Login| Sign Up| Help| Contact|

Patent Searching and Data


Title:
SAFETY SWITCH, PARTICULARLY AN EMERGENCY STOP SWITCH FOR RELIABLY SWITCHING OFF A DANGEROUS DEVICE
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2005/048453
Kind Code:
A1
Abstract:
A safety switch for reliably switching off a dangerous device comprises an actuating element (38) that can be displaced between a first and at least one second position. In addition, a detector element for detecting the actuating element (38) is provided in at least one of these positions. The detector element contains a transponder (44) with an individual transponder identification and contains a reading unit (48) designed for reading out the transponder identification. The transponder (44) and the reading unit (48) are arranged with regard to one another so that the reading unit (48) can read out from the transponder (48) when the actuating element (38) is in the first position but not when it is in its second position.

Inventors:
PULLMANN JUERGEN (DE)
ZINSER CHRISTOPH (DE)
STARK KLAUS (DE)
Application Number:
PCT/EP2004/009081
Publication Date:
May 26, 2005
Filing Date:
August 13, 2004
Export Citation:
Click for automatic bibliography generation   Help
Assignee:
PILZ GMBH & CO KG (DE)
PULLMANN JUERGEN (DE)
ZINSER CHRISTOPH (DE)
STARK KLAUS (DE)
International Classes:
H03K17/95; H01H3/02; (IPC1-7): H03K17/95
Foreign References:
EP0968567A12000-01-05
DE10000799C12001-05-17
DE4233922A11994-05-05
DE3440027A11986-05-07
Other References:
None
Attorney, Agent or Firm:
Duhme, Torsten (Weller & Partner Postfach 105462, Stuttgart, DE)
Download PDF:
Claims:
Patentansprüche
1. Sicherheitsschalter, insbesondere NotAusSchalter, zum sicheren Abschalten eines gefahrbringenden Gerätes (12), mit einem mechanisch betätigten Stellelement (38), das zwischen einer ersten und zumindest einer zweiten Po sition bewegbar ist, und einem Detektorelement zum Detektieren des Stellele ments (38) in zumindest einer der genannten Positio nen, dadurch gekennzeichnet, dass das Detektorelement einen Transponder (44) mit einer individuellen Transponderken nung (68) und eine zum Auslesen der Transponderkennung (68) ausgebildete Leseeinheit (48) beinhaltet, wobei der Transponder (44) und die Leseeinheit (48) so zueinander angeordnet sind, dass die Leseeinheit (48) den Transponder (44) in der ersten Position des Stellelements (38), nicht jedoch in dessen zweiter Position auslesen kann, wobei die erste Position vorzugsweise die Ruheposition des Stellele ments ist.
2. Sicherheitsschalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich net, dass der Transponder (44) an dem beweglichen Stell element (38) angeordnet ist.
3. Sicherheitsschalter nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch ein erstes Abschirmelement (56 ; 102 ; 126) zum selek tiven Abschirmen elektromagnetischer Signale (62), wobei das Abschirmelement (56 ; 102 ; 126) und der Transponder (44) und/oder die Leseeinheit (48) in Abhängigkeit von dem Stellelement (38) relativ zueinander beweglich sind.
4. Sicherheitsschalter nach Anspruch 3, dadurch gekennzeich net, dass das erste Abschirmelement (56) eine Ausnehmung aufweist, die in der ersten Position des Stellelements (38) auf einer im Wesentlichen geraden Verbindungslinie (60) zwischen dem Transponder (44) und der Leseeinheit (48) liegt.
5. Sicherheitsschalter nach Anspruch 3 oder 4, dadurch ge kennzeichnet, dass das erste Abschirmelement an dem Stell element angeordnet ist.
6. Sicherheitsschalter nach Anspruch 3 oder 4, dadurch ge kennzeichnet, dass das erste Abschirmelement (102) einen im Wesentlichen quer zu einer Bewegungsrichtung (34) des Stellelements (38) verlaufenden Abschnitt mit einer Öff nung (104) zum Durchtritt des Stellelements (38) aufweist.
7. Sicherheitsschalter nach Anspruch 3 oder 4, dadurch ge kennzeichnet, dass das erste Abschirmelement (126) einen Signalpfad (128) zum definierten Übertragen eines elektro magnetischen Signals aufweist.
8. Sicherheitsschalter nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Transponder (44) in einem zweiten Abschirmelement (46), vorzugsweise in einer ein seitig offenen Abschirmbuchse, angeordnet ist.
9. Sicherheitsschalter nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Leseeinheit (48) eine Empfangsspule (50) aufweist, die in einem dritten Ab schirmelement (122) angeordnet ist.
10. Sicherheitsschalter nach einem der Ansprüche 3 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Abschirmelemente (46 ; 56 ; 102 ; 122 ; 126) elektrische leitfähige, nichtferromagne tische Abschirmelemente, vorzugsweise aus Aluminium, Kup fer, Silber, Gold oder einer Kombination davon sind.
11. Sicherheitsschalter nach einem der Ansprüche 1 bis 10, gekennzeichnet durch ein, vorzugsweise im Bereich der Le seeinheit (48) angeordnetes, Schaltelement (72), mit des sen Hilfe das Auslesen der Transponderkennung (68) gezielt unterdrückbar ist.
12. Sicherheitsschalter nach einem der Ansprüche 1 bis 11, gekennzeichnet durch einen Drucksensor (62), mit dessen Hilfe ein Betätigungsdruck auf dem Stellelement (38) de tektierbar ist.
13. Sicherheitsschalter nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass das Stellelement aus einem korrosionsfreien Material hergestellt und/oder staubfrei gekapselt ist.
Description:
Sicherheitsschalter, insbesondere Not-Aus-Schalter, zum sicheren Abschalten eines gefahrbringenden Gerätes Die vorliegende Erfindung betrifft einen Sicherheitsschalter, insbesondere Not-Aus-Schalter, zum sicheren Abschalten eines gefahrbringenden Gerätes, mit einer mechanisch betätigten Stellelement, das zwischen einer ersten und zumindest einer zweiten Position bewegbar ist, und einem Detektorelement zum Detektieren des Stellelements in zumindest einer der genannten Positionen.

Ein solcher Sicherheitsschalter ist beispielsweise aus DE 38 41 458 Cl bekannt.

Gattungsgemäße Sicherheitsschalter werden bei automatisiert arbeitenden Anlagen häufig verwendet, um die Anlage bei Auftre- ten einer Gefahrensituation in einen sicheren Zustand zu brin- gen. Dies kann beispielsweise ein sofortiges Abschalten der Anlage beim manuellen Betätigen eines Not-Aus-Schalters sein.

Abhängig vom Anwendungsfall kann jedoch auch eine sichere Ruhe- position eingenommen oder eine Teilfunktion der Anlage blo- ckiert werden. Typische Beispiele für gattungsgemäße Sicher- heitsschalter sind neben manuell betätigten Not-Aus-Schaltern ("Pilz-Taster") manuelle Zustimmschalter sowie Positions-und Endschalter, die über Hebel, Rollen, Scharniere oder derglei- chen mechanisch betätigt werden. Beispiele derartiger Sicher- heitsschalter sind aus DE 199 02 910 A1, DE 199 02 919 Al, DE 199 37 947 A1 oder DE 34 30 090 A1 bekannt.

Allen gattungsgemäßen Sicherheitsschaltern ist gemeinsam, dass sie ein mechanisch betätigtes Stellelement besitzen, dessen jeweilige Position mit Hilfe eines Detektorelements überwacht wird. In der Praxis sind die Detektorelemente bis heute übli- cherweise als elektromechanische Schaltelemente ausgebildet, deren Kontakte durch das bewegliche Stellelement geöffnet oder geschlossen werden. Für Sicherheitsschalter werden dabei übli- cherweise sogenannte zwangsöffnende Anordnungen verwendet, die ein Öffnen des Sicherheitsschalters auch bei einer Funktions- störung im Sicherheitsschalter selbst gewährleisten, wie etwa bei einem Hängenbleiben der Kontakte in der Schließposition.

Diese Sicherheitsschalter, insbesondere gattungsgemäße Not-Aus- Schalter, können aufgrund der langjährigen Erfahrung und auf- grund der hohen Stückzahlen recht kostengünstig und zuverlässig produziert werden.

In der Praxis ist das"Vertrauen"in die Funktionssicherheit der Sicherheitsschalter jedoch trotzdem begrenzt. So gibt es beispielsweise bei Produktionsanlagen für die Automobilindust- rie die Forderung, dass sämtliche Not-Aus-Schalter zumindest ein-oder zweimal im Jahr manuell betätigt werden müssen, um deren Funktionssicherheit zu überprüfen. Es ist leicht nach- vollziehbar, dass diese Funktionsüberprüfungen bei weiträumi- gen, großen Anlagen mit zahlreichen Not-Aus-Schaltern einige Zeit und damit einigen Aufwand in Anspruch nehmen. Zu den an sich geringen Herstellungskosten für einen Not-Aus-Schalter kommen daher über die Lebensdauer der Anlage, in der der Not- Aus-Schalter eingesetzt wird, Betriebskosten für die regelmäßi- ge Funktionsüberprüfung.

Aus der DE 199 09 968 A1 ist ein Sicherheitsschalter für elekt- risch gesteuerte Maschinen bekannt, bei dem die Position des beweglichen Stellelements mit Hilfe von mehreren Gabellicht- schranken ausgewertet werden soll. Alternativ werden ohne nähe- re Erläuterung induktive, kapazitive oder drucksensitive, bei- spielsweise piezoelektrische, Positionserfassungsvorrichtungen vorgeschlagen. Ziel dieser Maßnahmen ist es, eine aufwendige Mechanik zur Verhinderung von unerlaubten Schaltfolgen zu ver- meiden und dabei trotzdem eine hohe Funktionssicherheit zu erreichen.

Aus der DE 100 23 199 AI ist ein Sicherheitsschalter für elekt- rische Maschinen bekannt, der einen Kraft-oder Drucksensor aufweist, so dass zwischen einem gewollten Betätigungszustand und einem Panikzustand unterschieden werden kann.

Aus DE 100 37 003 A1 ist darüber hinaus ein Schlüsselschalter bekannt, der zum Prüfen einer Eingriffsberechtigung in rechner- gestützte Steuereinrichtungen von Maschinen, Anlagen oder der- gleichen vorgesehen ist. Statt eines mechanischen Schlüssels ist dabei die Verwendung eines Transponders vorgesehen, um die Eingriffsberechtigung festzustellen.

Der zuletzt genannte Schlüsselschalter ist außerdem auch in einem Buch mit dem Titel"Sicherheitsschaltgeräte"gezeigt, erschienen im Verlag Moderne Industrie als Band 232 der Reihe "Bibliothek der Technik", ISBN 3-478-93234-3. Als genereller Ausblick auf die technische Entwicklung auf diesem Gebiet wird hier ferner die Idee erwähnt, einen Sender in einen Zustimm- schalter zu integrieren, der bei Betätigung einen eindeutigen Code per Datenfunk an einen zugeordneten Empfänger überträgt, wodurch das bislang oft hinderliche Kabel bei Zustimmschaltern überflüssig werden soll.

Aus EP 0 229 247 A2 oder EP 0 968 567 B1 sind ferner berüh- rungslos arbeitende (per se also zweiteilige, nicht mechanisch betätigte) Signalgeber bekannt, die auch nach dem Transpon- derprinzip arbeiten. Diese berührungslosen Signalgeber sollen unter anderem bei der Überwachung von Schutztüren eingesetzt werden.

Vor diesem Hintergrund ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Sicherheitsschalter der eingangs genannten Art anzugeben, dessen Funktionsfähigkeit auch ohne äußere Betäti- gung getestet werden kann, um dadurch den Aufwand für externe Funktionsüberprüfungen zu reduzieren.

Diese Aufgabe wird gemäß einem Aspekt der Erfindung dadurch gelöst, dass das Detektorelement des eingangs genannten Sicher- heitsschalters einen Transponder mit einer individuellen Transponderkennung und eine zum Auslesen der Transponderkennung ausgebildete Leseeinheit beinhaltet, wobei der Transponder und die Leseeinheit so zueinander angeordnet sind, dass die Lese- einheit den Transponder in der ersten Position des Stellele- ments, nicht jedoch in dessen zweiter Position auslesen kann.

Der neue Sicherheitsschalter besitzt hiernach also einen in aller Regel räumlich von der Leseeinheit getrennt angeordneten Transponder. Leseeinheit und Transponder kommunizieren zum Auslesen der Transponderkennung, wie bei Transpondern üblich, drahtlos miteinander, d. h. über zumindest ein elektromagneti- sches Signal. Die Anordnung von Transponder, Leseeinheit und beweglichem Stellelement ist so gewählt, dass die drahtlose Kommunikation abreißt (unterbunden wird), wenn das Stellelement von der ersten in die zweite Position bewegt wird. Anders aus- gedrückt ist die drahtlose Kommunikation hier nur möglich, wenn sich das Stellelement in der ersten Position befindet. Abhängig davon, ob die Leseeinheit die Transponderkennung auslesen kann oder nicht, kann dann auf die Position des Stellelements zu- rückgeschlossen werden.

Mit Hilfe einer solchen Anordnung ist es überraschenderweise möglich, die Position des Stellelements und damit den Betäti- gungszustand auch bei einem mechanisch betätigten, gewisserma- ßen also einteiligen Sicherheitsschalter (im Unterschied zu berührungslos arbeitenden, daher per se zweiteiligen Signalge- bern) zuverlässig zu überwachen. Dies war aufgrund der geringen Bewegungshübe des Stellelements bei solchen Sicherheitsschal- tern nicht von vornherein zu erwarten. Praktische Versuche haben nun jedoch gezeigt, dass auch bei einteiligen, mechanisch betätigten Sicherheitsschaltern eine vorteilhafte Verwendung von Transpondern zur Auswertung des Betätigungszustandes mög- lich ist, Die Verwendung eines Transponders besitzt dabei aufgrund der individuellen Transponderkennung schon von sich aus eine höhere Sicherheit gegenüber Manipulationen und Fehldetektionen als beispielsweise Gabellichtschranken und andere bislang bekannte Detektorelemente. Da die Kommunikation zwischen Transponder und Leseeinheit zudem ein dynamischer, d. h. stetig zu wiederholen- der Vorgang ist, wird jede Funktionsstörung innerhalb des Si- cherheitsschalters automatisch erkannt.

Darüber hinaus ist es bei einem Transponder leicht möglich, die Kommunikation zwischen Transponder und Leseeinheit gezielt zu unterbrechen, ohne dass das Stellelement mechanisch betätigt werden muss. Daher kann der neue Sicherheitsschalter auf"elek- tronische"Art auf seine Funktionsfähigkeit getestet werden, was es zumindest grundsätzlich ermöglicht, die bislang üblichen manuellen Funktionskontrollen zu reduzieren oder sogar ganz wegzulassen.

Damit ist die oben genannte Aufgabe vollständig erfüllt.

Der neue Sicherheitsschalter besitzt darüber hinaus den Vor- teil, dass auf die Verwendung von kontaktbehafteten Detektor- elementen verzichtet werden kann, weshalb der neue Sicherheits- schalter vollkommen verschleißfrei arbeiten kann. Andererseits kann in Ergänzung zu einem Transponder auch weiterhin ein kon- taktbehaftetes Schaltelement als Detektorelement verwendet werden, insbesondere um die Kompatibilität zu bisherigen Si- cherheitsschaltern zu bewahren. Des weiteren würde in diesem Fall eine diversitäre Redundanz geschaffen, die eine nochmals erhöhte Funktionssicherheit ermöglicht.

Als weiterer Vorteil kann der neue Sicherheitsschalter aufgrund der vorhandenen Transponderkennung recht einfach drahtlos an eine übergeordnete Auswerteeinheit angeschlossen werden. Dies reduziert vor allem bei weitläufigen Anlagen den Verkabelungs- aufwand.

In einer bevorzugten Ausgestaltung des neuen Sicherheitsschal- ters stellt die erste Position die Ruheposition des Stellele- ments dar.

Dies ist besonders vorteilhaft für eine Anwendung als Not-Aus- Schalter, da ein Ausfall des aktiven, dynamischen Transponder- signals hierdurch automatisch zum Abschalten der überwachten Anlage führt. Auswertung und Installation des neuen Sicher- heitsschalters wird hierdurch vereinfacht.

In einer weiteren Ausgestaltung ist der Transponder an dem beweglichen Stellelement angeordnet. Vorzugsweise ist der Transponder dabei als passiver Transponder ausgebildet.

Passive Transponder, d. h. solche, die ohne eigene Energiequelle arbeitsfähig sind, sind bereits seit langem kommerziell erhält- lich. Sie werden beispielsweise in Wegfahrsperren bei Kraft- fahrzeugen oder bei der Massentierhaltung zur Identifikation der einzelnen Tiere verwendet. Aufgrund der dabei anfallenden hohen Stückzahlen stehen passive Transponder als kostengünstige Bauelemente zur Verfügung. Ein passiver Transponder kann an dem beweglichen Stellelement sehr einfach befestigt werden, bei- spielsweise verklebt werden, was eine günstige Fertigung ermög- licht. Darüber hinaus kann die Position des Stellelements in dieser Ausgestaltung sehr zuverlässig bestimmt werden, da sich der Transponder mit dem Stellelement zwangsläufig mitbewegt.

In einer weiteren Ausgestaltung besitzt der neue Sicherheits- schalter ein erstes Abschirmelement zum selektiven Abschirmen elektromagnetischer Signale, wobei das Abschirmelement und der Transponder und/oder die Leseeinheit in Abhängigkeit von dem Stellelement relativ zueinander beweglich sind.

Mit Hilfe eines solchen Abschirmelements kann der Ausbreitungs- pfad von elektromagnetischen Wellen, auf denen die drahtlose Kommunikation zwischen Transponder und Leseeinheit beruht, gezielt begrenzt werden. Infolgedessen wird das Ansprechverhal- ten des neuen Sicherheitsschalters in dieser Ausgestaltung kontrollierter, was zu einer weiteren Erhöhung der Funktionssi- cherheit beiträgt. Außerdem kann aufgrund der Verwendung eines solchen Abschirmelements der detektierbare Schaltweg des Stell- elements deutlich reduziert werden, so dass die erste und zwei- te Position, die voneinander unterschieden werden müssen, räum- lich sehr eng beieinander liegen können. Infolgedessen kann die Baugröße des neuen Sicherheitsschalters reduziert werden. Au- ßerdem führt die höhere Empfindlichkeit zu einer schnelleren und damit auch sichereren Funktion.

In einer weiteren Ausgestaltung weist das erste Abschirmelement eine Ausnehmung auf, die in der ersten Position des Stellele- ments auf einer im Wesentlichen geraden Verbindungslinie zwi- schen dem Transponder und der Leseeinheit liegt.

In dieser Ausgestaltung arbeitet das erste Abschirmelement gewissermaßen als Lochblende, durch die hindurch die Kommunika- tion zwischen Transponder und Leseeinheit stattfindet. Ver- schiebt man auch nur eines der drei Elemente, also entweder den Transponder und/oder die Leseeinheit und/oder die Ausnehmung des Abschirmelements, relativ zu den anderen, reißt die Kommu- nikation sehr schnell ab. Durch geeignete Dimensionierung der Ausnehmung ("Lochblende") kann das Schaltverhalten des neuen Sicherheitsschalters sehr exakt bestimmt werden. Darüber hinaus ist es in dieser Ausgestaltung möglich, den Transponder und/oder die Leseeinheit weitgehend oder sogar vollständig in dem Abschirmelement zu verkapseln, wodurch die Funktionssicher- heit des neuen Sicherheitsschalters nochmals erhöht wird.

In einer weiteren Ausgestaltung ist das erste Abschirmelement an dem Stellelement angeordnet. Das erste Abschirmelement kann hiernach beispielsweise starr an dem Stellelement befestigt sein, so dass es dessen Bewegungen folgt. Des weiteren kann das erste Abschirmelement hiernach auch Teil des Stellelements sein, d. h. dass Stellelement fungiert hiernach gleichzeitig auch als erstes Abschirmelement.

Die Kopplung von Abschirmelement und Stellelement ist eine einfache Möglichkeit, um durch Verschieben des Stellelements ein Abreißen der Kommunikation zwischen Transponder und Lese- einheit zu erreichen. Das Stellelement wirkt dabei gewisserma- ßen als Tor, das einen Kommunikationspfad zwischen Transponder und Leseeinheit nur im geöffneten Zustand freigibt, jedoch nicht im geschlossenen Zustand. Die Ausgestaltung besitzt den Vorteil, dass sowohl der Transponder als auch die Leseeinheit ortsfest in dem Sicherheitsschalter angeordnet werden können, was die Freiheitsgrade bei der praktischen Realisierung erhöht.

Insbesondere wird hierdurch eine Optimierung des Ansprechver- haltens durch Wahl der Entfernung zwischen Transponder und Leseeinheit möglich.

In einer weiteren Ausgestaltung besitzt das erste Abschirmele- ment einen im Wesentlichen quer zu einer Bewegungsrichtung des Stellelements verlaufenden Abschnitt mit einer Öffnung zum Durchtritt des Stellelements.

In dieser Ausgestaltung taucht das Stellelement gewissermaßen bei Betätigung des Sicherheitsschalters in einen von dem ersten Abschirmelement abgeschirmten Bereich ein. Da das erste Ab- schirmelement hierdurch im Gegensatz zu dem Stellelement starr an einer Träger-oder Gehäusewand befestigt werden kann, kann das Abschirmelement relativ großflächig ausgebildet werden. Die Abschirmwirkung kann daher vorteilhaft im Hinblick auf maximale Funktionssicherheit optimiert werden.

In einer weiteren Ausgestaltung weist das erste Abschirmelement einen Signalpfad zum definierten Übertragen eines elektromagne- tischen Signals auf.

Diese Ausgestaltung beruht auf der Idee, für die Kommunikation zwischen Transponder und Leseeinheit von vornherein nur einen einzigen definierten Übertragungsweg bereitzustellen, anstatt mögliche unerwünschte Übertragungswege im Nachhinein durch ein Abschirmelement zu versperren. Der Signalpfad kann beispiels- weise in Form eines Wellenleiters realisiert sein, aus dem die übertragenen Signale nur an gezielten Stellen austreten können.

Durch diese Maßnahme lässt sich eine besonders hohe Funktions- sicherheit erreichen.

In einer weiteren Ausgestaltung ist der Transponder in einem zweiten Abschirmelement, vorzugsweise in einer einseitig offe- nen Abschirmbuchse angeordnet.

In einer weiteren Ausgestaltung weist die Leseeinheit eine Empfangsspule auf, die in einem dritten Abschirmelement ange- ordnet ist.

Durch diese beiden Ausgestaltungen kann die Funktionssicherheit des neuen Sicherheitsschalters weiter gesteigert werden, da die Abstrahl-bzw. Empfangscharakteristik des Transponders und der Leseeinheit auf einen noch engeren Bereich fokussiert wird.

Insbesondere kann durch diese Maßnahme verhindert werden, dass eine Kommunikation über Nebenkeulen in den jeweiligen Abstrahl- charakteristiken auftreten kann. Die Ansprechgenauigkeit des neuen Sicherheitsschalters ist nochmals erhöht.

In einer weiteren Ausgestaltung sind die Abschirmelemente elektrische leitfähige, nicht-ferromagnetische Abschirmelemen- te, vorzugsweise aus Aluminium, Kupfer, Silber, Gold oder einer Kombination davon.

Alternativ hierzu können elektromagnetische Wellen bekannterma- ßen auch durch magnetisch wirksame Abschirmelemente, wie etwa Ferrite, beeinflusst werden. Es hat sich jedoch gezeigt, dass bei den typischen Entfernungen und Frequenzen, die hier auf- grund des vorgegebenen Verwendungszwecks auftreten, elektrisch leitfähige, magnetisch weitgehend wirkungslose Abschirmelemente effektiver sind. Die Abschirmung kann daher genauer erfolgen.

Die Funktionssicherheit ist weiter erhöht.

In einer weiteren Ausgestaltung besitzt der neue Sicherheits- schalter ein Schaltelement, mit dessen Hilfe das Auslesen der Transponderkennung gezielt unterdrückbar ist. Vorzugsweise ist dieses Schaltelement im Bereich der Leseeinheit angeordnet.

Mit Hilfe eines solchen Schaltelements kann auf einfache Weise eine Testfunktion realisiert werden. Insbesondere ist es hier- durch möglich, dass ein übergeordnetes Steuergerät das Auslesen der Transponderkennung zyklisch unterdrückt, um zu überprüfen, ob der neue Sicherheitsschalter entsprechend reagiert. Die Ausbildung ermöglicht es, den Sicherheitskreis des neuen Si- cherheitsschalters einkanalig auszubilden, so dass weniger Bauteile und Bauraum benötigt werden. Darüber hinaus kann die bei bisherigen Sicherheitsschaltern durchgeführte manuelle Funktionsüberprüfung in dieser Ausgestaltung automatisiert durchgeführt werden, was die Einhaltung vorgegebener Standards und die Akzeptanz des neuen Sicherheitsschalters vereinfacht.

In einer weiteren Ausgestaltung besitzt der Sicherheitsschalter einen Drucksensor, mit dessen Hilfe ein Betätigungsdruck auf dem Stellelement detektierbar ist.

Mit einem solchen Drucksensor kann die Betätigung des neuen Sicherheitsschalters redundant zu der Auswertung der Position des Stellelements erkannt werden. Die Funktionssicherheit ist dementsprechend noch weiter erhöht. Darüber hinaus bietet ein solcher Drucksensor die Möglichkeit, eine Betätigung des neuen Sicherheitsschalter auch dann zu erkennen, wenn das Stellele- ment beispielsweise verklemmt oder anderweitig an einer Bewe- gung gehindert ist. Mit einem Drucksensor könnte der neue Sicherheitsschalter daher auch in Bereichen eingesetzt werden, in denen starke Verschmutzungen auftreten, beispielsweise bei Lackieranlagen, die eine mechanische Betätigung beeinträchtigen können.

In einer weiteren Ausgestaltung ist das Stellelement aus einem korrosionsfreien Material hergestellt und/oder staubfrei gekap- selt.

Auch diese Ausgestaltungen tragen dazu bei, eine Immobilität des Stellelements zu verhindern, was einen entsprechenden Feh- lerausschluss ermöglicht. Die Häufigkeit manueller Funktions- kontrollen kann daher weiter reduziert werden.

Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nach- stehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung darge- stellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher er- läutert. Es zeigen : Fig. 1 eine vereinfachte Darstellung einer automatisiert arbeitenden Anlage, in der ein Ausführungsbei- spiel des neuen Sicherheitsschalters verwendet wird ; Fig. 2 und 3 ein Ausführungsbeispiel des neuen Sicherheits- schalters in zwei verschiedenen Betriebsstellun- gen ; Fig. 4 ein vereinfachtes Schaltbild des Transponders und der Leseeinheit bei dem Sicherheitsschalter aus Fig. 2 und 3 ; Fig. 5 und 6 ein weiteres Ausführungsbeispiel des neuen Si- cherheitsschalters in zwei unterschiedlichen Be- triebszuständen ; Fig. 7 und 8 ein weiteres Ausführungsbeispiel des neuen Si- cherheitsschalters in zwei unterschiedlichen Be- triebszuständen ; und Fig. 9 und 10 eine vereinfachte Prinzipdarstellung für ein weiteres Ausführungsbeispiel des neuen Sicher- heitsschalters.

In Fig. 1 ist eine automatisiert arbeitende Anlage, in der ein Ausführungsbeispiel des neuen Sicherheitsschalters zum Einsatz kommt, in der Gesamtheit mit der Bezugsziffer 10 bezeichnet.

Die Anlage 10 beinhaltet hier beispielhaft einen Roboter 12.

Die Erfindung ist jedoch darauf nicht beschränkt und kann glei- chermaßen bei allen Anlagen verwendet werden, bei denen mecha- nisch betätigte Sicherheitsschalter zum Einsatz kommen.

Der Roboter 12 ist hier in an sich bekannter Weise über zwei Schütze 14,16 an eine Stromversorgung 18 angeschlossen. Die Arbeitskontakte der Schütze 14,16 liegen in Reihe zueinander, um redundante Abschaltwege zu realisieren. Angesteuert werden die Schütze 14,16 von einem Sicherheitsschaltgerät 20 oder einer anderen geeigneten Sicherheitssteuerung. Eingangsseitig ist an das Sicherheitsschaltgerät 20 ein Not-Aus-Schalter 22 gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung angeschlossen.

Die Verwendung als Not-Aus-Schalter ist ein bevorzugtes Ausfüh- rungsbeispiel der Erfindung. Die Erfindung ist hierauf jedoch nicht beschränkt und kann gleichermaßen bei anderen mechanisch betätigten (einteiligen) Sicherheitsschaltern angewendet wer- den.

Der Not-Aus-Schalter 22 liefert über eine Verbindung 24 ein Ausgangssignal an das Sicherheitsschaltgerät 20 und erhält von diesem über eine zweite Verbindung 26 ein Steuersignal 28 mit Testimpulsen 30. Damit besitzt das Sicherheitsschaltgerät 20 die Möglichkeit, den Not-Aus-Schalter 22 auf seine Funktionsfä- higkeit hin zu überprüfen, wie nachfolgend noch näher erläutert wird. Erkennt das Sicherheitsschaltgerät 20 aufgrund der Ver- bindung 24 zum Not-Aus-Schalter 22 einen undefinierten oder unsicheren Zustand oder wird der Not-Aus-Schalter 22 manuell betätigt und ein entsprechendes Signal über die Verbindung 24 an das Sicherheitsschaltgerät 20 gesendet, schaltet das Sicher- heitsschaltgerät 20 über die Schütze 14,16 den Roboter 12 ab.

In den Figuren 2 und 3 ist der Not-Aus-Schalter 22 in seinen beiden möglichen Betriebszuständen dargestellt. Fig. 2 zeigt den Not-Aus-Schalter 22 im unbetätigten Zustand, d. h. dem Ruhe- zustand. Fig. 3 zeigt den Not-Aus-Schalter 22 nach einer Betä- tigung. Mit der Betätigung wurde der Bedienknopf 32 des Not- Aus-Schalter 22 in Richtung des Pfeils 34 nach unten gedrückt.

Der zugehörige Bewegungshub ist in Fig. 3 bei der Bezugsziffer 36 angedeutet.

Der Not-Aus-Schalter 22 besitzt ein mit dem Bedienknopf 32 starr verbundenes Stellelement 38. Das Stellelement 38 ist in Richtung des Pfeils 34 beweglich in einer Aufnahme 40 gelagert, die ihrerseits an einem Schaltergehäuse 42 befestigt ist. Am freien Ende des Stellelements 38 ist ein handelsüblicher, pas- siver Transponder 44 angeordnet, dessen Funktionsweise anhand Fig. 4 nachfolgend noch näher erläutert ist. Gemäß einem bevor- zugten Ausführungsbeispiel ist der Transponder 44 hier in einer Abschirmbuchse 46 verklebt, die den Transponder 44 rohrförmig umgibt und nur an einer Seite (nämlich der linken Seite in den Figuren 2 und 3) offen ist.

Mit der Bezugsziffer 48 ist eine Leseeinheit zum Auslesen des Transponders 44 bezeichnet. Die Leseeinheit 48 wird in der Fachterminologie teilweise auch als Tag-Reader bezeichnet, und sie besitzt an ihrer dem Transponder 44 zugewandten Seite eine Empfangsspule 50, über die sie drahtlos mit dem Transponder 44 kommuniziert.

Mit der Bezugsziffer 52 ist eine Auswertelogik bezeichnet, die die Leseeinheit 48 ansteuert und deren Ausgangssignale auf- nimmt. Abweichend von dieser hier funktionsblockartigen Dar- stellung können die Leseeinheit 48 mit Empfangsspule 50 und die Auswertelogik 52 auch in einer kombinierten Schaltung verbunden sein.

Mit der Bezugziffer 54 ist eine Anschlussbuchse zum Anschließen der Verbindungen 24,26 (Fig. 1) bezeichnet. Alternativ hierzu ist es aufgrund der erfindungsgemäßen Verwendung eines Transponders jedoch auch möglich, dass der Not-Aus-Schalter 22 drahtlos mit dem Sicherheitsschaltgerät 20 bzw. einer entspre- chenden Sicherheitssteuerung kommuniziert.

Mit der Bezugsziffer 56 ist ein Abschirmelement bezeichnet, das das Stellelement 38 hier hülsenartig umgibt. Das Abschirmele- ment 56 besitzt eine Ausnehmung 58, die so angeordnet ist, dass sie im Ruhezustand des Not-Aus-Schalter 22 auf einer gedachten Verbindungslinie 60 zwischen der Leseeinheit 48 (genauer deren Empfangsspule 50) und dem Transponder 44 liegt. Infolgedessen ist im Ruhezustand des Not-Aus-Schalters 22 eine drahtlose Kommunikation zwischen dem Transponder 44 und der Leseeinheit 48 möglich, was in Fig. 2 bei der Bezugsziffer 62 angedeutet ist.

Befindet sich das Stellelement 38 hingegen in der in Fig. 3 gezeigten Position, liegen der Transponder 44, die Empfangsspu- le 50 und die Ausnehmung 58 nicht mehr auf einer geraden Ver- bindungslinie. Aufgrund des Abschirmelements 56 kann daher keine Kommunikation zwischen der Leseeinheit 48 und dem Transponder 44 stattfinden. Das Abreißen der Kommunikation wird von der Auswertelogik 52 erkannt und über die Verbindung 24 dem Sicherheitsschaltgerät 20 mitgeteilt. Dieses schaltet daraufhin den Roboter 12 ab.

In dem in Fig. 2 und 3 dargestellten Ausführungsbeispiel bewegt sich das Stellelement 38 mit dem Transponder 44 relativ zu der feststehenden Leseeinheit 48 und dem ebenfalls feststehenden Abschirmelement 56. Alternativ hierzu wäre es grundsätzlich auch möglich, dass die Leseeinheit 48 und/oder das Abschirmele- ment 56 über das Stellelement 38 bewegt werden.

In dem in Fig. 2 und 3 gezeigten Ausführungsbeispiel ist der lichte Innendurchmesser des hülsenförmigen Abschirmelements 56 nur geringfügig größer als der Außendurchmesser des Stellele- ments 38. Infolgedessen bildet das Abschirmelement 56 in Ver- bindung mit der Abschirmbuchse 46 eine fast geschlossene Ab- schirmung des Transponders 44, wenn sich das Stellelement 38 in der in Fig. 3 gezeigten Position befindet. Bevorzugt sind die Abschirmbuchse 46 und das Abschirmelement 56 zumindest teilwei- se aus elektrisch leitfähigen Materialien, hier insbesondere Kupfer oder Aluminium hergestellt.

Mit der Bezugsziffer 62 ist in Fig. 2 ein Drucksensor bezeich- net, der in einem abgewandelten Ausführungsbeispiel im Bedien- knopf 32 angeordnet ist. Das Ausgangssignal des Drucksensors 62 ist der Auswertelogik 52 zugeführt, um einen zweiten Weg zum Detektieren einer Betätigung bereitzustellen.

In Fig. 4 sind der Transponder 44 und die Leseeinheit 48 in einem vereinfachten elektrischen Schaltbild dargestellt. Glei- che Bezugszeichen bezeichnen jeweils dieselben Elemente wie zuvor.

Der Transponder 44 besitzt in an sich bekannter Weise eine Sende-und Empfangsspule 66 sowie einen Speicher, in dem eine individuelle Transponderkennung 68 abgespeichert ist. Die Lese- einheit 48 ist ein kommerziell erhältlicher integrierter Schaltkreis zum Auslesen der Transponderkennung 68. Für die drahtlose Kommunikation ist die Leseeinheit 48 mit einem Schwingkreis verschaltet, der die bereits erwähnte Empfangsspu- le 50 sowie eine parallel dazu angeordnete Kapazität 70 bein- haltet. Zwischen der Spule 50 und der Kapazität 70 ist in dem bevorzugten Ausführungsbeispiel ein Transistor 72 angeordnet, mit dessen Hilfe der Schwingkreis aufgetrennt und damit funkti- onsunfähig gemacht werden kann. Der Transistor 72 fungiert als Testelement, mit dessen Hilfe das Auslesen der Transponderken- nung 68"elektronisch'} unterdrückt werden kann. Alternativ zu der gezeigten Anordnung könnte der Transistor 72 auch so ge- schaltet sein, dass er den Schwingkreis aus Spule 50 und Kapa- zität 70 von der Leseeinheit 48 trennt, was bei der Bezugszif- fer 70'angedeutet ist.

Die Leseeinheit 48 erzeugt in an sich bekannter Weise mit Hilfe des Schwingkreises 50,70 ein elektromagnetisches Abfragesig- nal. Befindet sich der Transponder 44 nahe genug an dem Schwingkreis 50,70, wird er durch das Signal aktiviert und sendet seinerseits ein Signal, das als Information die indivi- duelle Transponderkennung 68 trägt. Dieses Antwortsignal, in Fig. 4 bei der Bezugsziffer 74 angedeutet, wird über den Schwingkreis 50,70 aufgenommen und der Leseeinheit 48 zur Auswertung zur Verfügung gestellt. Die Leseeinheit 58 liest aus dem Antwortsignal 74 die individuelle Transponderkennung 68 aus und stellt sie über eine Verbindung 76 einem Mikroprozessor 78 zur Verfügung. Der Mikroprozessor 78 besitzt in einem internen Speicher 80 einen Vergleichswert, anhand dessen er überprüfen kann, ob die ausgelesene Transponderkennung 68 mit dem erwarte- ten Wert übereinstimmt. Ist dies der Fall, gibt der Mikropro- zessor 78 über eine Verstärkerschaltung 82 ein entsprechendes Ausgangssignal 84 an einem Ausgang 86 aus. Das Ausgangssignal 84 ist über die Verbindung 24 dem Sicherheitsschaltgerät 22 zugeführt.

Wie bei passiven Transpondern üblich, funktioniert das Auslesen der Transponderkennung 68 in dieser Anordnung nur, solange sich der Transponder 44 nahe genug an dem Sende-und Empfangskreis der Leseeinheit 48 befindet. Eine maximale Entfernung, inner- halb der ein Auslesen der Transponderkennung 68 möglich ist, ist in Fig. 4 bei der Bezugsziffer 88 angedeutet.

Bei dem neuen Sicherheitsschalter 22 sind der Transponder 44 und der Sende-und Empfangskreis aus Spule 50 und Kapazität 70 so zueinander angeordnet, dass die maximale Entfernung 88 in der zweiten Position (Fig. 3) des Stellelements 38 überschrit- ten ist. Demgegenüber befindet sich der Transponder 44 nahe genug an der Leseeinheit 48, wenn sich das Stellelement 38 in der ersten Position (Fig. 2) befindet. Beim Verschieben des Stellelements 38 von der ersten in die zweite Position reißt die Kommunikation zwischen Transponder 44 und Leseeinheit 48 ab. Dies wird vom Mikroprozessor 78 detektiert und über die Verbindung 24 dem Sicherheitsschaltgerät 22 gemeldet.

Mit der Bezugsziffer 90 ist in Fig. 4 ein Testeingang bezeich- net, über den das Sicherheitsschaltgerät 20 den Transistor 72 ein-bzw. ausschalten kann. Da beim Ausschalten des Transistors 72 kein Antwortsignal 74 mehr generiert und an die Leseeinheit 48 gelangen kann, entspricht dies der Situation, dass der Transponder 44 aus dem Bereich der Leseeinheit 48 entfernt wurde. Der Mikroprozessor 78 muss dementsprechend genauso rea- gieren, wie in dem Fall, dass das Stellelement 38 bewegt wurde.

Tut er dies nicht, kann das Sicherheitsschaltgerät 22 dies anhand des Ausgangssignals 84 erkennen und den Roboter 12 vor- sorglich abschalten.

In dem bevorzugten Ausführungsbeispiel besitzt der Not-Aus- Schalter 22 eine eigene Versorgungsspannung, die hier über eine Spannungsreglerschaltung 92 bereitgestellt wird. Damit ist es möglich, den neuen Not-Aus-Schalter 22 mit unterschiedlichen externen Versorgungsspannungen zu betreiben, was dessen Instal- lation in weitläufigen Anlagen vereinfacht.

In den Fig. 5 und 6 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel des neuen Sicherheitsschalters in seiner Gesamtheit mit der Bezugs- ziffer 100 bezeichnet. Der Sicherheitsschalter 100 ist hier der Einfachheit halber wiederum als Not-Aus-Schalter dargestellt.

Gleiche Bezugszeichen bezeichnen dieselben Elemente wie zuvor.

Der Sicherheitsschalter 100 besitzt anstelle des hülsenartigen Abschirmelements 56 aus Fig. 2,3 ein hier im Wesentlichen plattenförmiges Abschirmelement 102. Dieses ist im Wesentlichen quer zu der Bewegungsrichtung 34 des Stellelements 38 angeord- net und besitzt zum Durchtritt des Stellelements 38 eine Öff- nung 104. Der Transponder 44 ist wiederum am freien Ende des Stellelements 38 befestigt.

In der in Fig. 5 dargestellten Ruheposition befindet sich der Transponder 44 oberhalb des Abschirmelements 102, wo auch die Auswertelogik 52 mit der Leseeinheit 48 (hier nicht gezeigt) und der Empfangsspule 50 angeordnet ist. In dieser Position kann eine Kommunikation zwischen dem Transponder 44 und der Leseeinheit 48 erfolgen, d. h. die Leseeinheit 48 liest die individuelle Transponderkennung zyklisch aus dem Transponder 44 aus.

Nach der Betätigung des Stellelements 38 befindet sich der Transponder 44 hingegen unterhalb des Abschirmelements 102.

Zudem ist die Öffnung 104 dann durch das Stellelement 38 ver- schlossen. Infolgedessen ist der Transponder 44 dann von der Leseeinheit 48 abgeschirmt. Es kann keine Kommunikation statt- finden (angedeutet bei Bezugsziffer 106 ; zur Klarstellung sei darauf hingewiesen, dass von einem passiven Transponder 44 in dieser Stellung keinerlei Signale ausgehen, statt dessen jedoch die Empfangsspule 50 weiterhin Abfrageimpulse sendet). Alterna- tiv zu der hier gezeigten Darstellung könnte das Abschirmele- ment 102 hier auch topfförmig ausgebildet sein, wobei das Stellelement 38 in der zweiten Position in den entsprechenden Topf eintaucht".

In den Fig. 7 und 8 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel des neuen Sicherheitsschalters in seiner Gesamtheit mit der Bezugs- ziffer 120 bezeichnet. In diesem Ausführungsbeispiel sind so- wohl die Leseeinheit mit der Empfangsspule 50 als auch der Transponder 44 ortsfest in dem Gehäuse 42 des Sicherheitsschal- ters 120 angeordnet. Sowohl der Transponder 44 als auch die Empfangsspule 50 sind dabei in einer Abschirmbuchse 46 bzw. 122 verklebt. Der Transponder 44 und die Empfangsspule 50 liegen sich einander diametral gegenüber, wobei in den verbleibenden Zwischenraum das freie Ende des Stellelements 38 eintauchen kann. In der in Fig. 7 gezeigten, nicht-betätigten Position stört das Stellelement 38 die Kommunikation zwischen Transpon- der 44 und Leseeinheit 48 nicht. Dementsprechend kann die Lese- einheit 48 die Transponderkennung zyklisch auslesen. In der in Fig. 8 gezeigten Position verschließt das freie Ende des Stell- elements 38 hingegen die beiden Abschirmbuchsen 46,122, wo- durch die Kommunikation zwischen Transponder 44 und Leseeinheit 48 unterbrochen wird.

Fig. 9 und 10 zeigen ein weiteres Ausführungsbeispiel des neuen Sicherheitsschalters. In diesem Fall sind sowohl der Transpon- der 44 als auch die Empfangsspule 50 der Leseeinheit 48 an dem beweglichen Stellelement 38 angeordnet. Ein Abschirmelement 126 ist so ausgebildet, dass es einen Signalpfad 128 bereitstellt, über den die Leseeinheit und der Transponder miteinander kommu- nizieren können, wenn sich das Stellelement 38 in der in Fig. 9 gezeigten Position befindet. Ist das Stellelement 38 demgegen- über in seine zweite Position verschoben, schließen der Transponder 44 und die Empfangsspule 50 der Leseeinheit nicht mehr an den Signalpfad 28 an. Daher reißt wiederum die Kommuni- kation ab, was von der Auswertelogik 52 entsprechend detektiert wird.

In einem weiteren Ausführungsbeispiel kann ein solcher Signal- pfad grundsätzlich auch verwendet werden, wenn der Transponder und/oder die Leseeinheit getrennt vom Stellelement angeordnet sind. Das Prinzip, einen einzigen definierten Signalpfad für die Übertragung bereitzustellen, der bei Verstellen des Stell- elements abreißt, bleibt dabei bestehen.

In den Ausführungsbeispielen aus den Figuren 7,8, 9 und 10 ist es bevorzugt, wenn das Stellelement 38 selbst so ausgebildet ist, dass der Durchgang von elektromagnetischen Signalen ver- hindert oder zumindest gedämpft ist. Abhängig von den verwende- ten Frequenzen für die Kommunikation zwischen Transponder und Leseeinheit sind den einschlägigen Fachleuten hier verschiedene Materialien bekannt, die bei der jeweiligen Frequenz eine hin- reichende Dämpfung besitzen. Bei der für handelsübliche Transponder typischen Frequenz von 125 kHz wird bevorzugt ein elektrisch leitfähiges, jedoch nicht magnetisches Material, wie Aluminium, Kupfer, Silber oder Gold verwendet. Beispielsweise kann die Kupferkaschierung einer handelsüblichen Leiterplatte gut verwendet werden.