DE10023199A1 - Sicherheitsschalteinrichtung für elektrische Maschinen bzw. Roboter sowie Handbediengerät und Verfahren hierfür - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Sicherheitsschalteinrichtung (5) zur Verwendung in Kombination mit den üblichen Programmier- und/oder Bedienelementen einer Maschinen- bzw. Robotersteuerung für manuelle Steuer- bzw. Programmiervorgänge an Maschinen oder Robotern. Die Sicherheitsschalteinrichtung (5) ermöglicht die wechselweise Einnahme wenigstens zweier, insbesondere dreier Schaltzustände, wie Ruhezustand (13), Zustimmungszustand (17) und/oder Panikzustand (18), wobei ein Kraft- oder Drucksensor (7) angeordnet ist, auf welchen von einem Bediener zur Betätigung (Umschaltung) der Sicherheitsschalteinrichtung (5) eine Kraftwirkung einbringbar ist. Der Kraft- oder Drucksensor (7) ist zur Ermittlung der jeweils eingenommenen Schaltzustände in Abhängigkeit der vom Kraft- oder Drucksensor (7) erfaßten Belastungswerte mit einer elektronischen Auswertevorrichtung (9) verbunden.

Description

Die Erfindung betrifft eine Sicherheitsschalteinrichtung zur Verwendung in Kombination mit den üblichen Programmier- und/oder Bedienelementen einer Maschinen- bzw. Robotersteue­ rung und ein Handbediengerät für Roboter oder andere elektrische Maschinen, sowie ein Ver­ fahren zur Bestimmung der möglichen Schaltzustände bei einer Sicherheitsschalteinrichtung gemäß den Ansprüchen 1, 31 und 32.

Es sind bereits verschiedene, auch als Zustimmtaster bezeichnete Sicherheitsschalteinrichtun­ gen bekannt. Diese Zustimmtaster sind durch eine Mehrzahl von einzelnen auf Federzungen angeordneten Schaltkontakten gebildet. Diesen mechanischen Schaltkontakten sind zur Rela­ tivverstellung zueinander mehrere Bedienorgane zugeordnet, sodaß eine elektrische Verbin­ dung zwischen zwei korrespondierenden Schaltkontakten fallweise hergestellt und unterbro­ chen werden kann. Um mit derartigen Schaltkontakten die an ein Sicherheitsschaltelement gestellten Anforderungen erfüllen zu können, ist eine aufwendige Mechanik vorzusehen, wel­ che bestimmte unzulässige Schaltzustände ausschließt.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Sicherheitsschalteinrichtung zu schaffen, welche bei hoher Funktionssicherheit einen einfachen Aufbau aufweist.

Diese Aufgabe der Erfindung wird durch die Merkmale im Anspruch 1 gelöst. Der sich durch die Merkmale des Kennzeichenteils des Anspruches 1 ergebende Vorteil liegt darin, daß die Sicherheitsschalteinrichtung bedeutend kleiner als die bekannten mechanischen Lösungen aufbaut und daher sehr kompakte Handterminals zur Bedienung von Maschinen bzw. Robo­ tern hergestellt werden können. Die erfindungsgemäße Sicherheitsschalteinrichtung macht sich dabei die unweigerliche Reaktion eines Bedieners zunutze, daß dieser vor oder während dem Eintritt eines sicherheitskritischen Betriebszustandes automatisch die Hand bzw. einzelne Finger verkrampft. Diese durch Erschrecken des Bedieners hervorgerufene Verkrampfung bzw. Druckerhöhung auf die Sicherheitsschalteinrichtung kann mittels dem Kraft- oder Drucksensor eindeutig erkannt werden, woraufhin entsprechende Maßnahmen, wie z. B. Not­ abschaltungen, eingeleitet werden können. Ein bedeutender Vorteil ist auch dadurch erziel­ bar, daß der Benutzer gegebenenfalls direkt auf den Kraft- oder Drucksensor einwirken bzw. auf diesen zugreifen kann, sodaß aufwendige mechanische Komponenten erübrigt werden können. Gegebenenfalls kann der Kraft- oder Drucksensor lediglich mit einem einfachen, nachgiebigen Abdeckelement abgedeckt bzw. mit einer federelastischen bzw. gummiartigen Abdeckkappe versehen werden, wodurch in vorteilhafter Weise neben einem Schutz vor Ver­ unreinigungen auch ein positiver optischer Gesamteindruck entsteht. Von besonderem Vorteil ist auch, daß eine derartige Sicherheitsschalteinrichtung grundsätzlich unempfindlich gegen Verunreinigungen bzw. Staubansammlungen ist und dadurch auch unter widrigen Einsatzbe­ dingungen eine hohe Funktionssicherheit gegeben ist. Nachdem die Sicherheitsschalteinrich­ tung auch keinerlei mechanisch zu betätigende Schaltkontakte erfordert, welche längerfristig einem Verschleiß unterliegen oder hinsichtlich Schaltentlastung bzw. Funkenbildung an den Kontaktstellen problematisch wären, eignet sich die erfindungsgemäße Sicherheitsschaltein­ richtung auch für den Einsatz in elektromagnetisch empfindlicher oder explosionsgefährdeter Umgebung. Zudem weist die erfindungsgemäße Sicherheitsschalteinrichtung eine überaus hohe maximale Schalthäufigkeit bzw. eine langfristige Einsatzdauer auf. Weiters kann durch den erfindungsgemäßen Aufbau der Sicherheitseinrichtung der fallweise geforderten mehrfa­ che Schaltsicherheit bzw. der sogenannten Einfehlersicherheit durch Parallelanordnung ein­ zelner Komponenten der Sicherheitsschalteinrichtung in einfacher Art und Weise Rechnung getragen werden.

Von Vorteil ist dabei eine Weiterbildung nach Anspruch 2, da dadurch mit relativ einfachen mechanischen Komponenten, welche nur wenige mechanische Freiheitsgrade aufweisen müs­ sen, relativ hohe Schub- bzw. Zugkräfte übertragen werden können. Darüber hinaus sind auf­ wendige Führungsbahnen- und/oder Gelenksverbindungen zwischen einzelnen Teilen erüb­ rigt, wodurch eine hohe Funktionssicherheit der mechanischen Teile erreicht wird, ohne daß dafür hochfeste bzw. hochwertige Materialien erforderlich wären.

Von Vorteil ist auch eine Ausbildung nach Anspruch 3, da dadurch eine direkte Umsetzung der vom Benutzer aufgebrachten Betätigungskräfte in zuverlässig auswertbare elektrische Signale ermöglicht ist, welche von einer Auswertevorrichtung bzw. einem Mikroprozessor direkt verarbeitbar sind.

Von Vorteil ist auch eine Ausgestaltung nach Anspruch 4, da dadurch ein aktiver Signalgeber geschaffen ist, über welchen zuverlässig auf die aktuell einwirkenden Kraft- bzw. Druckver­ hältnisse Rückschluß gezogen werden kann.

Von Vorteil ist weiters eine Ausbildung nach Anspruch 5 oder 6, da dadurch handelsübliche Bauteile eingesetzt werden können, welche hinreichend erprobt sind und relativ kostengünstig erworben werden können.

Bei der Ausgestaltung nach Anspruch 7 ist von Vorteil, daß der Bediener die Einnahme bzw. das Vorliegen des Zustimmungszustandes eindeutig erkennen kann und zugleich eine intuitive Bedienung der Sicherheitsschalteinrichtung ermöglicht wird.

Durch die Weiterbildung nach Anspruch 8 wird erreicht, daß trotz eines grundsätzlich un­ nachgiebigen Kraft- oder Drucksensors für jeden Schaltzustand die Einnahme deutlich unter­ scheidbarer Schaltstufen ermöglicht ist. Die Ausbildung von drei unterschiedlichen Schaltstu­ fen für die drei zur Verfügung stehenden Schaltzustände ermöglicht darüber hinaus für den Bediener die probeweise Einnahme aller verfügbaren Schaltzustände, um die Handhabung der Sicherheitsschalteinrichtung trainieren zu können. Darüber hinaus ist dadurch eine optische Funktionskontrolle der Sicherheitsschalteinrichtung ermöglicht.

Mögliche vorteilhafte Betätigungsarten stehen durch die Anspruch 9 beschriebenen Ausbil­ dungen zur Verfügung.

Vorteilhaft ist auch eine Ausbildung nach einem oder mehreren der Ansprüche 10 bis 13, da dadurch jederzeit eine definierte Ausgangs- bzw. Ruhelage eingenommen wird und eine ein­ fache optische Überprüfung des vorliegenden Schaltzustandes ermöglicht ist.

Von Vorteil ist aber auch eine Weiterbildung nach einem oder mehreren der Ansprüche 14 bis 17, da dadurch leichte Schwankungen der vom Bediener auf die Sicherheitsschalteinrichtung aufgebrachten Betätigungskraft nicht zu einem ungewollten Wechsel der Schaltstufe bzw. nicht zu einer unbeabsichtigten Schaltzustandsänderung führen können. Insbesondere bei län­ geren Betätigungen kann dadurch einer Ermüdungserscheinung des Bedieners und einer un­ gewollten Schaltzustandsveränderung bei kleineren Schwankungen der Betätigungskraft ent­ gegengewirkt werden. Darüber hinaus wird dadurch für den Bediener der Sicherheitsschalt­ einrichtung ein deutlich merkbarer Druckpunkt geschaffen. Zudem ist während der Betäti­ gung eine optische Kontrolle des aktuell eingenommenen Schaltzustandes ermöglicht.

Von Vorteil ist auch eine Ausgestaltung nach Anspruch 18 oder 19, da dadurch eine ver­ gleichsweise hohe Fehlersicherheit geschaffen wird. Zudem können bei Ausfall einer Teil­ komponente die restlichen Komponenten die Funktionssicherheit aufrecht erhalten.

Möglich ist auch eine Ausbildung nach Anspruch 20, wodurch die Sicherheitsschalteinrich­ tung relativ flexibel an unterschiedliche Bediener angepaßt werden kann.

Von Vorteil ist auch eine Ausgestaltung nach Anspruch 21, da dadurch unter Einbindung ent­ sprechender Software in kürzester Zeit eine hochgenaue und zuverlässige Auswertung der vorherrschenden Druckverhältnisse ermöglicht ist.

Mit einer Ausbildung wie in Anspruch 22 beschrieben, kann in einfacher Art und Weise die Abschaltung einer Energieversorgung vorgenommen und dadurch ein kritischer Betriebszu­ stand oder eine unfallverursachende Bewegung zuverlässig beendet werden.

Geringfügige, unbedeutende Schwankungen der Betätigungskraft können durch die Ausfüh­ rung gemäß Anspruch 23 in vorteilhafter Weise nicht zu ungewollten Schaltzustandsverände­ rungen führen, nachdem diese geringfügigen Schwankungen durch elektronische Mittel bzw. Maßnahmen gefiltert werden.

Eine sichere Abschaltung bzw. Stillegung von elektrischen Komponenten kann durch die Ausbildung einer Sicherheitsschalteinrichtung nach Anspruch 24 erzielt werden.

Mögliche vorteilhafte Ausführungen eines Schaltelementes sind in Anspruch 25 beschrieben.

Eine zuverlässige Erkennung eines vorliegenden Panikzustandes ist durch die in Anspruch 26 beschriebene Maßnahme ermöglicht.

Schaltmaßnahmen zur Erzielung einer hohen Betriebssicherheit im jeweiligen Einsatzgebiet der Sicherheitsschalteinrichtung sind im Anspruch 27 oder 28 gekennzeichnet.

Eine vorteilhafte Weiterbildung der Sicherheitsschalteinrichtung ist im Anspruch 29 oder 30 gekennzeichnet. Vorteilhaft ist dabei, daß dem Bediener ein sich abzeichnender Wechsel des aktuellen Schaltzustandes angekündigt wird und dadurch der Bediener ungewollten Schaltzu­ standsveränderungen aktiv entgegenwirken kann, indem dieser die Betätigungskraft geringfü­ gig erhöht bzw. senkt um im vorgesehenen Schaltzustand zu verbleiben. Diese elektronische Vorrichtung zur Vorankündigung bzw. Signalisierung eines Wechsels des Schaltzustandes kann also für den Bediener unter anderem bei Sicherheitsschalteinrichtungen ohne Betäti­ gungsweg eine Unterstützung hinsichtlich der Bedienung darstellen.

Die Aufgabe der Erfindung wird eigenständig auch durch die Merkmale des Anspruches 31 gelöst. Die sich aus den Merkmalen des Kennzeichenteils dieses Anspruches ergebenden Vorteile liegen darin, daß ein relativ kompaktes und einfaches Handbediengerät geschaffen werden kann, welches zudem die Senkung der aufzuwendenden Produktionskosten ermög­ licht.

Die Aufgabe der Erfindung wird unabhängig davon auch durch ein Verfahren zur Bestim­ mung der möglichen Schaltzustände bei einer Sicherheitsschalteinrichtung gemäß den im An­ spruch 32 angegebenen Merkmalen gelöst.

Wie sich aus der Merkmalskombination des Kennzeichenteils dieses Anspruches ergebenden Vorteile liegen darin, daß eine hohe Zuverlässigkeit bei der Erkennung der gewünschten bzw. geforderten Schaltzustände erzielt wird. Weiters ist von Vorteil, daß eine derartige Sicher­ heitsschalteinrichtung relativ einfach aufgebaut werden kann und durch die elektronische Auswertung eine Vielzahl von Sonderzuständen ohne dem Erfordernis komplexer, mechani­ scher Komponenten in einfacher Art und Weise berücksichtigt werden können.

Möglich ist dabei weiters ein Vorgehen gemäß den im Anspruch 33 angegebenen Merkmalen, wodurch in vorteilhafter Weise für den Benutzer ein Verstellweg geschaffen wird, welcher die Bedienung der Sicherheitsschalteinrichtung vereinfachen kann.

Die Erfindung wird im nachfolgenden anhand der in den Zeichnungen dargestellten Ausfüh­ rungsbeispiele näher erläutert.

Es zeigen:

Fig. 1 ein Handbediengerät zur Programmierung und/oder Bedienung von elektrischen Maschinen bzw. Robotern mit der erfindungsgemäßen Sicherheitsschalteinrich­ tung in Draufsicht, teilweise geschnitten und stark vereinfachter, schematischer Darstellung;

Fig. 2 eine weitere Ausführung der erfindungsgemäßen Sicherheitsschalteinrichtung in Seitenansicht und stark vereinfachter, schematischer Darstellung;

Fig. 3 eine andere Ausführungsvariante der erfindungsgemäßen Sicherheitsschaltein­ richtung in Seitenansicht, teilweise geschnitten und stark vereinfachter, schemati­ scher Darstellung;

Fig. 4 eine mögliche Kennlinie eines für die erfindungsgemäße Sicherheitsschaltein­ richtung eingesetzten Kraft- oder Drucksensors;

Fig. 5 eine Zustandstabelle, welche beispielhaft einen möglichen Schaltablauf zeigt und dabei den einzelnen, eingenommenen Schaltstufen die jeweiligen Schaltzustände gegenübergestellt sind.

Einführend sei festgehalten, daß in den unterschiedlich beschriebenen Ausführungsformen gleiche Teile mit gleichen Bezugszeichen bzw. gleichen Bauteilbezeichnungen versehen wer­ den, wobei die in der gesamten Beschreibung enthaltenen Offenbarungen sinngemäß auf glei­ che Teile mit gleichen Bezugszeichen bzw. gleichen Bauteilbezeichnungen übertragen wer­ den können. Auch sind die in der Beschreibung gewählten Lageangaben, wie z. B. oben, un­ ten, seitlich usw. auf die unmittelbar beschriebene sowie dargestellte Figur bezogen und sind bei einer Lageänderung sinngemäß auf die neue Lage zu übertragen. Weiters können auch Einzelmerkmale aus den gezeigten unterschiedlichen Ausführungsbeispielen für sich eigen­ ständige erfindungsgemäße Lösungen bilden.

In Fig. 1 ist ein Ausführungsbeispiel eines Handbediengerätes 1 für die manuelle Bedienung und/oder Programmierung von elektrischen Maschinen oder Robotern in Draufsicht und teil­ weise geschnitten dargestellt. Das Handbediengerät 1 umfaßt mehrere Programmier- und/oder Bedienelemente 2 in Form von Tasten, Schalter, Drehregler und/oder Steuerhebeln. Gegebe­ nenfalls kann das Handbediengerät 1 auch eine Ausgabevorrichtung 3, wie z. B. ein LCD- Display, zur Visualisierung von Prozess- oder Eingabedaten aufweisen. Ebenso können ein­ zelne Ausgabevorrichtungen 3 durch optische Signalquellen, wie z. B. durch Leuchtdioden, gebildet sein, welche bevorzugt in den Programmier- und/oder Bedienelementen 2 integriert sind um den jeweiligen Schaltzustand signalisieren zu können.

Das Handbediengerät 1 ist wie an sich bekannt über eine Leitungsverbindung 4 oder über eine drahtlose Kommunikationsschnittstelle mit einer zentralen Steuervorrichtung für die elektri­ sche Maschine bzw. für den Roboter verbunden. Zudem umfaßt das Handbediengerät 1 eine Sicherheitsschalteinrichtung 5, welche am Gehäuse des Handbediengerätes 1 befestigt ist und von einem Bediener bei der Ausführung von sicherheitskritischen Bewegungsabläufen bzw. Betriebszustandsveränderungen gleichzeitig mit den eigentlichen Programmier- und/oder Be­ dienelementen 2 in entsprechender Weise - wie dies nachfolgend noch näher erläutert werden wird - zu betätigen ist.

Diese Sicherheitsschalteinrichtung 5, welche auch als Zustimmtaster 6 bezeichnet werden kann, umfaßt einen Kraft- oder Drucksensor 7, welcher einwirkende Kraft- oder Druckver­ hältnisse in entsprechende, elektronisch verarbeitbare Signale umzuformen vermag. Die vom Kraft- oder Drucksensor 7 bereitgestellten bzw. generierbaren elektrischen Sensorsignale werden über eine weitere Leitungsverbindung 8 einer elektronischen Auswertevorrichtung 9 zugeführt.

Der Kraft- oder Drucksensor 7 ist im gezeigten Ausführungsbeispiel vom Bediener des Hand­ bediengerätes 1 direkt oder gegebenenfalls unter Zwischenschaltung eines nachgiebigen Ab­ deck- bzw. Schutzelementes zugreifbar. D. h. eine vom Benutzer auf die Sicherheitsschaltein­ richtung 5 aufgebrachte Betätigungskraft wirkt direkt auf eine Oberfläche des Kraft- oder Drucksensors 7 ein, woraufhin dieser entsprechend den vorherrschenden Kraft- oder Druck­ verhältnissen ein entsprechendes Sensorsignal an die Auswertevorrichtung 9 weiterleitet bzw. bereitstellen kann. In der gezeigten Ausführungsform der Sicherheitsschalteinrichtung 5 bzw. des Zustimmtasters 6 gemäß Fig. 1 ist also kein unmittelbarer Verstell- bzw. Betätigungsweg gegeben.

In Fig. 2 ist die erfindungsgemäße Sicherheitsschalteinrichtung 5 in Seitenansicht schemati­ siert dargestellt.

Die Sicherheitsschalteinrichtung 5 ist zur Verwendung in Kombination mit den eigentlichen Programmier- und/oder Bedienelementen 2, wie z. B. Steuerknüppel, Taster oder Schalter, für die Aktivierung eines Bewegungsablaufes oder für die Veränderung eines Betriebszustandes von elektrischen Maschinen oder Industrierobotern vorgesehen. Insbesondere für die Ausfüh­ rung von sicherheitskritischen Bewegungsabläufen oder bei der beabsichtigten Einleitung von Betriebszuständen, bei welchen erhöhtes Unfallrisiko für die Maschine oder für Personen be­ steht, sind derartige Sicherheitsschalteinrichtungen 5 in Kombination mit den üblichen Bedi­ en- bzw. Steuerorganen zu verwenden. Die Sicherheitsschalteinrichtung 5 ist dabei derart in die elektrische Steuerung der Maschine bzw. des Roboters eingebunden, daß die abzusichern­ den Programmier- und/oder Bedienelemente 2 für die Maschine bzw. den Industrieroboter lediglich bei Einnahme einer Zustimmungsstellung an der Sicherheitsschalteinrichtung 5 wirksam geschaltet sind.

Die Sicherheitsschalteinrichtung 5 wird daher in der Praxis oft als Zustimmtaster 6 bezeich­ net. Die Sicherheitsschalteinrichtung 5 bzw. der Zustimmtaster 6 gemäß Fig. 2 ist mehrstufig, insbesondere zweistufig ausgebildet, wobei die vorhandenen Schaltstellungen in Tastfunktion ausgeführt sind. D. h. eine vom Bediener aktiv eingenommene Schaltstellung eines Betäti­ gungselementes bleibt nur während der aktiven Betätigung durch den Benutzer aufrecht. Der Zustimmtaster 6 bzw. dessen Betätigungselement weist also ausgenommen der Ausgangs- bzw. Ruhelage keinerlei verrastende bzw. dauerhaft einnehmbare Stellung auf.

Die Sicherheitsschalteinrichtung 5 bzw. der Zustimmtaster 6 weist wiederum einen Kraft- oder Drucksensor 7 auf, welcher über die Leitungsverbindung 8 an die elektronische Aus­ wertevorrichtung 9 angeschlossen ist.

Mit der gezeigten Sicherheitsschalteinrichtung 5 können über zwei voneinander distanzierte Schaltstufen 10, 11 drei unterschiedliche Schaltzustände eingenommen werden. Die nachfol­ gend beschriebene Sicherheitsschalteinrichtung 5 hingegen weist drei einnehmbare Schaltstu­ fen 10, 11, 12 für die drei vorgesehenen Schaltzustände auf.

In der Ausgangs- bzw. Ruhelage nimmt die Sicherheitsschalteinrichtung 5 die erste Schalt­ stufe 10, insbesondere einen Ruhezustand 13 ein, in welchem ein Schaltelement 14 zur be­ darfsweisen Unterbrechung bzw. Weiterleitung elektrischer Energie unterbrochen ist.

In der nach einem bestimmten Verstellweg 15 erreichten Position eines Betätigungselementes 16, welche Position der Schaltstufe 11 entspricht, nimmt das von der elektronischen Auswer­ tevorrichtung 9 in entsprechender Weise angesteuerte Schaltelement 14 den geschlossenen Schaltzustand ein. Nur in dieser zweiten Schaltstufe 11 ist die Durchführung von sicherheits­ kritischen Bewegungen möglich und zwar nur solange der Bediener die Sicherheitsschaltein­ richtung 1 in diesem Zustimmungszustand 17 hält. Bei Einnahme dieser zweiten Schaltstufe 11 bzw. dieses Zustimmungszustandes 17 kommt ein Endbereich des stößelartigen Betäti­ gungselementes 16 an der drucksensitiven Oberfläche des Kraft- oder Drucksensors 7 zur Anlage und übt dabei einen bestimmten Druck auf den Kraft- oder Drucksensor 7 aus. Diese Veränderung der Druckverhältnisse am Kraft- oder Drucksensor 7 wird von der Auswertevor­ richtung 9 erkannt und folglich das Schaltelement 14 entsprechend dem vom Bediener ge­ wünschten Zustimmungszustand 17 angesteuert.

Im gezeigten Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 2 wird beim Übergang des mehrstufigen Zu­ stimmtasters 6 von der zweiten Schaltstufe 11, insbesondere vom Zustimmungszustand 17 in die dritte Schaltstufe 12, nämlich in den Not-Aus- bzw. Panikzustand 18 kein oder nur ein vernachlässigbar kleiner Verstellweg vom Betätigungselement 16 zurückgelegt. Der Über­ gang von der zweiten Schaltstufe 11, also vom Zustimmungszustand 17, in die dritte Schaltstufe 12, nämlich in den Panikzustand 18, wird vom Kraft- oder Drucksensor 7 durch einen sprunghaften bzw. impulsartigen Anstieg der auf ihn einwirkenden mechanischen Kräfte bzw. Drücke erkannt. Dieser vom Bediener auf den Drucksensor 7 eingebrachte Kraft- bzw. Druckanstieg wird vom Kraft- oder Drucksensor 7 erfaßt und durch ein dementspre­ chendes Sensorsignal an die elektronische Auswertevorrichtung 9 gemeldet. Diese erkennt daraufhin das Vorliegen eines Not-Aus- bzw. eines Panikzustandes 18 und überführt infolge­ dessen das Schaltelement 14 in den geöffneten bzw. in den nicht-leitenden Zustand. Dieser geöffnete bzw. unterbrochene Schaltzustand des Schaltelementes 14 nach einem impulsarti­ gen Kraft- bzw. Druckanstieg am Kraft- oder Drucksensor 7 wird als Nothalt gewertet und zumindest alle kritischen Bewegungsabläufe bzw. Betriebszustände der Maschine bzw. des Roboters werden sofort angehalten.

Bei diesem Zustimmschalter 6 ist also der Wechsel vom Zustimmungszustand 17 in den Pa­ nikzustand 18 ohne Zurücklegung eines Verstellweges ermöglicht. In Notsituationen entfällt dadurch in vorteilhafter Art und Weise jene Verstellzeit, welche erforderlich wäre, um das Betätigungselement 16 der Sicherheitsschalteinrichtung 5 vom Zustimmungszustand 17 in den Panikzustand 18 umzustellen.

Die Sicherheitsschalteinrichtung 5 macht sich dabei über den Kraft- oder Drucksensor 7 die automatische, unweigerliche Reaktion eines Bedieners zunutze, daß dieser kurz vor oder wäh­ rend einer Notsituation, wie z. B. einer Sachbeschädigung oder einem Unfall, die Hände bzw. Finger verkrampft. Erschreckt nämlich der Bediener durch eine plötzlich eintretende, kritische Situation, so nimmt dieser entweder die Hand vom Zustimmtaster 6 und überführt diesen so­ mit in den Ruhezustand 13 oder es erfolgt eine krampfartige Erhöhung des Betätigungsdruc­ kes auf die Sicherheitsschalteinrichtung 5, wodurch diese in den Panikzustand 18 überführt wird und ebenso eine Abschaltung bzw. Stillegung der Maschine oder des Roboters erfolgt. Die erfindungsgemäße Sicherheitsschalteinrichtung 5 erkennt also mittels dem Kraft- oder Drucksensor 7 das Vorliegen einer Notsituation, nachdem in derartigen Fällen zumeist eine deutlich erhöhte Betätigungskraft auf den Zustimmtaster 6 aufgebracht wird.

Über die Auswertevorrichtung 9 bzw. über die Steuerlogik der Auswertevorrichtung 9 wird gesichert verhindert, daß bei einer Aufhebung des Panikzustandes 18 während dem Übergang in den Ruhezustand 13 ein Zustimmungszustand 17 eintritt. Wenn also vom Panikzustand 18 in den Ruhezustand 13 gewechselt wird, so wird von der Auswertevorrichtung 9 verhindert, daß dabei durch das Vorliegen oder Eintreten (Fig. 2) bzw. das Überfahren (vgl. Fig. 3) der zweiten Schaltstufe 11 kurzfristig ein Zustimmungszustand 17 entsteht. Um erneut einen Zu­ stimmungszustand 17 einnehmen zu können, muß zuvor vollständig in den Ruhezustand 13 gewechselt werden. Die Unterbindung einer kurzfristigen Zustimmung nach Einnahme des Panikzustandes 18 bzw. des Nothaltzustandes erfolgt durch die in der elektronischen Aus­ wertevorrichtung 9 implementierte Steuerlogik.

Das Betätigungselement 16 wird im unbetätigten Zustand von wenigstens einem elastisch rückstellenden Federmittel 19 in Form einer Schraubenfeder, Blattfeder oder einem federela­ stischen Kunststoffteil, wie z. B. einem Gummiblock und dgl. in die erste Schaltstufe 10, also in den Ruhezustand 13 gedrängt. In diesem Ruhezustand 13 bzw. in der ersten Schaltstufe 10 ist ein Endbereich 20 des Betätigungselementes 16 in einem Abstand 21 von einer drucksen­ sitiven Oberfläche 22 des Kraft- oder Drucksensors 7 entfernt.

Der Kraft- oder Drucksensor 7 ist bevorzugt über ein Grundgehäuse 23 des Zustimmtasters 6 gehaltert oder zumindest teilweise darin aufgenommen. Das Grundgehäuse 23 mit dem darauf bzw. darin befestigten Kraft- oder Drucksensor 7 ist relativ zum Betätigungselement 16 ver­ stellbar gelagert. Insbesondere ist das Betätigungselement 16 relativverstellbar zum Grundge­ häuse 23 bzw. Kraft- oder Drucksensor 7 gelagert. Bevorzugt ist das Grundgehäuse 23 bzw. der Kraft- oder Drucksensor 7 ortsfest an einer Gehäusewand des in Fig. 1 gezeigten Handbe­ diengerätes 1 montiert und das Betätigungselement 16 ist durch den Bediener bei Aufbringen einer Betätigungskraft relativ zum Kraft- oder Drucksensors 7 bzw. zu dem diesen halternden Grundgehäuse 23 verstellbar.

Die Verstellbewegung des Betätigungselementes 16 erfolgt bevorzugt linear und wird mittels einer aus dem Stand der Technik bekannten Führungsvorrichtung 24 zwischen dem Grundge­ häuse 23 und dem Betätigungselement 16 ermöglicht.

Anschlagflächen 25 und 26 am Betätigungselement 16 bzw. am Grundgehäuse 23 verhindern eine unbegrenzte Verstellung des Betätigungselementes 16 entgegen einer Betätigungsrich­ tung - Pfeil 27 - über die erste Schaltstufe 10 hinweg. D. h. die Anschlagflächen 25, 26 ver­ hindern, daß sich das Betätigungselement 16 vom Grundgehäuse 23 lösen kann.

Selbstverständlich ist es auch möglich, das Betätigungselement 16 rotatorisch zu lagern und somit einen Schwenkweg zwischen den einzelnen Schalt- bzw. Tastzuständen auszubilden. Ebenso ist es möglich, den Kraft- oder Drucksensor 7 selbst relativbeweglich zu einer An­ schlagfläche anzuordnen bzw. am verstellbaren Betätigungselement 16 zu befestigen. Hierfür ist aber eine flexible bzw. längenvariable Leitungsverbindung 8 zwischen dem Kraft- oder Drucksensor 7 und der Auswertevorrichtung 9 erforderlich. Ebenso ist es denkbar, das Grundgehäuse 23 mit dem Kraft- oder Drucksensor 7 bei Aufbringen einer Betätigungskraft relativ zum feststehenden Betätigungselement 16 zu bewegen.

Das Grundgehäuse 23 kann aus Kunststoff gebildet sein und dient vorwiegend zur Halterung des Kraft- oder Drucksensors 7 und gegebenenfalls zur Führung des Betätigungselementes 16.

Der Kraft- oder Drucksensor 7 kann dabei durch einen passiven Sensor gebildet sein, welcher entsprechend den vorliegenden Kraft- bzw. Druckverhältnissen eine Veränderung seines elektrischen Widerstandes vornimmt. Durch die entsprechend der Kraft- bzw. Druckänderung auftretende Veränderung des elektrischen Widerstandes des Kraft- oder Drucksensors 7 kann von der Auswertevorrichtung 9 in Abhängigkeit der Stromaufnahme bzw. des Spannungsab­ falls am Kraft- oder Drucksensor 7 auf die jeweils vorherrschenden Kraft- oder Druckverhält­ nisse Rückschluß gezogen werden. Entsprechend diesen Ergebnissen werden dann die jewei­ ligen Schaltzustände, wie Ruhe-, Zustimmungs- oder Panikzustand 13, 17, 18 am Schaltele­ ment 14 eingestellt.

Ebenso ist es möglich, den Kraft- oder Drucksensor 7 durch einen aktiven Sensor, z. B. in Art eines piezoelektrischen Sensors, zu bilden. Bei einem durch einen piezoelektrischen Sensor gebildeten Kraft- oder Drucksensor 7 kann in Abhängigkeit des der elektronischen Auswerte­ vorrichtung 9 zur Verfügung gestellten elektrischen Sensorsignals bzw. Spannungssignals auf die vorherrschenden Kraft- oder Druckverhältnisse geschlossen werden.

In Fig. 3 ist eine weitere Ausführungsvariante der Sicherheitsschalteinrichtung 5 bzw. des Zustimmtasters 6 in Seitenansicht bei teilweiser Schnittdarstellung gezeigt.

Hierbei ist wiederum der Kraft- oder Drucksensor 7 vom Grundgehäuse 23 der Sicherheits­ schalteinrichtung 5 gehaltert bzw. aufgenommen. Mittels der Führungsvorrichtung 24 ist das Betätigungselement 16 relativ zum Grundgehäuse 23 bzw. relativ zum Kraft- oder Drucksen­ sor 7 verschiebbar gelagert. Unter der Kraftwirkung des Federmittels 19, welche beispielswei­ se durch eine Schraubenfeder für Druckbeanspruchung gebildet ist, wird das mechanische, stößelartige Betätigungselement 16 in die in strichlierten Linien dargestellte, erste Schaltstufe 10 gedrückt. In dieser ersten Schaltstufe 10 bzw. im Ruhezustand 13 ist der dem Kraft- oder Drucksensor 7 zugeordnete Endbereich 20 des Betätigungselementes 16 bevorzugt in einer Distanz zur drucksensitiven Oberfläche 22 des Kraft- oder Drucksensor 7 angeordnet.

Der Bediener kann durch Aufbringen einer gegenüber der Federkraft des Federmittels 19 grö­ ßeren, entgegen gerichteten Betätigungskraft - Pfeil 28 - das Betätigungselement 16 in die zweite Schaltstufe 11 überführen. Diese zweite Schaltstufe 11 ist dem Zustimmungszustand 17 gleichgesetzt. In dieser zweiten Schaltstufe 11 liegt der dem Kraft- oder Drucksensor zu­ geordnete Endbereich 20 des Betätigungselementes 16 an der Oberseite bzw. an der drucksen­ sitiven Oberfläche 22 des Kraft- oder Drucksensors 7 an und übt auf diesen zumindest eine geringfügige Anpreßkraft aus, welche vom Kraft- oder Drucksensor 7 erfaßt und in ein ver­ wertbares elektrisches Signal umgewandelt wird.

Mittels einer zwischen dem Betätigungselement 16 und dem Grundgehäuse 23 wirkenden Positioniervorrichtung 29 kann ein eingenommener Zustimmungszustand 17 auch bei gering­ fügigen Schwankungen der vom Bediener aufgebrachten Betätigungskraft 28 beibehalten werden. Die von der Positioniervorrichtung 29 auf das Betätigungselement 16 aufgebrachte Positionierkraft ist dabei aber stets niedriger gewählt als die vom Federmittel 19 aufbringbare Rückstellkraft, sodaß das Betätigungselement 16 bei Wegnahme der vom Benutzer aufge­ brachten Betätigungskraft - Pfeil 28 - selbsttätig wieder in die erste Schaltstufe 10 bzw. in den Ruhezustand 13 überführt wird.

Die Positioniervorrichtung 29 umfaßt dabei in etwa in Querrichtung zur Betätigungsrichtung - Pfeil 27 - des Betätigungselementes 16 verstellbar gelagerte Halteorgane 30 in Form von Ku­ geln, federelastischen Haltezungen, oder wie in strichlierten Linien angedeutet in Form von federelastisch vorgespannten Bolzen, welche zumindest teilweise in eine nutförmige Aus­ nehmung 31 bzw. in einen Einschnitt des Betätigungselementes 16 ragen. Die Halteorgane 30 werden dabei über ein weiteres Federmittel 32 mit einer bestimmten Anpreßkraft gegen die Oberfläche des Betätigungselementes 16 gedrückt. Gegebenenfalls ist die Federkraft der Fe­ dermittel 32 bzw. die Anpreßkraft der Halteorgane 30 gegen das Betätigungselement 16 mit­ tels wenigstens einem Einstellelement 33 veränderbar. Die Einstellelemente 33 können dabei durch Stellschrauben gebildet sein, über welche die Federvorspannung des Federmittels 32 verändert werden kann.

In der zweiten Schaltstufe 10 bzw. im Zustimmungszustand 17 werden die Halteorgane 30 in die Ausnehmung 31 gedrückt und sichern somit in einem gewissen Ausmaß den Zustim­ mungszustand 17. D. h. geringfügige Schwankungen der vom Bediener aufgebrachten Betäti­ gungskraft 28, welche keinerlei Zustandsveränderungen hervorrufen sollten, werden durch die Positioniervorrichtung 29 mechanisch abgefangen bzw. eliminiert. Die Handhabung der Si­ cherheitsschalteinrichtung 1 bzw. des Zustimmtasters 6 kann dadurch verbessert werden.

Selbstverständlich ist es im Rahmen der Erfindung auch möglich, die Positioniervorrichtung 29 gegengleich auszubilden, d. h. am Betätigungselement 16 Vorsprünge bzw. Verdickungen vorzusehen, welche mit korrespondierenden Vertiefungen bzw. Ausnehmungen am Grundge­ häuse in Wirkerbindung versetzt werden können. In einer möglichen Ausführungsvariante kann die Positioniervorrichtung 29 alleinig durch ausreichend elastische Fortsätze und/oder korrespondierende Ausnehmungen am Betätigungselement 16 bzw. am Grundgehäuses 23 realisiert werden. Die vom Federmittel 19 aufgebrachte Rückstellkraft soll dabei aber stets größer bemessen sein als die von der Positioniervorrichtung 29 aufbringbare Haltekraft, sodaß das Tastverhalten des Zustimmtasters 6 in vorteilhafter Art und Weise erhalten bleibt.

Die Positioniervorrichtung 29 bzw. Haltevorrichtung verhindert also ein ungewolltes Kippen des Zustimmtasters 6 von einem aktuell eingenommenen Zustimmungszustand 17 in den Ru­ hezustand 13 oder in den Panikzustand 18 auch nach länger andauernder, ermüdungsgefähr­ deter Einnahme der zweiten Schaltstufe 11 bzw. des Zustimmungszustandes 17.

Sobald aber die vom Benutzer aufgebrachte Betätigungskraft - Pfeil 28 - die vergleichsweise geringe Haltekraft der Positioniervorrichtung 29 und gegebenenfalls die aktuelle Gegenkraft des Federmittels 19 übersteigt, so wird der Zustimmtaster 6 bzw. das Betätigungselement 16 in die dritte Schaltstufe 12, also in den Panikzustand 18 überführt.

Bei der Ausführung gemäß Fig. 3 ist das Betätigungselement 16 zudem zweiteilig ausgeführt und unter der Kraftwirkung eines zusätzlichen Federmittels 34 längenvariabel. Insbesondere ist dieses Betätigungselement 16 durch ein erstes Übertragungsteil 35 und durch ein zweites Übertragungsteil 36 gebildet. Die beiden Übertragungsteile 35, 36 sind zueinander relativver­ schiebbar geführt und unter der Kraftwirkung des zusätzlichen Federmittels 34 im Normalfall in eine Endlage gedrängt, in welcher das Betätigungselement 16 seine größte Längserstrec­ kung aufweist.

Zumindest bei einem Wechsel vom Zustimmungszustand 17 bzw. von der zweiten Schaltstufe 11 in den Panikzustand 18 bzw. in die dritte Schaltstufe 12 wird die Längserstreckung des Betätigungselementes 16 entgegen der Kraftwirkung des Federmittels 34 reduziert. Im ge­ zeigten Ausführungsbeispiel wird das Federmittel 34 bei Einnahme der in strichlierten Linien dargestellten, dritten Schaltstufe 12 komprimiert, wodurch vom zweiten Übertragungsteil 36 ein höherer Anpreßdruck auf den Kraft- oder Drucksensor 7 ausgeübt wird. Dadurch wird von diesem der geforderte Panikzustand 18 bzw. Not-Aus-Zustand über die Leitungsverbindung 8 an die in Fig. 1 oder Fig. 2 veranschaulichte Auswertevorrichtung 9 gemeldet.

Im gezeigten Ausführungsbeispiel ist also nicht nur ein Verstellweg 15 zwischen der ersten Schaltstufe 10 (dem Ruhezustand 13) und der zweiten Schaltstufe 11 (dem Zustimmungszu­ stand 17), sondern auch ein weiterer Verstellweg 37 zwischen der zweiten Schaltstufe 11 (dem Zustimmungszustand 17) und der dritten Schaltstufe 12 (dem Panikzustand 18) gege­ ben. Dieser dritte Verstellweg 37 wird durch das unter Krafteinwirkung längenvariable, zweiteilige Betätigungselement 16 erzielt.

Selbstverständlich ist es im Rahmen der Erfindung aber auch möglich, das Grundgehäuse 23 unter Krafteinwirkung längenvariabel auszubilden und somit in äquivalenter Weise den Ver­ stellweg 37 zu realisieren.

Die Längsführung zwischen dem ersten Übertragungsteil 35 und dem zugeordneten zweiten Übertragungsteil 36 kann in Art einer Kolben-Zylinderanordnung ausgeführt sein. Ein maxi­ mal möglicher Längsverstellweg 38 zwischen den federelastisch gegeneinander abgestützten Übertragungsteilen 35, 36 ist in etwa gleich dem Verstellweg 37 zwischen dem Zustim­ mungszustand 17 und dem Panikzustand 18 gewählt. Anschlagflächen 25, 26 am Betäti­ gungselement 16 bzw. am Grundgehäuse 23 verhindern ein Lösen des Betätigungselementes 16 vom Grundgehäuse 23 infolge der permanenten Kraftwirkung des Federmittels 19 auf das Betätigungselement 16.

In der dritten Schaltstufe 12 bzw. im Panikzustand 18 kann die vom Bediener aufgebrachte Betätigungskraft 28 auch direkt, nämlich ohne Zwischenschaltung der Elastizität des zusätzli­ chen Federmittels 34, auf den Kraft- oder Drucksensor 7 einwirken, wenn der Längsverstell­ weg 38 der beiden Übertragungsteile zueinander anschlagbegrenzt ist und dabei kleiner be­ messen wird als der Verstellweg 37 in die dritte Schaltstufe 12.

Der Vorteil der Sicherheitsschalteinrichtung 5 bzw. des Zustimmtasters 6 gemäß Fig. 3 liegt darin, daß durch die Positioniervorrichtung 29 bzw. die dementsprechende Haltevorrichtung ein für den Benutzer deutlich merkbarer Druckpunkt geschaffen wird, welcher das Vorliegen des Zustimmungszustandes 17 deutlich erkennbar macht. Zudem ist von Vorteil, daß für den Bediener trotz der Anordnung eines an und für sich nicht komprimier- bzw. stauchbaren Kraft- oder Drucksensors 7 ein deutlich spürbarer Verstellweg 37 vom Zustimmungszustand 17 in den Panikzustand 18 zur Verfügung steht.

Gegebenenfalls ist es auch möglich, in der dritten Schaltstufe 12 bzw. für den Panikzustand 18 eine weitere Positionier- bzw. Haltevorrichtung vorzusehen, welche auch derart ausgebil­ det sein kann, daß das Betätigungselement 16 in dieser Not-Aus-Stellung bleibend gehalten wird. Dadurch kann einerseits die Einnahme des Not-Aus-Zustandes dauerhaft gesichert wer­ den und nur bewußt durch Aufbringen einer Gegenkraft wieder aufgehoben werden. Zudem ist eine Verrastung in der dritten Schaltstufe 12 bzw. im Panikzustand 18 für die Nachvoll­ ziehbarkeit von eingenommenen Not-Aus-Zuständen der Maschine bzw. des Roboters von Vorteil.

Fig. 4 zeigt eine mögliche Kennlinie des in Zusammenschau mit Fig. 1 bis 3 beschriebenen Kraft- oder Drucksensors 7. Auf einer Abszisse 39 eines Diagramms 40 ist dabei die auf den Kraft- oder Drucksensor 7 einwirkende Kraft und auf einer Ordinate 41 ist die Größe bzw. Amplitude des mit dem Kraft- oder Drucksensor 7 generierbaren bzw. des von diesem bereit­ gestellten Sensorsignal aufgetragen.

Diagramm 40 zeigt dabei, daß der Kraft- oder Drucksensor 7 eine weitgehend lineare Cha­ rakteristik aufweist. Selbstverständlich ist es auch möglich, nichtlinear arbeitende Kraft- oder Drucksensoren 7 einzusetzen. Der Auswertevorrichtung 9 sind wenigstens zwei Grenzwerte 42, 43 für das Sensorsignal vorgegeben. Insbesondere ist ein unterer Grenzwert 42 und ein oberer Grenzwert 43 hinsichtlich der Größe des Sensorsignals vordefiniert. Die Auswertevor­ richtung 9 vergleicht dabei fortwährend die aktuellen Werte des Sensorsignals mit den vorde­ finierten Grenzwerten 42, 43. Liegt dabei der aktuelle Wert des Sensorsignals unterhalb dem Grenzwert 42, so erkennt die Auswertevorrichtung 9 den Ruhezustand 13. Liegt der aktuelle Wert des Sensorsignals zwischen dem unteren Grenzwert 42 und dem oberen Grenzwert 43, so erkennt die Auswertevorrichtung 9 den Zustimmungszustand 17. Liegt jedoch der eingele­ sene Wert des Sensorsignals über dem oberen Grenzwert 43, so erkennt die Auswertevor­ richtung 9 den Panikzustand 18 bzw. einen Nothaltzustand.

Ist der aktuelle Amplituden- oder Frequenzwert des Sensorsignals niedriger als der untere Grenzwert 42, so ist die auf den Kraft- oder Drucksensor 7 einwirkende Betätigungskraft - Pfeil 28 - kleiner einem bestimmten unteren Schwellwert 44. Ist der aktuelle Wert des Sensor­ signals zwischen dem unteren Grenzwert 42 und dem oberen Grenzwert 43 einzureihen, so liegt die aktuell einwirkende Betätigungskraft - Pfeil 28 - zwischen dem unteren Schwellwert 44 und einem bestimmten oberen Schwellwert 45. Übersteigt die auf den Kraft- oder Druck­ sensor 7 einwirkende Betätigungskraft - Pfeil 28 - den oberen Schwellwert 45, so steigt auch der Wert des Sensorsignals über den oberen Grenzwert 43, wodurch die Auswertevorrichtung 9 einen Panikzustand 18 erkennt und diese Information entsprechend weiterleitet.

Selbstverständlich ist es anstelle des gezeigten, direkt-proportional wirkenden Kraft- oder Drucksensors 7 auch möglich, indirekt-proportional wirkende Kraft- oder Drucksensoren 7 einzusetzen, bei welchen mit zunehmender Krafteinwirkung eine Verkleinerung einer Signalamplitude bzw. eine Reduzierung einer Signalfrequenz eintritt.

Die in Zusammenschau mit den Fig. 1 bis 4 beschriebene Fig. 5 zeigt eine Zustandstabelle 46 der Sicherheitsschalteinrichtung 5 bzw. des Zustimmtasters 6 bei Einnahme einzelner Schaltstufen 10, 11, 12 bzw. Schaltzustände in Verbindung mit verschiedenen Übergängen der einzelnen Schaltstufen 10, 11, 12 bzw. Schaltzustände.

In der ersten Tabellenzeile sind dabei die einzelnen Schaltstufen 10, 11, 12 und beispielhaft mehrere vorgenommene Wechsel der einzelnen Schaltstufen 10, 11, 12 eingetragen. In der zweiten Tabellenzeile sind die entsprechenden Schaltzustände des Schaltelementes 14, näm­ lich offen (0) bzw. nichtleitend sowie geschlossen (1) bzw. leitend eingetragen. Daraus ist klar ersichtlich, daß die elektronische Auswertevorrichtung 9 bei einem Schaltzustandüber­ gang von der dritten Schaltstufe 12 in einen beliebigen anderen Schaltzustand 10 oder 11 selbst eine kurzfristige Zustimmung wirksam unterbindet.

Zurückkommend auf die Darstellung gemäß den Fig. 1 bis 3 ist es gemäß einer bevor­ zugten Weiterbildung - wie diese insbesondere in Fig. 2 veranschaulicht ist - auch möglich, anstelle einer mechanischen Haltevorrichtung 29 eine Signalisiervorrichtung 47 vorzusehen, welche dem Bediener der Sicherheitsschalteinrichtung 5 ein Erreichen des unteren und/oder oberen Grenzwertes 42, 43 bzw. ein Erreichen des unteren und/oder oberen Schwellwertes 44, 45 der Betätigungskraft - Pfeil 28 - signalisiert. Diese Signalisiervorrichtung 47 ist bevorzugt durch einen akustischen Signalgeber 48, z. B. in Art eines Miniaturlautsprechers, gebildet. Selbstverständlich ist es auch möglich, eine optische Signalisiervorrichtung 47 vorzusehen, welche z. B. eine Leuchtdiode als optische Signalquelle umfaßt.

Mittels dieser Signalisiervorrichtung 47 wird dem Bediener, insbesondere bei Einnahme der zweiten Schaltstufe 11 bzw. des Zustimmungszustandes 17, eine Annäherung an den unteren und/oder oberen Grenzwert 42, 43 bzw. an den unteren bzw. oberen Schwellwert 44, 45 be­ zugnehmend auf die Betätigungskraft - Pfeil 28 - mitgeteilt, sodaß ein unbeabsichtigter Wech­ sel in den Ruhe- bzw. in den Panikzustand 13 bzw. 18 verhindert werden kann.

Das Erreichen des unteren unteren und/oder oberen Grenz- bzw. Schwellwertes 42, 43; 44, 45 ausgehend von der zweiten Schaltstufe 11 bzw. vom Zustimmungszustand 17 kann dem Be­ diener dabei durch ein in der Intensität und/oder in der Frequenz variierendes akustisches und/oder optisches Signal des Signalgebers 48 verdeutlicht werden. So kann z. B. vor dem Erreichen bzw. Überschreiten des unteren und/oder oberen Grenzwertes 42, 43 die Frequenz eines akustischen Signals kontinuierlich erhöht werden und dadurch dem Bediener eine be­ vorstehende Unterschreitung bzw. Überschreitung des vordefinierten Grenzwertes 42 bzw. 43 unmißverständlich angekündigt werden. Diese optische und/oder akustische Signalisiervor­ richtung 47 ermöglicht dem Bediener also eine gesicherte Beibehaltung des Zustimmungszu­ standes 17 auch bei längerfristiger, ermüdungsgefährdeter Bedienung der Sicherheitsschalt­ einrichtung 5. Die Signalisiervorrichtung 47 kann in einfacher Art und Weise in die Auswer­ tevorrichtung 9 implementiert sein. Diese Signalisiervorrichtung 47 bzw. die dementspre­ chende Vorwarneinrichtung zur Abgabe eines Hinweissignals vor dem tatsächlichen Wechsel des aktuellen Schaltzustandes kann dabei in einfacher Art und Weise softwaremäßig über einen Mikroprozessor oder aber auch diskret mittels Schwellwertschaltungen realisiert wer­ den. Ein Vorteil dieser Signalisiervorrichtung 47 besteht darin, daß ein Bediener die Handha­ bung der Sicherheitsschalteinrichtung 5 trainieren bzw. sich auf die erforderlichen Betäti­ gungskräfte und die vordefinierten Grenzwerte 42, 43 bzw. Schwellwerte 44, 45 einstellen kann.

Die Signalisiervorrichtung 47 bzw. Vorwarnvorrichtung kann - wie in Fig. 2 dargestellt - mit der elektronischen Auswertevorrichtung 9 eine einzige Baueinheit bilden, welche auf den mechanischen Komponenten der Sicherheitsschalteinrichtung 5 montiert ist. Ebenso ist es möglich, die Signalisiervorrichtung 47 und/oder die Auswertevorrichtung 9 örtlich getrennt zur Sicherheitsschalteinrichtung 5 anzuordnen und eine Leitungsverbindung 8 zwischen den einzelnen Komponenten aufzubauen.

Die Auswertevorrichtung 9 bzw. das Schaltelement 14 ist über eine standardmäßige Schnitt­ stelle in Form von Anschlußklemmen oder dgl. in eine elektrische Steuervorrichtung für die Maschine bzw. für den Roboter einbindbar.

Der Ordnung halber sei abschließend darauf hingewiesen, daß zum besseren Verständnis der Sicherheitsschalteinrichtung 5 oder des Handbediengerätes 1 dieses bzw. deren Bestandteile teilweise unmaßstäblich und/oder vergrößert und/oder verkleinert dargestellt wurden.

Die den eigenständigen erfinderischen Lösungen zugrundeliegende Aufgabe kann der Be­ schreibung entnommen werden.

Vor allem können die einzelnen in den Fig. 1; 2; 3; 4; 5 gezeigten Ausführungen und Maß­ nahmen den Gegenstand von eigenständigen, erfindungsgemäßen Lösungen bilden. Die dies­ bezüglichen, erfindungsgemäßen Aufgaben und Lösungen sind den Detailbeschreibungen dieser Figuren zu entnehmen.

Bezugszeichenaufstellung

1

Handbediengerät

2

Programmier- und/oder Bedienelement

3

Ausgabevorrichtung

4

Leitungsverbindung

5

Sicherheitsschalteinrichtung

6

Zustimmtaster

7

Kraft- oder Drucksensor

8

Leitungsverbindung

9

Auswertevorrichtung

10

Schaltstufe

11

Schaltstufe

12

Schaltstufe

13

Ruhezustand

14

Schaltelement

15

Verstellweg

16

Betätigungselement

17

Zustimmungszustand

18

Panikzustand

19

Federmittel

20

Endbereich

21

Abstand

22

Oberfläche

23

Grundgehäuse

24

Führungsvorrichtung

25

Anschlagfläche

26

Anschlagfläche

27

Pfeil (Betätigungsrichtung)

28

Pfeil (Betätigungskraft)

29

Positioniervorrichtung

30

Halteorgan

31

Ausnehmung

32

Federmittel

33

Einstellelement

34

Federmittel

35

Übertragungsteil

36

Übertragungsteil

37

Verstellweg

38

Längsverstellweg

39

Abszisse

40

Diagramm

41

Ordinate

42

Grenzwert

43

Grenzwert

44

Schwellwert

45

Schwellwert

46

Zustandstabelle

47

Signalisiervorrichtung

48

Signalgeber

Claims (33)

1. Sicherheitsschalteinrichtung zur Verwendung in Kombination mit den üblichen Programmier- und/oder Bedienelementen einer Maschinen- bzw. Robotersteuerung für manu­ elle Steuer- bzw. Programmiervorgänge an Maschinen oder Robotern, wobei die Sicherheits­ schalteinrichtung die wechselweise Einnahme wenigstens zweier, insbesondere dreier Schalt­ zustände, wie Ruhezustand, Zustimmungszustand und/oder Panikzustand ermöglicht, dadurch gekennzeichnet, daß ein Kraft- oder Drucksensor (7) angeordnet ist, auf welchen von einem Bediener zur Betätigung (Umschaltung) der Sicherheitsschalteinrichtung (5) eine Kraftwir­ kung einbringbar ist und der Kraft- oder Drucksensor (7) zur Ermittlung der jeweils einge­ nommenen Schaltzustände in Abhängigkeit der vom Kraft- oder Drucksensor (7) erfaßten Belastungswerte mit einer elektronischen Auswertevorrichtung (9) verbunden ist.

2. Sicherheitsschalteinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß dem Kraft- oder Drucksensor (7) zumindest ein mechanisches Betätigungselement (16) zugeordnet ist und das Betätigungselement (16) oder der Kraft- oder Drucksensor (7) in Abhängigkeit des von einem Bediener gewünschten bzw. erforderlichen Schaltzustand relativ zueinander ver­ stellbar gelagert ist.

3. Sicherheitsschalteinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Kraft- oder Drucksensor (7) durch einen mechanisch-elektrischen Wandler zur Um­ wandlung einwirkender mechanischer Belastungen bzw. Kräfte in unterschiedliche elektrische Sensorsignale oder in entsprechende elektrische Widerstandswerte gebildet ist.

4. Sicherheitsschalteinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Kraft- oder Drucksensor (7) durch einen piezoelektrischen Wandler zur Umformung einwirkender mechanischer Belastungen bzw. Kräfte in entsprechende elektrische Spannungs­ signale gebildet ist.

5. Sicherheitsschalteinrichtung nach einem oder mehreren der vorhergehenden An­ sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Kraft- oder Drucksensor (7) durch einen passiven Sensor, welcher entsprechend den vorherrschenden Kraft- oder Druckverhältnissen seinen elektrischen Widerstandswert verändert, gebildet ist.

6. Sicherheitsschalteinrichtung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Kraft- oder Drucksensor (7) durch einen Deh­ nungsmeßstreifen gebildet ist.

7. Sicherheitsschalteinrichtung nach einem oder mehreren der vorhergehenden An­ sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die drei Schaltzustände Ruhezustand (13) bzw. Zu­ stimmungszustand (17) und Panikzustand (18) durch lediglich zwei zueinander distanzierte Schaltstufen (10; 11, 12) bzw. Schaltstellungen des Betätigungselementes (16) relativ zum Kraft- oder Drucksensor (7) definiert sind. (Fig. 2)

8. Sicherheitsschalteinrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die drei Schaltzustände Ruhezustand (13), Zustimmungszustand (17) und Panikzustand (18) durch drei unterschiedliche, zueinander distanzierte Schaltstufen (10, 11, 12) bzw. ungesicherte Taststellungen des Betätigungselementes (16) relativ zum Kraft- oder Drucksensor (7) definiert sind. (Fig. 3)

9. Sicherheitsschalteinrichtung nach einem oder mehreren der vorhergehenden An­ sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das stößelartige Betätigungselement relativ zu einem den Kraft- oder Drucksensor (7) aufnehmenden oder halternden Grundgehäuse (23) translato­ risch oder rotortorisch verstellbar gelagert ist.

10. Sicherheitsschalteinrichtung nach einem oder mehreren der vorhergehenden An­ sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens ein elastisch rückstellendes Federmittel (19), dessen Kraftwirkung beim Übergang von einer ersten Schaltstufe (10) in wenigstens eine zweite, in Betätigungsrichtung - Pfeil (27) - nachfolgende Schaltstufe (11, 12) zu über­ winden ist, angeordnet ist.

11. Sicherheitsschalteinrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß das Federmittel (19) das Betätigungselement (16) in den ersten Schaltzustand (10) bzw. in den Ruhezustand (13) drängt und zwischen Abstützflächen am Betätigungselement (16) und am Grundgehäuse (23) angeordnet ist.

12. Sicherheitsschalteinrichtung nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeich­ net, daß das Federmittel (19) zumindest teilweise innerhalb des Grundgehäuses (23) angeord­ net sind.

13. Sicherheitsschalteinrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 10 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß das Federmittel (19) das Betätigungselement (16) in den durch Fortsätze oder Ausnehmungen am Betätigungselement (16) anschlagbegrenzten Ruhe­ zustand (13) bzw. Ausgangszustand drängt, in welchem ein Endbereich (20) des Betätigungs­ elementes (16) in einem Abstand (21) zu einer drucksensitiven Oberfläche (22) des Kraft- oder Drucksensors (7) angeordnet ist. (Fig. 2)

14. Sicherheitsschalteinrichtung nach einem oder mehreren der vorhergehenden An­ sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens eine mechanische Positioniervorrichtung (29) zwischen dem Betätigungselement (16) und dem Grundgehäuse (23) oder dem Kraft- oder Drucksensor (7) angeordnet ist, welche durch die Kraftwirkung des vorgespannten Fe­ dermittels (19) überwindbar bzw. aufhebbar ist, sodaß das relativ zueinander verstellbare Be­ tätigungselement (16) und Grundgehäuse (23) selbsttätig in die erste Schaltstufe (10) bzw. in den Ruhezustand (13) überführbar ist. (Fig. 3)

15. Sicherheitsschalteinrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Positioniervorrichtung (29) wenigstens in der zweiten Schaltstufe (11) oder in etwa in Mittel­ stellung des Betätigungselementes (16) bezogen auf den maximalen Relativverstellweg bzw. im Zustimmungszustand (17) einen für einen Benutzer spürbaren Druckpunkt schafft. (Fig. 3)

16. Sicherheitsschalteinrichtung nach Anspruch 14 oder 15, dadurch gekennzeich­ net, daß die Positioniervorrichtung (29) federelastisch gegen das Betätigungselement (16) oder gegen das Grundgehäuse (23) vorgespannte Halteorgane (30) aufweist.

17. Sicherheitsschalteinrichtung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß die Halteorgane (30) durch quer zur Betätigungsrichtung - Pfeil (27) - des Betätigungselementes (16) federelastisch vorgespannte und zwischen dem Betätigungselement (16) und dem Grundgehäuse (23) verstellbar gelagerte Kugeln oder Bolzen oder Federzungen gebildet sind.

18. Sicherheitsschalteinrichtung nach einem oder mehreren der vorhergehenden An­ sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens einem relativ zum Grundgehäuse (23) ver­ stellbaren Betätigungselement (16) zwei Kraft- und Drucksensoren (7) zugeordnet sind, wel­ che jeweils mit einer eigenen, unabhängig voneinander ermittelnden Auswertevorrichtung (9) leitungsverbunden sind.

19. Sicherheitsschalteinrichtung nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Auswertevorrichtungen (9) unterschiedliches Schaltungsdesign aufweisen oder mit elektrischen Bauteilen bzw. Komponenten unterschiedlicher Technologie aufgebaut sind.

20. Sicherheitsschalteinrichtung nach einem oder mehreren der vorhergehenden An­ sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Auswertevorrichtung (9) durch eine elektrische Schwellwertschaltung, insbesondere durch eine Schmitt-Trigger-Schaltung mit voreinstellba­ ren Umschaltgrenzen bzw. Kippschwellen bezugnehmend auf das vom Kraft- oder Drucksen­ sor (7) bereitgestellte Spannungssignal gebildet ist.

21. Sicherheitsschalteinrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 19, dadurch gekennzeichnet, daß die Auswertevorrichtung (9) durch einen Mikroprozessor gebil­ det ist, welcher das vom Kraft- oder Drucksensor (7) bereitgestellte analoge Spannungssignal unter Zwischenschaltung oder Verwendung eines Analog/Digital-Wandlers bewertet.

22. Sicherheitsschalteinrichtung nach einem oder mehreren der vorhergehenden An­ sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Auswertevorrichtung (9) entsprechend dem vorlie­ genden Schaltzustand wenigstens einen potentialfreien Kontakt eines Schaltelementes (14), insbesondere einen Schließerkontakt umschaltet bzw. ansteuert.

23. Sicherheitsschalteinrichtung nach einem oder mehreren der vorhergehenden An­ sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Auswertevorrichtung (9) den Zustimmungszustand (17) innerhalb eines durch einen unteren und einen oberen Grenzwert (42, 43) definierten Werte- bzw. Größenbereiches des elektrischen Sensorsignals vom Kraft- oder Drucksensor (7) erkennt und daraufhin der potentialfreie Kontakt bzw. das Schaltelement (14) den ge­ schlossenen Zustand einnimmt.

24. Sicherheitsschalteinrichtung nach einem oder mehreren der vorhergehenden An­ sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Schaltelement (14) oder der Schaltkontakt sowohl in der dem Ruhezustand (13) als auch in der dem Panikzustand (18) entsprechenden Schaltstufe (10, 12) nichtleitend oder unterbrochen ist.

25. Sicherheitsschalteinrichtung nach einem oder mehreren der vorhergehenden An­ sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der potentialfreie Kontakt durch ein mechanisches Schaltelement (14) oder durch einen Halbleiterschalter gebildet ist.

26. Sicherheitsschalteinrichtung nach einem oder mehreren der vorhergehenden An­ sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Auswertevorrichtung (9) einen Panikzustand (18) durch eine impulsartige Überschreitung des oberen Grenzwertes (43) des vordefinierten Wertebereiches für den Zustimmzustand (17) infolge krampfartiger Kraft- oder Druckerhö­ hung auf die Sicherheitsschalteinrichtung (5) oder auf den Kraft- oder Drucksensor (7) er­ kennt.

27. Sicherheitsschalteinrichtung nach einem oder mehreren der vorhergehenden An­ sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Auswertevorrichtung (9) bei einer Rückstellung von der dritten Schaltstufe (12) bzw. vom Panikzustand (18) in die erste oder zweite Schaltstufe (10, 11) bzw. in den Ruhe- oder Zustimmungszustand (13, 17) auch einen kurzfri­ stigen Zustimmungszustand (17) bzw. ein kurzfristiges Schließen des Schaltelementes (14) oder ein Durchschalten des Halbleiterschalters wirksam unterbindet.

28. Sicherheitsschalteinrichtung nach einem oder mehreren der vorhergehenden An­ sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Auswertevorrichtung (9) das Schaltelement (14) ausschließlich bei einem Wechsel der Schaltzustände vom Ruhezustand (13) in den Zustim­ mungszustand (17) in den geschlossenen bzw. leitenden Zustand überführt.

29. Sicherheitsschalteinrichtung nach einem oder mehreren der vorhergehenden An­ sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß eine Signalisiervorrichtung (47) ausgebildet ist, welche ausgehend vom Zustimmungszustand (18) vor dem Unter- bzw. Überschreiten des unteren und/oder oberen Grenzwertes (42, 43) des Sensorsignals oder vor dem Unter- bzw. Über­ schreiten eines unteren und/oder oberen Schwellwertes (44, 45) der vom Benutzer aufge­ brachten Betätigungskraft - Pfeil (28) - über einen Signalgeber (48) ein akustisches oder opti­ sches Hinweissignal ausgibt.

30. Sicherheitsschalteinrichtung nach Anspruch 29, dadurch gekennzeichnet, daß die Signalisiervorrichtung (47) beim Annähern an den unteren und/oder oberen Grenzwert (42, 43) oder Schwellwert (44, 45) über den Signalgeber (48) ein intensitäts- und/oder frequenzva­ riierendes Hinweissignal aussendet.

31. Handbediengerät für Roboter oder andere elektrische Maschinen mit Program­ mier- und/oder Bedienelementen zur Programmierung und/oder Steuerung von Bewegungs­ abläufen oder Betriebszuständen, dadurch gekennzeichnet, daß das Handbediengerät (1) eine Sicherheitsschalteinrichtung (5) nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche umfaßt.

32. Verfahren zur Bestimmung der möglichen Schaltzustände, wie Ruhezustand, Zustimmungszustand und Panikzustand bei einer Sicherheitsschalteinrichtung für die Ver­ wendung in Kombination mit den üblichen Programmier- und/oder Bedienelementen zur ma­ nuellen Bewegungs- oder Betriebszustandssteuerung von Maschinen oder Robotern, dadurch gekennzeichnet, daß die unterschiedlichen Schaltzustände durch die auf einen Kraft- oder Drucksensor (7) einwirkenden Kraft- oder Druckverhältnisse und mittels einer diesem zuge­ ordneten, elektronischen Auswertevorrichtung (9) ermittelt werden.

33. Verfahren nach Anspruch 32, dadurch gekennzeichnet, daß für eine Schaltzu­ standsveränderung ein von einem Bediener zu betätigendes Betätigungselement (16) relativ zu einem Grundgehäuse (23) der Sicherheitsschalteinrichtung (5) verstellt wird.