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Die
Erfindung betrifft ein Schaltelement zur mechanischen Verbindung
mit einem Betätiger, wobei das Schaltelement einen Schaltmechanismus
zur Öffnung und/oder Schließung mindestens eines Stromkreises
in einem Gehäuse aufweist. Des Weiteren betrifft die Erfindung
ein Befehlsgerät, insbesondere Not-Aus-Befehlsgerät,
welches ein derartiges Schaltelement aufweist.
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Maschinen
und Anlagen werden standardmäßig mit sogenannten
Befehlsgeräten, insbesondere Not-Aus-Befehlsgerät,
zur Steuerung und Sicherheitskontrolle ausgestattet. Ein Not-Aus-Befehlsgerät erfüllt
die Funktion aufkommende oder bestehende Gefahren für Personen,
für die Maschine oder Anlage abzuwenden. Die operativen
Komponenten eines Not-Aus-Befehlsgeräts bestehen aus zwei
Komponenten, nämlich einem mechanischen Betätiger
und einem elektromechanischen Schaltelement mit mindestens einem Öffnerkontakt.
Gegebenenfalls weist das Not-Aus-Befehlsgerät zusätzlich
ein Halteelement auf, welches eine Installation in einer Schalttafel
oder an einer Maschine erlaubt.
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Aus
Sicherheitsgründen müssen die Not-Aus-Befehlsgeräte
die Normen ISO 13850 und IEC 60947-5-5 erfüllen.
Diese erfordern eine Verrastung des Befehlsgeräts, sollte
irgendeine Handlung mit dem Not-Aus-Betätiger, der in der
Regel als roter Pilzkopf ausgebildet ist, ausgeführt werden.
Jede nur erdenkliche Handlung mit dem Not-Aus-Betätiger muss
zu einer Aktivierung des Schaltmechanismus im Schaltelement führen.
Die Verrastung stellt hierbei das sichere Verbleiben des Not-Aus-Befehlsgeräts im
jeweiligen Schaltzustand sicher.
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Derzeit
ist es üblich, den Verrastmechanismus und die Vorrichtung
zur Überlistsicherheit des Befehlsgeräts im Betätiger
desselben anzuordnen. Dies ist mit nicht unbeträchtlichem konstruktivem
und gerätetechnischem Aufwand verbunden. Problematisch
ist hierbei das im Vergleich zu anderen Betätigern sehr
große Volumen des Not-Aus-Betätigers. Auf einer
Schalttafel beispielsweise führt dies dazu, dass im Vergleich
zu anderen Betätigern und Schalthebeln ein uneinheitlicher
Eindruck entsteht und somit der Benutzer verwirrt oder behindert
werden kann.
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Aus
DE 10 2005 010 661
B4 ist ein Not-Aus-Schalter bekannt, der aus einem Betätiger und
einem Schaltelement besteht, bei dem die Vorrichtung zur Überlistsicherheit
und der Verrastmechanismus im Betätiger integriert werden
müssen.
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Aufgabe
der vorliegenden Erfindung ist es, ein Schaltelement und ein Befehlsgerät
anzugeben, die bei der Einhaltung der gleichen Sicherheitsstandards
einen weniger voluminösen Betätiger erlauben.
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Die
Aufgabe wird durch ein Schaltelement der eingangs genannten Art
gelöst, wobei innerhalb des Gehäuses des Schaltelements
ein Verrastmechanismus zur Verrastung des Schaltmechanismus vorgesehen
ist. Die Aufgabe wird weiter gelöst durch ein Befehlsgerät,
welches ein Schaltelement dieser Art aufweist.
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Die
Funktionsweise des Schaltelements basiert auf einem Schaltmechanismus
mit einem Schaltkontakt, der zur Öffnung und Schließung
eines Stromkreises oder mehrerer Stromkreise vorgesehen ist. Der
Schaltmechanismus ist in einem Gehäuse untergebracht, welches
zur mechanischen Verbindung mit einem Betätiger, nämlich
mit dessen bewegbaren Teilen, vorgesehen ist. Innerhalb des Gehäuses
des Schaltelements ist ein Verrastmechanismus vorgesehen. Zum Verrastmechanismus
gehört zum einen der Verriegelungsbolzen, der die Betätigungskraft,
die vom Betätiger über den Stößel
weitergeleitet wird, weiter in das Innere des Schaltelements überträgt.
Der Verriegelungsbolzen kann durch den oder die Rastschieber in
seiner jeweiligen Position, die einem Schaltzustand des Befehlsgeräts entspricht,
verriegelt werden. Der Rastschieber gehört genau wie auch
das oder die Verrastelemente sowie deren Federn zum Verrastmechanismus
hinzu. Der Rastschieber ist innerhalb des Schaltelements zur linearen
Bewegung in Richtung und in Gegenrichtung der Betätigungsbewegung,
also entlang der Betätigungsachse, vorgesehen. Die eigentliche
Verrastung wird durch ein Verrastelement bewerkstelligt, welches
die Bewegung des Rastschiebers durch eine Verankerung mit einem
anderen feststehenden Bauteil des Schaltelements bewerkstelligt.
Hierbei wird das Verrastelement mittels einer Feder in eine feststellende
Position gebracht, so dass eine Bewegung des Rastschiebers unterbunden
wird.
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Vorteilhafterweise
kann das Verrastelement und dessen Feder entweder im Rastschieber
untergebracht sein oder im feststehenden Teil des Schaltelements.
Ist das Rastelement und dessen Feder im Rastschieber untergebracht,
so nimmt es an einer Bewegung entlang der Betätigungsachse
teil. Bei voluminösen Rastschiebern kann sich dies platzsparend
auswirken.
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Vorteilhafterweise
weist der Verrastmechanismus wenigstens einen Rastschieber mit wenigstens
einer ersten Ausnehmung und einer zweiten Ausnehmung auf. Das Verrastelement
und dessen Feder sind hierbei in einem feststehenden Teil des Schaltelements
untergebracht und führen aufgrund der vorantreibenden Kraft
der Feder zu einer Verankerung, falls die erste oder zweite Ausnehmung
vor das Verrastelement bewegt wird. Die Feder treibt das Verrastelement
in die Ausnehmung hinein und verankert somit den Rastschieber mit
dem feststehenden Teil des Schaltelements. Die Anzahl der Ausnehmungen
entspricht der Anzahl der möglichen Schaltzustände
des Befehlsgeräts oder einem Vielfachen davon. Die Ausnehmungen
sind hier vorteilhafterweise der Form des Verrastelements, welches
kugelförmig, zylinderförmig oder quaderförmig
sein kann, angepasst. Eine rundliche Ausgestaltung des Verrastelements
ist insofern vorteilhaft, da eine Entriegelung einfacher, d. h.
mit weniger Reibung, zu bewerkstelligen ist. Eine ungewollte Verkeilung
wird dadurch ebenfalls verhindert.
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Vorteilhafterweise
weist das Schaltelement eine Vorrichtung zur Überlistsicherheit
auf. Diese Vorrichtung beinhaltet einen Energiespeicher, beispielsweise
in Form einer Speicherfeder, die die Bewegungsenergie der Betätigungsbewegung
in Verformungsenergie umwandelt. Bei der Vorrichtung zur Überlistsicherheit
können zwei Phasen unterschieden werden, zum einen die
Phase der Energiespeicherung in der Speicherfeder und zum anderen
die eigentliche Auslösephase. Sobald die Speicherfeder ausreichend
Energie für eine Betätigung des Schaltmechanismus
des Schaltelements gespeichert hat, wird mit der zweiten Phase,
nämlich der Auslösung des Schaltmechanismus, begonnen.
Die Speicherfeder fungiert als Energiespeicher, der es ermöglicht, dem
Benutzer die eigentliche Betätigung des Schaltmechanismus
ab einem gewissen Betätigungsgrad aus der Hand zu nehmen.
Dies hat zur Folge, dass der Benutzer, wenn er einmal den Betätiger über
die erste Phase hinausbewegt hat, das Öffnen des Schaltkontaktes
nicht mehr verhindern kann.
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Vorteilhafterweise
ist die Speicherfeder zwischen dem Verriegelungsbolzen und einem
Haltestück eingespannt, wobei das Haltestück mechanisch
mit dem Rastschieber, gegebenenfalls auch einstückig, verbunden
ist.
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Vorteilhafterweise
sind beide Sicherheitsfunktionen, die Vorrichtung zur Überlistsicherheit
und der Verrastmechanismus, im Schaltelement untergebracht und müssen
nicht aufwändig im Betätiger integriert werden.
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Vorteilhafterweise
ist der Betätiger eines erfindungsgemäßen
Befehlsgerätes mit wenig Aufwand herzustellen. Es muss
lediglich dafür gesorgt werden, dass die Kraftübertragung
der Betätigungsbewegung optimal auf den Verriegelungsbolzen
wirken kann. Hierbei könnte vorteilhafterweise der Stößel
des Betätigers formschlüssig oder zur Kraftübertragung
entlang der Betätigungsachse vorgesehen sein. Der konstruktive
und gerätetechnische Aufwand des Befehlsgeräts
wird folglich wesent lich verringert, da der Aufbau des Betätigers
nur noch dem eines Standarddrucktasters, z. B. eines Standard-Pilzdrucktasters
oder einem Pilzdrucktaster mit höherer mechanischer Festigkeit
des Pilzkopfes, entspricht.
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Das
nun zur Verfügung stehende Einbauvolumen im Befehlsgerät
kann vorteilhafterweise auch für andere Funktionen benutzt
werden, wie z. B. zur Beleuchtung des Betätigers, für
eine mechanische Anzeige der Schaltstellung, der Erzeugung eines akustischen
Signals oder einer Schlüsselentriegelung.
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Vorteilhafterweise
werden die üblichen Entriegelungsarten der Drehentriegelung
und der Zugentriegelung nach wie vor unterstützt, wobei
mehr Raum für die mechanischen Teile im Betätiger
zur Verfügung steht.
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Vorteilhafterweise
kann durch die Konzentration der Sicherheitsmechanismen im Schaltelement eine
erhebliche Variantenreduzierung im Produktspektrum vorgenommen werden,
indem bereits herkömmliche Standard-Pilzdrucktaster nun
auch für Befehlsgeräte, insbesondere Not-Aus-Anwendungen,
in Verbindung mit dem erfindungsgemäßen Schaltelement
eingesetzt werden können.
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Weitere
vorteilhafte Ausbildungen und bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung
sind der Figurenbeschreibung und/oder den Unteransprüchen zu
entnehmen.
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Im
Folgenden wird die Erfindung anhand der in den Figuren dargestellten
Ausführungsbeispiele naher beschrieben und erläutert.
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Es
zeigen:
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1 eine
geschnittene Ansicht eines Not-Aus-Befehlsgeräts im unbetätigten
Zustand,
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2 eine
geschnittene Ansicht des Not-Aus-Befehlsgeräts aus 1 während
des Betätigungsvorgangs und
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3 eine
geschnittene Ansicht des Not-Aus-Befehlsgeräts aus 1 im
betätigten Zustand.
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1 zeigt
eine geschnittene Ansicht eines Not-Aus-Befehlsgeräts im
unbetätigten Zustand. Das Not-Aus-Befehlsgerät
besteht aus einem Betätiger 1 und einem Schaltelement 2,
sowie einem Halteelement, welches in der Figur nicht abgebildet
ist. Der Betätiger 1 mit dem Pilzkopf 5 weist
einen Stößel 4 auf, der die Betätigungsbewegung
des Pilzkopfes 5 auf den Verriegelungsbolzen 11 des
Schaltelements 2 weiterleitet.
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Der
Betätiger 1 ist dazu vorgesehen, auf das Schaltelement 2 gesteckt
zu werden. Beim Aufsteckvorgang des Betätigers 1 verschnappen
die Schnapphaken 13 der an den Verriegelungsbolzen 11 angeformten
Kopplungsbolzen 12. Zur Stabilisierung liegt der Betätiger 1 auf
der Anlagefläche 20 des Schaltelements 2 an.
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Der
Schaltkontakt, der zur Öffnung und Schließung
des zu steuernden Stromkreises vorgesehen ist, ist in der Figur
nicht abgebildet. Allerdings stellt der Rastschieber 14 einen
Teil des Schaltmechanismus dar. In Abhängigkeit von seiner
Position befindet sich das Not-Aus-Befehlsgerät im betätigten oder
unbetätigten Zustand bzw. der Schaltkontakt ist geöffnet
oder geschlossen.
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Die
Vorrichtung zur Überlistsicherheit beinhaltet unter anderen
Bauteilen die Speicherfeder 10, sowie das Haltestück 25,
welches mit dem Rastschieber 14 mechanisch verbunden ist.
Die Verbindung zwischen dem Rastschieber 14 und dem Haltestück 25 befindet
sich nicht in der Schnittebene und kann daher in den Figuren nicht
eingesehen werden. Die Verbindung kann gegebenenfalls einstückig
ausgeführt sein, damit die Bauteilanzahl gering bleibt.
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Der
Verrastmechanismus beinhaltet die Verrastelemente 15, die
als Verrastkugeln 15 ausgeführt sind. Die Verrastkugeln 15 werden
von Federn 16 angetrieben, die eine Feststellung/Ver rastung
des Rastschiebers 14 erzwingen, indem die Verrastkugeln 15 in
erste Ausnehmungen 17 oder in zweite Ausnehmungen 18 des
Rastschiebers 14 gedrückt werden. Die Positionierung
der Verrastkugeln 15 in den Ausnehmungen 17, 18 entspricht
einem Schaltzustand des Not-Aus-Befehlsgeräts. Die Einlagerung
der Verrastkugeln 15 in der zweiten Ausnehmung 18 stellt beispielsweise
eine Verrastung des unbetätigten Zustands dar.
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In
diesem Ausführungsbeispiel sind die Verrastkugeln 15 und
deren Federn 16 in einem feststehenden Teil des Schaltelements 2 angeordnet.
Denkbar ist auch eine Anordnung dieser Bauteile im Verriegelungsbolzen.
Hierbei würden die Federn und die Verrastkugeln einer Betätigungsbewegung
folgen. Die Ausnehmungen würden in diesem Fall in einem feststehenden
Bauteil angeordnet sein.
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Vorteilhafterweise
sind die Sicherheitsfunktionen im Schaltelement 2 untergebracht,
so dass im Betätiger 1 genügend Spielraum
für zusätzliche Funktionen oder eine Reduzierung
des Umfangs zusätzliche Designfreiheit besteht.
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In
der ersten Betätigungsphase durch den Benutzer wird die
Kraft vom Pilzkopf 5 über den Stößel 4 auf
den Verrastbolzen 11 übertragen, der letztendlich
die Kraft zunächst als Bewegungsenergie in der Speicherfeder 10 zwischenspeichert.
Hierbei bleiben das Haltestück 25 und auch der
Rastschieber 14 zunächst lokalisiert, wie es in 1 gezeigt
ist. Sobald genügend gespeicherte Energie in der Speicherfeder 10 vorhanden
ist, bewegt sich das Haltestück 25 zusammen mit
dem Rastschieber 14 in eine neue Position und aktiviert
dabei den Schaltmechanismus des Schaltelements 2, womit
der verbundene Stromkreis des Öffnerkontakts unterbrochen
wird.
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2 zeigt
eine geschnittene Ansicht des Not-Aus-Befehlsgeräts aus 1 während
des Betätigungsvorgangs.
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Die
Speicherfeder 10 überträgt nun die in
ihr gespeicherte Energie auf den nicht abgebildeten Schaltmechanismus
des Schaltelements 2. Dies wird durch eine Bewegung des
Haltestücks 25 zusammen mit einer Bewegung des
Rastschiebers 14 bewerkstelligt, die beide mit dem Schaltmechanismus
mechanisch gekoppelt sind.
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Während
dieses Übergangs befindet sich das Not-Aus-Befehlsgerät
in keinem definierten Zustand (der Stromkreis ist aber noch geschlossen). Die
Verrastkugeln 15 liegen in keiner der Ausnehmungen 17, 18 ein.
Somit wirkt die Verrastung während des Übergangs
nicht der Überlistsicherheit entgegen. Sobald das Haltestück 25 bzw.
der Rastschieber 14 die vorgesehene Position für
die Unterbrechung des Stromkreises eingenommen haben, wird der Rastschieber 14 in
dieser Position durch die Einlagerung der Verrastkugeln 15 in
den Ausnehmungen 17 verrastet.
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3 zeigt
eine geschnittene Ansicht des Not-Aus-Befehlsgeräts aus 1 im
betätigten Zustand.
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Haltestück 25 bzw.
der Rastschieber 14 haben die Position für eine Öffnung
des Öffnerkontakts erreicht. Eine Verrastung im betätigten
Zustand hat stattgefunden. Das Not-Aus-Befehlsgerät hat
den Stromkreis erfolgreich geöffnet.
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Zur
Rücksetzung des Not-Aus-Befehlsgeräts gibt es
im Wesentlichen zwei Varianten:
- a) Eine zusätzliche
formschlüssige Verbindung des Verriegelungsbolzens 11 mit
dem Rastschieber 14 für die entgegengesetzte Betätigungsrichtung
sorgt für eine Rücksetzung des Not-Aus-Befehlsgeräts.
Der Formschluss wird in diesem Ausführungsbeispiel durch
eine T-förmige Ausgestaltung des einen Endes des Verriegelungsbolzens 11 bewerkstelligt,
der den Rastschieber 14 in die Unbetätigte-Stellung
zurücksetzen kann, vorausgesetzt, der Benutzer betätigt
den Pilzkopf 5 in entgegen gesetzter Betätigungsrichtung.
- b) Eine weitere Option der Rücksetzung (hier nicht
gezeigt) basiert nicht auf einer in beide Richtungen wirkenden formschlüssigen
Verbindung, sondern wird durch eine nochmalige Betätigung des
Betätigers in Betätigungsrichtung hervorgerufen.
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Zusammenfassend
betrifft die Erfindung ein Schaltelement zur mechanischen Verbindung
mit einem Betätiger, wobei das Schaltelement ein Schaltmechanismus
zur Öffnung und Schließung mindestens eines Stromkreises
in einem Gehäuse aufweist. Problematisch ist der hohe Platzbedarf
eines derartigen Befehlsgeräts, insbesondere Not-Aus-Befehlsgeräts,
zumal die Vorrichtung der Überlistsicherheit und der Verrastmechanismus
einen verhältnismäßig großen
Raum einnehmen. Ziel der Erfindung ist es, den Platzverbrauch im
Betätiger zu reduzieren und Raum für andere Funktionen
bereit zu stellen. Hierfür wird innerhalb des Gehäuses
des Schaltelements ein Verrastmechanismus und vorteilhafterweise
auch eine Vorrichtung zur Überlistsicherheit vorgesehen.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen
Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt
keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
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Zitierte Patentliteratur
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- - DE 102005010661
B4 [0005]
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Zitierte Nicht-Patentliteratur
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- - Normen ISO
13850 [0003]
- - IEC 60947-5-5 [0003]