Sicherheitseinrichtung zur Erfassung eines Objekts in einem Arbeitsbereich eines Bearbeitungswerkzeugs

Die Erfindung betrifft eine Sicherheitseinrichtung zur Erfassung eines Objekts in einem Arbeitsbereich eines insbesondere handbetätigbaren Bearbeitungswerkzeugs mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Patentanspruchs 1 .

Ein derartiges Bearbeitungswerkzeug umfasst dabei eine Antriebseinheit zur Verstellung eines Werkzeugs aus einer Ausgangsposition in eine Arbeitsposition. Ein Stellglied der Antriebseinheit ist zur Verstellung des Werkzeugs in Stellrichtung zur Arbeitsposition verfahrbar. An der Arbeitsposition befindet sich häufig ein zweites Werkzeugteil, beispielsweise eine Matrize, gegen die ein als Stempel ausgebildetes Werkzeug verfährt. Bei dem Bearbeitungswerkzeug handelt es sich insbesondere um ein Werkzeug, mit dem ein Befestigungselement in einem Werkstück befestigt wird, insbesondere eingepresst wird. Bei dem Befestigungselement handelt es sich beispielsweise um einen Niet, einen Einpressbolzen oder auch eine Einpressmutter. Bei handbetätigbaren Bearbeitungswerkzeugen erfolgt keine vollautomatische Durchführung des Prozesses zum Befestigen des Befestigungselements am Werkstück. Vielmehr ist eine manuelle Interaktion beispielsweise zur Einführung und Positionierung des Werkstücks erforderlich.

Um bei derartigen Bearbeitungswerkzeugen eine Verletzung und Gefährdung der Bedienperson zu vermeiden, sind regelmäßig Sicherheitseinrichtungen erforderlich. Übliche Schutzmaßnahmen sehen beispielsweise eine Schutztür oder auch einen Lichtvorhang und/oder einen sogenannten Zwei-Hand-Taster vor. Letzterer erfordert also eine Auslösung des Arbeitsprozesses mit beiden Händen, um zu gewährleisten, dass sich die Hände nicht im Arbeitsbereich befinden. Derartige Sicherheitseinrichtungen sind jedoch aufwendig. Zudem müssen die Werkstücke/Bauteile über spezielle Halterungen zusätzlich gehalten werden. Aus der DE 698 13 759 T2 ist eine Sicherheitseinrichtung zu entnehmen, bei der frontseitig am Stellglied ein Kopf gelagert ist, welcher bei Kontakt mit einem Objekt im Arbeitsbereich in axialer Richtung relativ zum Stellglied verschiebbar ist. Ergänzend ist weiterhin ein optischer Pfad zwischen dem Stellglied und dem Kopf ausgebildet, über den ein Lichtsignal geleitet wird. Im Falle des Vorhandenseins eines Objekts im Arbeitsbereich verschiebt sich der Kopf in Richtung zum Stellglied und verschließt den optischen Pfad, so dass dies ein Signal auslöst, wodurch ein Objekt erkennbar ist.

Ausgehend hiervon liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine verbesserte und zuverlässig arbeitende Sicherheitseinrichtung für insbesondere handbetätig- bare Bearbeitungswerkzeuge anzugeben.

Die Aufgabe wird gemäß der Erfindung gelöst durch eine Sicherheitseinrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 . Bevorzugte Weiterbildungen sind in den Unteransprüchen enthalten.

Die Sicherheitseinrichtung dient zur Erfassung eines Objekts in einem Arbeitsbereich eines insbesondere handbetätigbaren Bearbeitungswerkzeugs, welches insbesondere als Setzgerät zum Befestigen und Einpressen eines Verbindungselements in ein Bauteil ausgebildet ist. Das Bearbeitungswerkzeug umfasst hierbei eine Antriebseinheit zur Verstellung eines Werkzeugs in Stellrichtung aus einer Ausgangsposition in eine Arbeitsposition sowie ein Stellglied, welches zur Verstellung des Werkzeuges ausgebildet ist. Die Stellrichtung ist üblicherweise eine Axialrichtung. Bei diesem Stellglied handelt es sich dabei beispielsweise um eine Antriebsstange, insbesondere eine Gewindespindel eines Antriebsmotors, insbesondere eines Elektromotors. Bei dem Stellglied kann es sich alternativ auch um einen Hubkolben eines hydraulischen oder pneumatischen Antriebs handeln oder auch um ein sonstiges Stellglied, beispielsweise eines Linearantriebs. Endseitig am Stellglied ist weiterhin ein federnd gelagerter Kopf angeordnet, welcher auch als Stößel bezeichnet wird und an dem das Werkzeug, beispielsweise ein Setzoder Einpresswerkzeug, befestigbar ist. Zur sicheren und zuverlässigen Detektion eines Objekts im Arbeitsbereich des Bearbeitungswerkzeugs ist zumindest ein Erfassungssystem vorgesehen, welches zur Erfassung einer Relativverschiebung zwischen dem Kopf und dem Stellglied ausgebildet ist, wobei das Erfassungssystem eine derartige Relativverschiebung als Vorliegen eines Objekts im Arbeitsbereich wertet.

Allgemein ist das Stellglied mit dem Kopf verbunden, so dass eine Stellbewegung des Stellglieds auf den Kopf übertragen wird. Der Kopf ist dabei vorzugsweise über ein Federelement, beispielsweise eine Schraubenfeder, am Stellglied federnd gelagert. Bei einer normalen Stellbewegung, hervorgerufen durch den Antriebsmotor, wird daher das Stellglied und synchron hierzu auch der Kopf in Stellrichtung versetzt und es tritt keine Relativverschiebung zwischen Kopf und Stellglied auf. Erst wenn der Kopf auf einen Gegenstand trifft, wird der Kopf gegenläufig zum Stellglied verschoben, was zu der Relativverschiebung führt.

Bei Erkennung einer derartigen Relativverschiebung erfolgt weiterhin vorzugsweise zugleich ein Abgleich mit der aktuellen Position des Stellgliedes, ob sich dieses also bereits schon in der Arbeitsposition befindet, in der beispielsweise das Setzen des Befestigungselements erfolgt. In diesem Fall wird dies als normaler Ar- beitsprozess identifiziert. Wird jedoch eine Relativverschiebung bereits vor Erreichen der Arbeitsposition detektiert, so wird dies als das Vorhandensein eines Störobjekts, wie beispielsweise die menschliche Hand, gewertet und es wird eine Sicherheitsmaßnahme veranlasst, insbesondere zumindest ein Stoppen und/oder Zurückfahren des Stellglieds veranlasst. Durch das Erfassen der Relativverschiebung wird daher zuverlässig erkannt, ob ein Objekt im Arbeitsbereich vorhanden ist.

Bei dem Erfassungssystem handelt es sich dabei wahlweise um ein erstes Erfassungssystem oder ein zweites Erfassungssystem. Das erste Erfassungssystem dient zur Ermittlung einer Positionsinformation des Kopfes sowie weiterhin zur Ermittlung einer Positionsinformation des Stellgliedes und wertet diese Positionsinformationen im Hinblick auf eine eventuelle Relativverschiebung aus. Es werden daher mit dem ersten Erfassungssystem zwei Positionsinformationen unabhängig voneinander erfasst und miteinander verglichen. Ein besonderer Vorteil hierbei ist darin zu sehen, dass zumindest für die Positionsinformation des Stellgliedes auf sowieso vorhandene Positionsinformationen zurückgegriffen werden kann, die vom Antrieb geliefert werden.

Alternativ ist das Erfassungssystem als ein zweites Erfassungssystem ausgebildet, welches eine Schaltanordnung umfasst, welche bei einer Relativverschiebung zwischen Stellglied und Kopf mechanisch betätigt und ausgelöst wird und dabei ein Schaltsignal generiert, welches wiederum als Indiz für das Vorhandensein eines Objekts im Arbeitsbereich gewertet wird. Auf diese Weise wird eine zuverlässige Detektierung eines Objekts im Arbeitsbereich gewährleistet.

Unter mechanischer Betätigung der Schaltanordnung wird hierbei verstanden, dass durch die Relativverschiebung ein Schaltelement mechanisch verschoben wird, so dass ein Schalter mechanisch ausgelöst wird.

In besonders bevorzugter Ausgestaltung sind beide Erfassungssysteme parallel nebeneinander ausgebildet und dienen jeweils unabhängig voneinander zur Erkennung des Objekts im Arbeitsbereich dienen. Dadurch ist eine redundante Ausgestaltung und damit eine zuverlässige Identifizierung gewährleistet. Insgesamt sind dadurch zwei unterschiedliche mechanische Messstrecken geschaffen, so dass bei Ausfall des einen Systems weiterhin die Funktionsfähigkeit gewährleistet ist.

Zweckdienlicherweise ist dabei das erste Erfassungssystem zur Ermittlung eines Verstellweges des Kopfes ausgebildet und umfasst hierzu eine Messeinrichtung zur Messung eines Abstands zwischen einer Referenzebene oder Referenzpunkt und einer mit dem Kopf mechanisch verbundenen Messebene oder Messpunkt. Bei der Messeinrichtung handelt es sich dabei bevorzugt um eine optische Messeinrichtung.

Ergänzend wird vorzugsweise auch ein Verstellweg des Stellgliedes als Positionsinformation erfasst. Für die Messung des Abstandes zwischen dem Referenzpunkt und dem Kopf ist der Kopf endseitig an einem ersten insbesondere als Schubelement ausgebildeten Übertragungselement angeordnet. Dieses erste Überertragungselement ist dabei durch das Stellglied insbesondere konzentrisch hindurchgeführt oder an diesem geführt. Gegenüberliegend zum Kopf, insbesondere am gegenüberliegenden Ende des ersten Übertragungselements, ist die Messebene für die Abstandsmessung ausgebildet. Diese Messebene ist dabei insbesondere als optischer Reflektor ausgebildet. Der Messenebene ist daher an dem dem Kopf gegenüberliegenden Ende des Stellglieds aus diesem heraustretend angeordnet. Dadurch ist ein vergleichsweise konstruktiv einfacher Aufbau erzielt. Das erste Übertragsungselement ist dabei mit dem Kopf vorzugsweise mechanisch steif und fest verbunden, so dass also eine Bewegung des Kopfes direkt und unmittelbar zu einer Bewegung der Messebene in oder entgegen der Stellrichtung führt.

Bei der Messung des Verstellweges wird daher auf der einen Seite kontinuierlich der vom Kopf zurückgelegte Verstellweg mit dem von dem Stellglied zurückgelegten Verstellweg verglichen. Im normalen Arbeitsbetrieb, wenn also kein Objekt im Arbeitsbereich vorliegt, sind diese beiden Verstellwege identisch. Liegt ein Objekt im Arbeitsbereich vor, so führt dies zu Unterschieden in den beiden Verstellwegen, was als Relativverschiebung ausgewertet wird.

Im Hinblick auf eine möglichst einfache Ausgestaltung ist das erste Erfassungssystem weiterhin zur Ermittlung der Positionsinformation des Stellglieds anhand von Kenndaten des Antriebes ausgebildet. Es wird daher auf sowieso vorhandene Informationen des Antriebs zurückgegriffen. Hierzu ist in zweckdienlicher Ausgestaltung ein Messwertaufnehmer angeordnet, über den die Positionsinformation und insbesondere der Verstellweg des Stellglieds erfasst werden. Bei dem Messwertaufnehmer handelt es sich - je nach Antriebsart - beispielsweise um einen Messwertaufnehmer für eine Drehwinkelmessung, z.B. eines Spindelelements eines Spindelantriebs. Alternativ handelt es sich um einen Linearmesswert- aufnehmer im Falle eines Linearantriebs, wie beispielsweise ein pneumatischer/hydraulischer Antrieb mit einem Hubkolben. Bei dem Stellglied handelt es sich allgemein vorzugsweise um ein Hohlrohr, insbesondere eine Gewindespindel beispielsweise eines Elektroantriebs. Alternativ kann es sich auch um ein Kolbenrohr oder ein sonstiges Hohlrohr eines Antriebs handeln, welches in axialer Richtung versetzt wird. In diesem Hohlrohr ist vorzugsweise nunmehr das erste Übertragungselement insbesondere konzentrisch geführt. Hierdurch ist ein insgesamt kompakter Aufbau erreicht.

Im Hinblick auf das zweite Erfassungssystem mit der Schaltanordnung ist ein mit dem Kopf zumindest mittelbar mechanisch verbundenes Übertragungsglied ausgebildet, welches in Axialrichtung ortsfest bezüglich des Stellglieds angeordnet ist und welches bei einer Relativverschiebung zwischen Kopf und Stellglied eine Linearbewegung des Kopfes in einen insbesondere radialen Schaltweg zur Auslösung des Schaltsignals wandelt. Durch die einerseits in Stell- oder Axialrichtung ortsfeste Lagerung des Übertragungsglieds am Stellglied und andererseits der mechanischen Wirkverbindung des Übertragungsglieds mit dem Kopf wird gewährleistet, dass bei einer normalen Bewegung ohne Relativverschiebung das Übertragungsglied nicht bewegt ist. Erst bei einer Relativverschiebung zwischen Kopf und Stellglied wird eine Bewegung des Übertragungsglieds veranlasst, um das Schaltsignal auszulösen.

Das Übertragungsglied ist hierzu zweckdienlicherweise radial verschieblich gelagert, vorzugsweise in einer radialen Aussparung beispielsweise in einem hinteren Endbereich des Stellglieds. Ein Schalten wird wahlweise direkt durch das Übertragungsglied oder mittelbar über ein weiteres Schaltelement veranlasst.

In zweckdienlicher Ausgestaltung umfasst die Schaltanordnung weiterhin eine sich in Stellrichtung erstreckende Schaltleiste, welche in Stellrichtung ortsfest neben dem Stellglied angeordnet ist. Das Stellglied verfährt daher bei einer Stellbewegung relativ zur Schaltleiste. Die Schaltleiste erlaubt über den gesamten Stellweg, über den das Stellglied verfahrbar ist, ein Schalten. Mit der ortsfesten Anordnung der Schaltleiste ist der besondere Vorteil verbunden, dass sich diese bei der nor- malen Stellbewegung nicht mit bewegt, so dass Signaldrähte zur Übermittlung des Schaltsignales beim Arbeitsprozess nicht bewegt werden.

In zweckdienlicher Weiterbildung umfasst die Schaltanordnung als Schaltelement weiterhin eine Schaltrolle, welche bei einer Relativbewegung des Stellglieds relativ zur Schaltleiste an dieser abrollen kann. Hierdurch wird im Normalbetrieb die Beanspruchung der Schaltleiste gering gehalten.

Zweckdienlicherweise ist weiterhin der Kopf über ein zweites Übertragungselement mit der Schaltanordnung verbunden. Auch dieses zweite Übertragungselement ist vorzugsweise im oder auch am Stellglied geführt. In zweckdienlicher Ausgestaltung sind daher die beiden Übertragungselemente, welche vorzugsweise nach Art von stangenförmigen Elementen ausgebildet sind, in oder zumindest am Stellglied geführt. Bei zumindest einem Übertragungselement, insbesondere dem zweiten Übertragungselement, handelt es sich vorzugsweise um ein Rohr, in dem das erste Übertragungselement geführt ist. Bei diesem handelt es sich wahlweise um ein Rohr oder um eine Stange.

Die beiden Übertragungselemente sind jeweils mit dem Kopf verbunden, allerdings sind sie hierbei nicht unmittelbar mechanisch miteinander gekoppelt, so dass zwei unabhängig voneinander wirksame Übertragungsstrecken für die beiden Erfassungssysteme ausgebildet sind. Die beiden Übertragungselemente sind relativ zueinander verschieblich angeordnet. Insbesondere ist das zweite Übertragungselement nicht mechanisch steif mit dem Kopf verbunden, sondern lässt eine elastische Ausgleichsbewegung relativ zum Kopf zu.

Zweckdienlicherweise ist hierbei vorgesehen, dass das zweite Übertragungselement lediglich um einen (axialen) Schalthub relativverschieblich zum Stellglied gelagert ist. Nach Erreichen dieses Schalthubs ist also eine weitere Verschiebung relativ zum Stellglied nicht mehr möglich. Weiterhin ist der Schalthub kürzer als ein (axialer) Pufferweg, welcher durch den federnd gelagerten Kopf bereitgestellt wird. Der Kopf ist also über den Pufferweg hinweg relativverschieblich zum Stellglied gelagert. Ergänzend ist der Kopf auch federnd am zweiten Übertragungs- element gelagert. Dadurch wird daher ein gewisser Ausgleichs- oder Nachlaufweg bereitgestellt, welcher insbesondere durch die Differenz zwischen dem Schalthub und dem Pufferweg ausgebildet ist. Durch diese Ausgestaltung wird ein definierter Schalthub einerseits gewährleistet und gleichzeitig wird ein möglichst großer Pufferweg erzielt, welcher unabhängig von dem Schalthub ist. Durch einen möglichst großen Pufferweg, welcher beispielsweise im Bereich von 10 mm liegt, wird ein hoher Sicherheitspuffer erhalten, um eine Verletzung des Bedienpersonals durch einen möglichen Nachlaufweg auszuschließen. Durch den Pufferweg ist daher eine ausreichende Wegstrecke bereitgestellt, um rechtzeitig den Vorschub des Stellglieds abschalten zu können. Der axiale Schalthub beträgt hierbei üblicherweise ein Bruchteil und insbesondere weniger als 50% des Pufferwegs. Beispielsweise beträgt der Schalthub 2 mm.

Zur genauen Einstellung der Schaltanordnung, um also eine zuverlässige Auslösung des Schaltsignals zu gewährleisten, ist am zweiten Übertragungselement ein Einstellstück befestigt, dessen Axialposition bezüglich des zweiten Übertragungselements einstellbar ist. Insbesondere ist hierzu das Einstellstück am Übertragungselement einschraubbar. Weiterhin wirkt das Einstellstück mit dem Übertragungsglied zusammen, welches letztendlich auf die Schaltrolle zur Auslösung des Schaltsignals einwirkt.

Zweckdienlicherweise ist am Einstellstück dabei weiterhin ein Anschlag zur Begrenzung des axialen Schalthubs angeordnet.

Zweckdienlicherweise ist weiterhin das Übertragungsglied als eine Kipphebelmechanik ausgebildet, welche insbesondere mit dem Einstellstück verbunden ist und ergänzend zusätzlich ein Schubstück umfasst, welches direkt oder über das insbesondere als Schaltrolle ausgebildete Schaltelement auf die Schaltleiste einwirkt.

Hierdurch ist eine einfache Umlenkung der Linearbewegung des zweiten Übertragungselements in die Radialbewegung zur Auslösung des Schaltsignals ermöglicht. Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachfolgend anhand der Figuren näher erläutert. Diese zeigen jeweils in teilweise vereinfachten Darstellungen:

Fig. 1 ein handbetätigbares Bearbeitungswerkszeug in einer ausschnittsweisen schematischen Seitendarstellung,

Fig. 2a eine ausschnittsweise Schnittdarstellung eines Bearbeitungswerkzeugs im Bereich eines Stellglieds zur Erläuterung der Sicherheitseinrichtung, wobei sich das Stellglied in einer Grundstellung befindet,

Fig. 2b die Darstellung gemäß Fig. 2a, wobei sich das Stellglied in einer in

Axialrichtung verschobenen Position befindet,

Fig. 2c eine Darstellung gemäß den Fig. 2a,2b, wobei ein am Stellglied federnd gelagerter Kopf auf ein Objekt auf getroffen ist,

Fig. 3a eine vergrößerte Darstellung des mit einem Kreis C gekennzeichneten Bereichs in Fig. 2a zur Erläuterung des zweiten Erfassungssystems mit der Schaltanordnung, sowie

Fig. 3b eine vergrößerte Darstellung des mit dem Kreis D gekennzeichneten

Bereichs in der Fig.2c.

In den Figuren sind gleich wirkende Teile mit den gleichen Bezugszeichen versehen.

Ein in der Fig. 1 dargestelltes Bearbeitungswerkzeug 2 umfasst eine Halterung 4, an der eine Antriebseinheit 6 befestigt ist, welche ein in Stellrichtung verfahrbares Stellglied 8 aufweist. Die Stellrichtung ist im Ausführungsbeispiel hierbei durch eine Axialrichtung 10 gegeben. Endseitig ist am Stellglied 8 ein als Stößel 12 bezeichneter Kopf angeordnet, welcher relativverschieblich zum Stellglied 8 federnd mit Hilfe eines ersten Federelements 14 gelagert ist. Der Stößel 12 ist dabei über einen axialen Pufferweg x1 (vgl. hierzu Fig. 2b) verschieblich gelagert.

Am Stößel 12 ist ein Werkzeug 1 6 befestigt. Bei diesem handelt es sich vorzugsweise um ein Setz- oder Einpresswerkzeug zum Setzen oder Einpressen eines Verbindungselements, wie beispielweise ein Niet-, ein Einpressbolzen oder eine Einpressmutter. Die Ausgestaltung des Werkzeugs 1 6 ist jedoch nicht auf ein derartiges Setz- oder Einpresswerkzeug beschränkt.

Im Ausführungsbeispiel ist in Axialrichtung 10 gegenüberliegend zum Werkzeug 10 ein weiteres als Matrize 18 ausgebildetes Werkzeugteil angeordnet, gegen die das Werkzeug 1 6 verfährt. Die Matrize 18 ist ebenfalls an der Halterung 4 gehalten. Die Halterung ist insbesondere - wie in der Fig. 1 dargestellt - nach Art eines C-Bügels ausgebildet, so dass eine möglichst gute Zugänglichkeit zu einem Arbeitsbereich 20 gegeben ist, welcher durch den Freiraum zwischen dem Werkzeug 1 6 und der Matrize 18 definiert ist. Dieser Arbeitsbereich 20 definiert zugleich einen Gefahrenbereich, da in diesen Arbeitsbereich 20 bei einem

handbetätigbaren Bearbeitungsfahrzeug 2 vom Bedienpersonal eingegriffen werden kann. Beispielhaft ist hierzu in der Fig. 1 eine Hand als (Stör-)Objekt 22 dargestellt Bei dem in Fig. 2 dargestellten Bearbeitungswerkzeug 2 handelt es sich insgesamt um ein handbetätigbares Bearbeitungswerkzeug, bei dem also manuelle Arbeitsschritte, beispielweise das Einlegen eines zu bearbeitenden Bauteils, vorgenommen werden.

Insbesondere bei derartigen handbetätigten Bearbeitungswerkzeugen 2 sind Sicherheitseinrichtungen erforderlich. Herkömmliche Sicherheitseinrichtungen wie beispielsweise Schutztüren, Zweihandschalter etc. sind üblicherweise aufwändig und definieren teilweise auch Störkonturen, die für den Arbeitsprozess hinderlich sein können. Nachfolgend werden im Zusammenhang mit den Fig. 2a, 2b, 2c sowie 3a, 3b zwei Erfassungssysteme E1 , E2 beschrieben, mit deren Hilfe eine Relativverschiebung zwischen dem Stößel 12 und dem Stellglied 8 zuverlässig und redundant identifiziert und als Vorhandensein eines Objekts 22 im Arbeitsbereich 20 gewertet wird. Vorzugsweise sind ergänzend keine weiteren Sicherheitsvorrichtungen, insbesondere keine Schutztüren etc. vorgesehen, um eine möglichst freie Zugänglichkeit und effiziente Bearbeitung zu ermöglichen.

Bei der Antriebseinheit 6 handelt es insbesondere um einen elektromotorischen Antrieb, vorzugsweise ein Direktantrieb ohne Getriebe umfassend einen Servo- Motor. Die Drehbewegung des Elektromotors wird bevorzugt direkt über einen Spindelmechanismus auf das Stellglied 8 übertragen. Das Stellglied 8 ist im Ausführungsbeispiel daher vorzugsweise als eine insbesondere hohle Spindelstange ausgebildet, welche mit Hilfe einer in Axialrichtung 10 ortsfest befestigten Spindelmutter 24 in Axialrichtung 10 verstellbar ist. In der Fig. 1 sowie der Fig. 2a ist hierbei eine Situation dargestellt, bei der das Stellglied 8 sich in einer Ausgangsposition befindet. Aus dieser wird das Stellglied 8 in Richtung zu der Matrize 1 8 in eine Arbeitsposition verfahren. Diese ist dabei insbesondere durch die Position der Matrize 18 definiert.

Zum Antrieb des Stellglieds 8 rotiert die Spindelmutter 24. Diese Drehbewegung wird über einen Messwertaufnehmer 26 erfasst. Dieser übermittelt ein entsprechendes Messsignal an eine hier nicht näher dargestellte Auswerteeinheit. Aus diesem Messsignal leitet die Auswerteeinheit eine Positionsinformation des Stellglieds 8 ab, ermittelt hierbei insbesondere einen absoluten Verstellweg V1 des Stellglieds 8.

Zur Erfassung der Relativverschiebung des Stößels 12 bezüglich des Stellglieds 8 sind für eine redundante Auslegung der Sicherheitseinrichtung mit den beiden Erfassungssystemen E1 , E2 zwei mechanische Übertragungsstrecken, also Übertragungsketten von mehreren mechanischen Gliedern ausgebildet, die grundsätzlich unabhängig voneinander wirksam sind.

Für das erste Erfassungssystem E1 ist hierzu der Stößel 12 mechanisch fest mit einem ersten Übertragungselement verbunden, welches im Ausführungsbeispiel als Schubstange 28 ausgebildet ist. Diese ist durch das als Hohlrohr geführte Stellglied 8 vollständig hindurchgeführt und tritt am oberen Ende des Stellglieds 8 aus diesem heraus. An diesem oberen Ende der Schubstange 28 ist ein verbreiterter Kopfbereich ausgebildet, welcher endseitig einen optischen Reflektor 30 umfasst, und damit eine Messebene festlegt. Zu diesem optischen Reflektor 30 zugehörig ist eine optische Messeinrichtung 32, die insbesondere durch einen optischen Messwertaufnehmer für eine Abstandsmessung ausgebildet ist. Hierbei handelt es sich insbesondere um einen messenden LED-Sensor, der permanent den Abstand zwischen einer Referenzebene 34 und der durch den optischen Re- flektor 30 gebildeten Messebene misst. Das Messsignal der Messeinrichtung 32 wird wiederum fortlaufend an die Auswerteeinheit übermittelt, in der aus den gemessenen Abstandswerten der von dem Stößel 12 zurückgelegte Verstellweg V2 ermittelt wird.

Weiterhin wird in der Auswerteeinheit der erste Verstellweg V1 des Stellglieds 8 dauernd mit dem zweiten Verstellweg V2 der Schubstange 28 und damit des Stößels 12 verglichen. Im Normalbetrieb, wenn sich also kein Objekt 22 im Arbeitsbereich 20 befindet, wird der Stößel 12 synchron mit dem Stellglied 8 versetzt und die beiden Verstellwege V1 , V2 sind identisch. Diese Situation ist in den Fig. 2a, 2b dargestellt. Trifft jedoch der Stößel 1 2 auf ein Objekt 22, so wird der Stößel 1 2 entgegen der Federkraft des ersten Federelements 14 gepresst, so dass eine Relativverschiebung zum Stellglied 8 erfolgt, welche von der Auswerteeinheit erfasst wird. Diese Situation ist in der Fig. 2c dargestellt.

Ergänzend zu diesem ersten Erfassungssystem E1 ist ein zweites Erfassungssystem E2 ausgebildet, bei dem eine zweite mechanische Übertragungsstrecke vorgesehen ist. Hierzu ist der Stößel 12 mit einem zweiten Übertragungselement mechanisch verbunden, wobei dieses zweite Übertragungselement im Ausführungsbeispiel als ein Schubrohr 36 ausgebildet ist. Dieses umgibt die Schubstange 28 konzentrisch. Das Schubrohr 36 wird innerhalb des Stellglieds 8 vollständig durch dieses hindurchgeführt. Das Schubrohr 36 ist relativverschieblich zum Stellglied 8 geführt.

Im Unterschied zu der Schubstange 28 ist das Schubrohr 36 jedoch nicht mechanisch steif mit dem Stößel 12 verbunden, sondern an diesem ebenfalls wie das Stellglied 8 federnd gelagert. Hierzu ist ein zweites Federelement 38 ausgebildet. Im Ausführungsbeispiel sind beide Federelemente 14, 38 jeweils als Schraubenfedern ausgebildet. Sie sind beidseitig oberhalb sowie unterhalb eines Trennelements 40 angeordnet, an dem sich die beiden Federelement 14, 38 jeweils abstützen. Das Trennelement 40 ist dabei insbesondere als ein Bolzen ausgebildet. Das Trennelement 40 ist innerhalb einer endseitigen, hülsenförmigen Aufnahme des Stellglieds 8 in Axialrichtung gleitverschieblich gelagert. Das erste Federelement 14 stützt sich an einem oberen Endbereich dieser Aufnahme ab. Das zweite Federelement 38 stützt sich am Stößel 12 ab. Hierzu weist dieser insbesondere einen Aufnahmebereich auf, welcher durch einen hülsenförmigen Halsbereich definiert ist, welcher innerhalb der ebenfalls hülsenförmigen Aufnahme des Stellglieds 8 verschieblich angeordnet ist. Der Stößel 1 6 umfasst weiterhin einen als umlaufenden Kragen 42 ausgebildeten Anschlag, welcher bis zu einem Stirnende des Stellglieds 8 verfahrbar ist. In der Fig. 2a, 2b dargestellten Arbeitsstellung ohne Objekt 22 definiert der Abstand zwischen dem umlaufenden Kragen 42 und dem Stirnende des Stellglieds 8 den bereits erwähnten axialen Pufferweg x1 . Zur mechanischen Fixierung der Schubstange 28 im Stößel 1 2 ist im Ausführungsbeispiel eine als Madenschraube ausgebildete Fixierschraube 29 vorgesehen.

Aufgrund der beiden Federelemente 14, 38 wird beim normalen Stellvorgang, wenn sich also kein Objekt 22 im Arbeitsbereich 20 befindet, der Stößel 1 2 an einer definierten Position gehalten. In diesem Fall werden daher alle drei Elemente, also Stellglied 8, Schubstange 28 sowie Schubrohr 36 synchron miteinander bewegt.

Beim Auftreffen auf das Objekt 22 (Fig. 2c) verschiebt sich der Stößel 12 und die beiden Federelemente 14, 38 werden komprimiert. Die beiden Federelemente 14, 38 weisen dabei unterschiedliche Federhärten auf, so dass zunächst nur ein Federelement 14, 38, im Ausführungsbeispiel das erste Federelement 14, komprimiert wird. Dies bedeutet, dass zunächst keine Relativbewegung zwischen Schubrohr 36 und Schubstange 28 erfolgt und diese synchron relativ zum Stellglied 8 bewegt werden, bis das Schubrohr 36 einen axialen Schalthub x2 (vgl. hierzu Fig. 3b) zurückgelegt hat. Anschließend wird das zweite Federelement 38 komprimiert, so dass das Schubrohr 36 einerseits relativ zur Schubstange 28 verschoben wird und gleichzeitig ortsfest zum Stellglied 8 gehalten ist.

Beim zweiten Erfassungssystem E2 ist nunmehr eine Schaltanordnung 44 ausgebildet, welche ein Schaltsignal abgibt, sobald der Schalthub x2 durchlaufen ist. Dieses Schaltsignal wird wiederum an die Auswerteeinheit übermittelt, welche das Schaltsignal als Vorhandensein eines Objekts im Arbeitsbereich 20 wertet.

Aufbau und Wirkungsweise der Schaltanordnung 44 gehen insbesondere aus den Fig. 3a und 3b hervor.

Die Schaltanordnung 44 umfasst eine Schaltleiste 46, welche ortsfest beispielsweise an der Halterung 4 befestigt ist, so dass also das Stellglied 8 relativ zu dieser Schaltleiste 46 bewegbar ist. Weiterhin umfasst die Schaltanordnung 44 im Ausführungsbeispiel eine Schaltrolle 48, welches ein Schaltelement bildet, das gegen die Schaltleiste 46 gedrückt wird, so dass das Schaltsignal ausgelöst wird. Die Schaltrolle 48 ist um eine Rotationsachse drehbar, so dass sie an der Schaltleiste 46 abrollen kann. Die Schaltleiste 46 ist dabei über ihre gesamte axiale Länge schaltsensitiv. Sie weist zwei gegeneinander verschiebliche Schaltkontakte auf. Diese werden mit Hilfe der Schaltrolle 48 zusammengedrückt. Insbesondere weist die Schaltleiste 46 hierzu eine elastische Lippe, beispielsweise eine Gummilippe auf, so dass diese komprimiert wird.

Die Schaltrolle 48 ist in einer radialen Ausnehmung 50 in Radialrichtung senkrecht zur Axialrichtung 10 verschieblich. Sie wird mit Hilfe eines Übertragungsglieds 52 radial versetzt, wenn das Schubrohr 36 um den Schalthub x2 in Axialrichtung versetzt wird. Über das Übertragungsglied 52 wird daher der axiale Schalthub x2 in einen radialen Schaltweg x3 umgewandelt. Das Übertragungsglied 52 ist hierzu mittelbar mit dem Schubrohr 36 und zwar im Ausführungsbeispiel über ein Einstellstück 54 verbunden. Insbesondere ist das Übertragungsglied 42 dabei als eine Kipphebelmechanik ausgebildet, welche ein in der Ausnehmung gleitverschieb- lich gelagertes Schubstück 56 sowie einschwenkbeweglich am Schubstück 56 sowie am Einstellstück 54 gelagerten Hebel 58 umfasst. Das Einstellstück 54 ist mit dem Schubrohr 36 über eine Schraubverbindung verbunden, so dass die axiale Position des Einstellstücks 54 zur Definition und Einstellung eines genauen Schaltwegs relativ zum Schubrohr 36 positionierbar ist. Hierzu weist das Einstellstück 54 ein Halsstück mit einem Außengewinde auf, mit dem es in das Schubrohr 36 eingeschraubt ist. Das Einstellstück 54 ist insgesamt nach Art eines Rohres ausgebildet, durch das die Schubstange 28 hindurchgeführt ist.

Am Einstellstück 54 ist weiterhin ein Anschlag 60 zur Begrenzung des Verstellwegs des Schubrohrs 36 ausgebildet. Dieser wirkt mit einem Gegenanschlag 62. zusammen, welcher im Ausführungsbeispiel als ein Ringstutzen eines Stirnendstücks 64 ausgebildet ist, welches stirnendseitig am Stellglied 8 befestigt ist. Dieses Stirnendstück 64 ist als eine Verdrehsicherung ausgebildet, um eine Verdrehung des Stellglieds 8 zu vermeiden. Die radiale Ausnehmung 50 ist in einem Zwischenbereich zwischen Stirnendstück 64 und Stellglied 8 ausgebildet.

Insgesamt sind durch die hier beschriebenen zwei Erfassungssysteme zwei unabhängig voneinander wirksame Erfassungssysteme E1 , E2 zur Erkennung des Objekts 22 im Arbeitsbereich 20 ausgebildet. Die beiden Erfassungssysteme E1 , E2 weisen hierbei zwei unabhängig voneinander wirksame mechanische Übertragungsstrecken auf, die eine Verstellung des Stößels 12 relativ zu dem Stellglied 8 erfassen, wobei hierzu in beiden Fällen jeweils der axiale Verstellweg des Stößels 12 entweder direkt gemessen wird (erstes Erfassungssystem) oder zur mechanischen Betätigung einer Schaltanordnung 44 führt (zweites Erfassungssystem). Dadurch ist eine zuverlässige redundante Sicherheitseinrichtung geschaffen.

Das erste Erfassungssystem E1 umfasst hierbei also eine erste mechanische Übertragungsstrecke, die aufweist und insbesondere gebildet ist durch den Stößel 1 6, der Schubstange 28 und dem Kopfbereich mit dem Reflektor 30. Ergänzend zu dieser ersten Übertragungsstrecke weist das erste Erfassungssystem E1 den Messwertaufnehmer 26 und die Messeinrichtung 32 sowie die Auswerteeinheit auf. Das zweite Erfassungssystem E2 umfasst entsprechend eine zweite mechanische Übertragungsstrecke, die aufweist und insbesondere gebildet ist durch den Stößel 1 6, das Schubrohr 36 (zusammen mit der federnden Lagerung über das zweites Federelement 38 und Trennelement 40), das Einstellstück 54 sowie das Übertragungsglied 52. Ergänzend zu dieser zweiten Übertragungskette weist das zweite Erfassungssystem E2 noch die Schaltanordnung 44 mit der Schaltleiste 46 und das als Schaltrolle 48 ausgebildete Schaltelement sowie die Auswerteeinheit auf.

Bezugszeichenliste

2 Bearbeitungswerkzeug

4 Halterung

6 Antriebseinheit

8 Stellglied

10 Axialrichtung

12 Stößel

14 erstes Federelement

1 6 Werkzeug

18 Matrize

20 Arbeitsbereich

22 Hand

24 Spindelmutter

26 Messwertaufnehmer

28 Schubstange (erstes Übertragungselement)

29 Fixierschraube

30 optischer Reflektor

32 optische Messeinrichtung

34 Referenzebene

36 Schubrohr (zweites Übertragungselement)

38 zweites Federelement

40 Trennelement

42 umlaufender Kragen

44 Schaltanordnung

46 Schaltleiste

48 Schaltrolle

50 radiale Ausnehmung

52 Übertragungsglied

54 Einstellstück

56 Schubstück

58 Hebel

60 Anschlag Gegenanschlag

Stirnendstück axialer Pufferweg

Schalthub

Schaltweg

Verstellweg Stellglied Verstellweg Schubstange erstes Erfassungssystem zweites Erfassungssystem