endposition. Dabei werden die beiden Module 53 und 52 zusammengezogen.
Ein eingelegter O-Ring 54 in die O-Ringnut 55 des unteren Bajonettkranzes 39 sorgt
hierbei für
eine bestimmte Vorspannung. Aufgrund der rechteckigen Form 41 und 40 können die
Module 53 und 52 um ca. 0°; ca. 90°; ca. 180° bzw. ca. 270° gegeneinander verdreht
werden.
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Im
fertig montierten Zustand liegen die Außenflächen der Module 53 und 52 sowie
des Bajonettringes 13 parallel zueinander.
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Der
Bajonettring 13 kann immer so montiert werden, dass seine
Befestigungsbohrungen 56 zur Montage des Gesamtaufbaues
auf eine Montagefläche
genutzt werden kann (19).
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Je
nach gewünschter
Gesamtfunktion innerhalb eines Aufbaues z. B. gemäß 19,
müssen die
Funktionen benachbarter Module freigeschalten oder gesperrt werden.
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Dazu
sind Kupplungselemente (24) an den
etwa fluchtenden Übertragungswellen
der einzelnen Module vorgesehen, die jeweils Teil einer Klauenkupplung 4 sind,
wobei die Kupplungselemente axial vorstehende, ineinander greifende
Klauen 59a, 59b aufweisen.
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Die
Klauen der Kupplungselemente sind segmentförmig mit radial orientierten
Seitenflanken ausgebildet, wobei die Umfangserstreckung aller Segmente
eines Kupplungselementes gemeinsam gleich oder kleiner ist als 180° (vergl. 20 bis 23).
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Wahlweise
ist dadurch Drehspiel zwischen den einzelnen, ineinander greifenden
Kupplungselementen vorhanden oder aber in einer modifizierten Ausführung kann
die Klauenkupplung die Drehbewegung spielfrei übertragen und so weitere Funktionen auslösen. (vergl.
auch 2 und 3).
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Die
Hauptachse 26 ist im Modulgrundgehäuse 25 und in der
Modulabdeckung 27 drehbar gelagert. Die Drehbewegung ist
dabei augrund des beschriebenen Aufbaues auf ca. 30° begrenzt.
Die axiale Bewegung der Hauptachse 26 wird durch Schultern 58 verhindert.
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An
beiden Enden ist die Hauptachse 26 mit jeweils vier Klauen 59a, 59b versehen.
Dabei sind die oberen Klauen 59a gegenüber den unteren Klauen 59b um
ca. 30° versetzt.
Die Klauen 59a bzw. 59b besitzen einen Winkel
a von ca. 30° (23).
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Beim
Zusammenstecken zweier Module tauchen die Klauen 59b bzw. 59a der
beteiligten Hauptachsen in die jeweiligen Zwischenräume ein.
Dabei liegen immer zwei Flächen
der Klauen 59b und 59a aneinander (Pos. 57 in 26).
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Wird
z. B. in das Modul 60 (24, 25) ein
Betätiger
eingeführt
dreht sich die Hauptachse 26 in der bereits beschriebenen
Art, entgegen dem Uhrzeigersinn um ca. 30°. Diese Drehbewegung ist möglich, da
auf einer Seite zwischen den beiden Klauen 59a und 59b ein
Freiraum 61 von ca. 30° vorhanden ist.
Es ist hingegen nicht möglich
in das Modul 62 einen Betätiger einzuführen, da
auf der anderen Seite zwischen der Klaue 59a und 59b kein
Freiraum vorhanden ist.
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Wie
eingangs bereits beschrieben, weist die Funktionseinheit 1 gemäß 1 und 27 ein
Betätigermodul 10,
ein Schlüsselmodul 15 und
ein Schaltermodul 63 auf.
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Im
dargestellten Zustand ist der Betätiger 12 nicht in
das Betätigermodul 10 eingeführt, d.
h. die zu überwachende
Türe ist
offen. Der Schlüssel 17 ist ebenfalls
entfernt.
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Im
Schaltermodul 63 (28) sind
in diesem Zustand die Sicherheitsschalter geöffnet.
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Nun
wird die zu überwachende
Türe geschlossen,
der Betätiger 12 wird
in das Betätigermodul 10 eingeführt. Innerhalb
des Betätigermoduls 10 dreht
sich dabei die Hauptachse in der beschriebenen Art und gibt dabei
die Funktion des darunter liegenden Schlüsselmoduls 15 frei.
Die Hauptachse des Schlüsselmoduls
wird hierbei noch nicht bewegt. Erst nachdem der Betätiger 12 in
seiner Endstellung ist, kann der Schlüssel 17 in das Schlüsselmodul 15 eingesteckt
werden. Durch das Hineinschieben des Schlüssels 17 in das Schlüsselmodul 15 wird
ebenfalls die Hauptachse des Schlüsselmoduls 15 um ca. 30° entgegen
dem Uhrzeigersinn gedreht. Da die Klauen 59a des Schaltermoduls 63 eine
Breite von ca. 60° besitzen,
wird diese Drehbewegung im Schaltermodul 63 zum Schließen der
elektrischen Schaltkreise genutzt.
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Eine
abweichende Handlungsabfolge ist nicht möglich. So kann z. B. der Schlüssel 17 nicht
in das Schlüsselmodul 15 eingeführt werden,
wenn die Tür
bzw. der Betätiger 12 noch
nicht im Betätigermodul 10 eingesteckt
ist.
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Innerhalb
der Schalter- und Zuhaltemodule (28 bis 44)
befinden sich Schaltelemente die Bestandteil von Sicherheitsschaltkreisen
sein können.
Im Falle eines unsicheren Zustandes, z. B. eine Schutztüre wurde
geöffnet,
werden auch diese Schaltelemente geöffnet und unterbrechen somit
die Sicherheitsschaltkreise.
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Zuhaltemodule
sind zusätzlich
zu den Schaltelementen noch mit einem Verriegelungssystem ausgestattet.
Dieses Verriegelungssystem verhindert das unbeabsichtigte Wiedereinschalten
des Sicherheitsschaltkreises. Die Position des Verriegelungssystems
wird separat überwacht.
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Zur
Montage mit weiteren Modulen sind auch die Schalter- und Zuhaltemodule
mit einem Bajonettkranz 39 versehen.
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Im
Bajonettkranz 39 ist die Schaltachse 64 (29)
geführt.
Die Klauen 59a der Schaltachse 64 weisen eine
Breite von ca. 60° (32)
auf. Daher gibt es zwischen den Klauen eines Schalter- bzw. Zuhaltemoduls 63 und
den Klauen eines darüber
montierten Moduls 15 (27) keinen
Freilauf. Daher wird eine Drehbewegung der Hauptachse (z. B. des Schlüsselmoduls 15)
direkt in eine Drehbewegung der Hauptachse des Schalt- bzw. Zuhaltemoduls 63 umgesetzt.
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Die
Schaltachse 64 ist mit zwei Schaltarmen 65 versehen.
Die Schaltarme 65 wirken über eine Schaltfeder 66 direkt
auf den Schalthebel 67 von elektrischen Schaltelementen 68,
die je nach Drehbewegung geöffnet
oder geschlossen werden. Die elektrischen Schaltelemente 68 sind
auf eine Leiterplatte 69 gelötet (36, 47).
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Üblicherweise
werden die elektrischen Schaltelemente über einen Stößelmechanismus
betätigt.
Dies erfordert jedoch eine, zur Grundplatine, senkrechte Anordnung
der elektrischen Schaltelemente, d. h. es ist eine zweite Leiterplatte
erforderlich. Vor allem die senkrechte Leiterplattenanordnung ist
mit hohem Fertigungsaufwand verbunden und daher sehr kostenintensiv.
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Das
erfindungsgemäße System
ist vorteilhaft, da es lediglich eine Leiterplatte 69 hat,
es entfallen somit aufwändige
Montagearbeiten und durch den einfacheren Aufbau reduzieren sich
die möglichen
Fehlerquellen auf ein Minimum.
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Die
Schaltachse 64 ist mit zwei Schaltarmen 65 versehen.
Beide Schaltarme können
zur Betätigung
elektrischer Schaltelemente benutzt werden.
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In
einem Schalter- bzw. Zuhaltemodul 63 können die elektrischen Schaltelemente 70 und 71 enthalten
sein. Die Anordnung der beiden Schaltarme 65 ermöglicht unterschiedliche
Schalt zustände der
elektrischen Schaltelemente 70 und 71. In der 28 sind
z. B. die elektrischen Schaltelemente 70 nicht betätigt, während das
elektrische Schaltelement 71 betätigt dargestellt ist.
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Beispiel:
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Das
Schaltermodul 63 ist mit einem Betätigermodul 10 verbunden.
Der Betätiger 12 ist
an einer Haube montiert.
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Beim Öffnen der
Haube wird der Betätiger aus
dem Betätigermodul 10 herausbewegt.
Dabei dreht sich die Hauptachse des Betätigermoduls (wie oben beschrieben)
um ca. 30°.
Diese Drehbewegung wird im Schaltmodul in eine Schaltbewegung umgesetzt
und die elektrischen Schaltelemente werden geschlossen bzw. geöffnet. Die
Schaltelemente wiederum schließen
bzw. öffnen
bestimmte Stromkreise und ist so mit weiteren Funktionen verknüpft.
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Marktübliche Schalter-
bzw. Zuhaltemodule bestehen aus den beiden Teilen Gehäuse- und
Kopfelement. Das Kopfelement wird üblicherweise mittels Verschraubung
auf dem Gehäuseelement
befestigt.
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Bei
hohen Belastungen kann es daher zum Abreissen des Kopfelementes
kommen. Aus diesem Grund dürfen
marktübliche
Schalter- bzw. Zuhaltemodule
nicht als (Tür-)Anschlag
eingesetzt werden.
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Im
Falle einer gewaltsamen Beschädigung eines
Zusammenbaues wie z. B. in 27 gezeigt, ist
es von höchster
Bedeutung, dass die elektrischen Schaltelemente 70 und 71 (28)
in einen definierten Zustand gebracht werden. Nur so ist es möglich einen
Fehler zu erkennen und ggf. gefährliche
Maschinenzustände
zu vermeiden.
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Die
elektrischen Schaltelemente 70 und 71 werden in
der bereits beschriebenen Art und Weise über die Schaltarme 65 und über die
Schaltachse 64 von der Hauptachse des darüber montierten
Moduls (z. B. einem Schlüsselmodul 15 wie
in 7 dargestellt) betätigt.
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Um
Gefahren für
Mensch und Maschinen abzuwenden, muss z. B. das Abreißen des
Schlüsselmoduls 15 elektrisch
erkannt und in angeschlossenen Sicherheitsschaltungen registriert
und ausgewertet werden.
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Erfindungsgemäß wird diese
Aufgabe mit Hilfe einer Schalterfeder 66 (36)
gelöst.
Beim Versagen oder gewaltsamen Entfernung des an ein Schalter- bzw.
Zuhaltemodul 63 angeschlossenen Moduls (z. B. eines Schlüsselmoduls 15)
wird die Schaltachse 64 von der Schalterfeder 66 über die Schaltarme 65 in
eine definierte Ausgangslage bewegt. Hierbei nehmen die elektrischen
Schaltelemente 70 und 71 eine vorbestimmte Schaltstellung ein.
Diese Schaltstellung kann elektrisch ausgewertet werden. Die an
die elektrischen Schaltelemente 70 und 71 angeschlossenen
Sicherheitsschaltungen sorgen mit ihren weiteren Funktionen für die elektrische
Sicherheit und die Störungsmeldung.
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Solange
der sichere Zugang zu einer Gefahrenzone nicht möglich ist, müssen sämtliche
Zugänge
gesperrt sein. Erst wenn von der Anlagensteuerung z. B. ein Stillstandssignal
gegeben wird, darf der Zutritt erlaubt werden.
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In
einem Zuhaltemodul wird dabei das Herausziehen eines Betätigers (öffnen der
Schutztüre) durch
einen elektromechanischen Aufbau blockiert. Nur das entsprechende
Anlagensignal kann diese Sperrung aufheben und so letztlich das öffnen einer Türe o. ä. erlauben.
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Üblicherweise
wird beim Stand der Technik mit Hilfe eines (Hub-)Magneten ein Bolzen
oder eine Nockenscheibe blockiert, die wiederum das Entfernen des
Betätigers
(z. B. Türe öffnen) verhindern.
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Nachteilig
ist hierbei der komplizierte mechanische Aufbau, der zu hohen Montagekosten
und zu hoher Störanfälligkeit
führt,
sowie einen relativ hohen Verschleiß verursacht.
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Selbst
bei vorhandenem Stillstandsignal der Anlagensteuerung ist es bei
diesen Verriegelungssystemen nur mit hohem Aufwand möglich, eine
unter Spannung stehende Türe
zu öffnen.
Eine Türvorspannung
kann z. B. durch Verzug oder durch eingelegte Gummidichtungen verursacht
werden.
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Zur
Vermeidung dieser Nachteile ist das erfindungsgemäße Verriegelungssystem
wie folgt aufgebaut:
Die Schaltachse 64 (33)
ist frei drehbar in der Bohrung 75 gelagert. Die Schaltachse 64 ist
mit zwei Querbohrungen 73 und einer Längsbohrung 72 versehen.
In den beiden Querbohrungen 73 ist jeweils eine Verriegelungskugel 74 geführt. Im
zusammengebauten Zustand ist die Schaltachse 64 in die
Bohrung 75 hineingesteckt.
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Die
Fixierung der Schaltachse 64 im Schaltergehäuse 76 übernimmt
das Verriegelungselement 77 (30). Das
Verriegelungselement 77 ist mit den beiden Rillen 78 versehen.
Es wird mit dem Schaltergehäuse 76 fest
verschraubt.
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In
die Längsbohrung 72 der
Schaltachse 64 taucht ein axial beweglicher Verriegelungsstößel 79 ein.
Je nach Position des Verriegelungsstößels 79 werden die
beiden Verriegelungskugeln 74 von einer inneren Position
2 (31) in eine äußere Position
1 (33) bewegt. In Abhängigkeit der Schaltachsenposition
treffen dabei die Verriegelungskugeln 74 auf die Verriegelungselement-Innenwand 80 (30, 33)
oder in die Rillen 78.
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Treffen
die Verriegelungskugeln 74 auf die Verriegelungselement-Innenwand 80,
kann der Verriegelungsstößel 79 nicht
in seine Endposition eintauchen – das System kann in diesem
Fall nicht verriegelt werden.
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Treffen
die Verriegelungskugeln 74 hingegen auf die Rillen 78,
kann der Verriegelungsstößel 79 in seine
Endposition eintauchen (33) und
so die Drehbewegung der Schaltachse 64 blockieren.
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Zum
Entsperren muss lediglich der Verriegelungsstößel 79 in die Position
2 (31) zurückgezogen
werden. Dieser Aufbau ermöglicht
das Entsperren der Schaltachse 64 auch unter Einwirkung
eines Drehmomentes (z. B. hervorgerufen durch eine unter Spannung
stehende Tür).
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Nur
im entsperrten Zustand 31 ist ein an das Zuhaltemodul
(z. B. 27) angebautes Modul (z. B.
ein Schlüsselmodul 15)
bedienfähig.
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Der
Verriegelungsstößel 79 kann
z. B. von einem Hubmagneten 81 betätigt werden.
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Die
Position der Hubstange 82 des Hubmagneten 81 kann
separat elektrisch überwacht
werden.
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Auf
diese Weise kann sowohl die Stellung der Schaltachse 64 als
auch der Schaltzustand des Hubmagneten 81 überwacht
und in einer Sicherheitsschaltung ausgewertet werden.
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Je
nach Anforderungen kann das Verriegelungssystem nach dem Arbeits-
oder dem Ruhestromprinzip aufgebaut werden.
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Im
Ruhestromprinzip ist der Verriegelungsstößel 79 in der Position
1 (33). Die Schaltachse 64 ist verriegelt
und kann nicht gedreht werden. Zum Entsperren muss der Hubmagnet 81 bestromt
werden. Dabei wird der Verriegelungsstößel 79 in die Position
2 (31) zurückgezogen.
In diesem Zustand ist die Sperre aufgehoben und die Schaltachse 64 kann
gedreht werden. Dadurch ist auch das angebaute Modul (z. B. das
Schlüsselmodul 15)
funktionsfähig.
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Das
Arbeitsstromprinzip ist die Umkehrung des Ruhestromprinzips. Dabei
ist für
die Verriegelung die Bestromung des Hubmagneten 81 erforderlich. Im
unbestromten Zustand ist der Hubmagnet 81 in seiner Endstellung
und der Verriegelungsstößel 79 ist
in der Position 2 (31).
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In
der Praxis wird überwiegend
das Ruhestromprinzip verwendet. Selbst bei Spannungsausfall bleibt
das System verriegelt und verhindert dadurch gefährliche Zustände. Auch
die hohe thermische Belastung des Hubmagneten wird durch das Ruhestromprinzip
reduziert.
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Soll
auch eine zweite Drehposition der Schaltachse 64 verriegelt
werden, sind in dem Verriegelungselement 77 neben den Rillen 78 weitere
Rillen 83 erforderlich 45, 46).
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Die
Verriegelung dieser zweiten Drehachsenposition erfolgt in der bereits
beschriebenen Art und Weise.
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Um
bestimmte Handlungsabfolgen beim Zutritt zu gefährlichen Maschinen und Anlagen
zu erzwingen, sind u. a. Schlüsselmodule
erforderlich. Sie ermöglichen
den Aufbau von Schlüsseltransfersystemen.
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Die
heute bekannten Schlüsseltransfersysteme
funktionieren nach dem Drehschlüsselprinzip.
Ein Schlüssel
wird in ein Schloss gesteckt. Nur wenn der richtige Schlüssel verwendet
wird, kann dieser komplett in das Schloss eingesteckt werden. Mit
der anschließenden
Drehbewegung des Schlüssels
werden über
komplizierte Mechanismen Stößel, Bolzen Scheiben
oder Stifte bewegt, die wiederum weitere Funktionen auslösen.
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Ein
Nachteil dieser Systeme ist der relativ hohe Verschleiß und die
große
Anfälligkeit
gegen Verschmutzung. Die komplexe Mechanik führt zu weiteren Nachteilen
in der Herstellung und der Störanfälligkeit.
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Das
hier beschriebene Schlüsselmodul
funktioniert nach dem Steckschlüsselprinzip.
Während der
Schlüssel
in einer Linearbewegung in das Schloss eingesteckt wird, wird über einen
Kodiermechanismus der Schlüssel überprüft. Handelt
es sich um einen falschen Schlüssel,
blockiert das Kodiersystem den Schlüssel.
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Dieses
System ist einfach aufgebaut, dennoch sehr stabil, nicht empfindlich
gegen Verschmutzung und sehr sicher gegen äußere Manipulation. Die Schlüsselform
bietet zudem ergonomische Vorteile.
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Die
Funktionsweise des Schlüsselmoduls
ist anhand der 48 bis 59 näher beschrieben.
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Der
Schlüssel 17 besteht
im wesentlichen aus drei Bereichen. Der Bereich 84 entspricht
in seiner Form und Funktion der eines Betätigers 13. Im
Abschnitt 85 befinden sich die Kodierflächen 86. Der hintere
Schlüsselbereich 87 dient
als Greiffläche.
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In
dem Kodiergehäuse
ist das Kodierelement 89 um die Achse 90 drehbar
gelagert. Mit Hilfe von Federn (nicht dargestellt) wird das Kodierelement 89 in
die Vorzugsposition (51) gebracht. Beim Einführen des
Schlüssels 17 in
das Schlüsselgehäuse 91 stößt die Schlüsselfläche 92 an
die Nocke 93 des Kodierelementes 89. Im weiteren
Verlauf der linearen Schlüsselbewegung
wird das Kodierelement 89, gegen die Federkraft, um die
Achse 90 gedreht. Dabei tauchen die Kodierflächen 96 des
Kodierelementes 89 in die entsprechenden Kodierflächen 86 des Schlüssels 17 ein.
Zusätzlich
greift die Nocke 94 des Kodierelementes 89 in
die Vertiefung 95 des Schlüssels 17. Nur wenn
die Kodierungen von Kodierelement 89 und Schlüssel 17 zueinander
passen, kann der Schlüssel
in seine Endstellung gesteckt werden.
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Erst
nachdem die Kodierflächen 86 und 96 komplett
ineinander greifen, wird die Hauptachse 26 in der beschriebenen
Art bewegt.
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Beim
Herausziehen des Schlüssels 17 wird zunächst das
Kodierelement 89 von der Nocke 94 mitbewegt. Die
zusätzlich
wirkende Federkraft bringt das Kodierelement 89 schließlich wieder
in die Ausgangsposition 51.
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Bei
einem Schlüssel
mit falscher Kodierung können
die Kodierflächen 96 nicht
komplett in die Kodierflächen 86 des
Schlüssels 17 eintauchen.
Es kommt zur Klemmung von Schlüssel 17 und
Kodierelement 89, der Schlüssel ist in seiner Linearbewegung
gesperrt.
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19 zeigt
ein Beispiel einer zusammengebauten Funktionseinheit 1a.
Folgende Module und Teile sind hier zu sehen: ein Betätigermodul 10,
der zugehörende
Betätiger 12 und
ein Zwischenbetätigermodul 11,
der zugehörende
Betätiger 12b,
Bajonettringe 13, ein Vorhängeschlossmodul 14,
ein Schlüsselmodul 15,
der zugehörende
Schlüssel 17 und
ein Endmodul 16.
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Das
Betätigermodul 10 ist
mit den Montagebohrungen 18a versehen. Die Bajonettringe 13 sind mit
den Montagebohrungen 18 und Endmodul 16 mit den
Montagebohrungen 18b ausgestattet. Die komplette Einheit
1a wird z. B. auf einem Türpfosten
montiert. Wobei der Betätiger 12,
oder 12a oder 12b so an der Tür befestigt ist, dass der Betätiger in
die Einführöffnung 19 eingeführt werden
kann.
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Beispiel für einen möglichen Einsatz:
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Zu
Wartungszwecken ist der Zutritt zu einer Taumelmischanlage erforderlich.
Dabei kann der Zustritt über
einen Sicherheitsschalter abgesichert sein. Die Taumelmischabdeckung
könnte über ein
mechanisches Schlüsseltransfersystem
gesichert sein. Durch die Kombination eines Sicherheitsschalters und
eines Schlüsselmoduls
an der Zugangstüre
erhält
man einen Schlüssel,
der zur Öffnung
der Taumelmischabdeckung erforderlich ist. Erst nachdem dieser Schlüssel in
das zugehörende
Schlüsselmodul
eingesteckt wurde, erhält
man einen zweiten Schlüssel,
den man zu sich nimmt. Um die Maschine wieder in Betrieb setzen
zu können
ist es zwingend notwendig den Vorgang in umgekehrter Reihenfolge auszuführen. Zur
weiteren Absicherung könnte
auch ein Vorhängeschlossmodul
integriert werden. Systeme dieser Art werden u. a. benutzt um Zugänge von Maschinen und
Anlagen zu überwachen
und/oder abzusichern, bestimmte Handlungsreihenfolgen in der Bedienung
von (Haupt) Schalter, Erdungsschaltern, Ventile u. ä. zu erzwingen.
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Vorteile:
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Durch
seine Modulbauweise ist dieses System sehr flexibel und kann den
jeweiligen Anforderungen optimal angepasst werden. Durch Austauschen,
Umgruppieren oder durch Ergänzen
weiterer Module kann dieses System auch nachträglich geändert werden. Der Aufbau und
die Werkstoffwahl gewähren
eine sehr hohe Stabilität.
Durch die redundante Ausführung
der wesentlichen Teile reduziert sich der Verschleiß, gegenüber den
bisher bekannten Wettbewerbssystemen, um ca. 75% und steigert wesentlich
das Sicherheitsniveau.
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Der
hier beschriebene Aufbau ermöglicht
die Überwachung
mehrerer Zugänge
mit nur einem System.
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Durch
die mögliche
Kombination der Funktionen von Schalter- und Schlüsseltransfersystemen in einem
Sicherheitssystem, werden die verschiedenen Funktionen vorteilhaft
in einer Produktgruppe vereint. Diese Produktgruppe beinhaltet ebenfalls persönliche Schutzmaßnahmen
in Form von Vorhängschlossmodulen,
die mittels eines Vorhängeschlosses
gegen Betätigung
gesichert werden können.
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Das
erfindungsgemäße Sicherheitssystem ist
aus mehreren separaten Modulen aufgebaut, die alle mittels einem
gleichförmigen
Bajonettverschluss miteinander verbunden werden können. Die
Funktionen der Einzelmodulen sind unabhängig von den der anderen Modulen.
Die Gesamtfunktion wird erst durch den Zusammenbau zu einem System
definiert.
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Dadurch
kann das erfindungsgemäße System
an die verschiedenen anwendungsspezifischen Anforderungen angepasst
werden.
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Bestehende
Systeme können
in einfacher Art und Weise modifiziert werden.