用于关闭开口的机构的防护锁的制作方法

专利名称：用于关闭开口的机构的防护锁的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种根据权利要求1前述部分所述的机构的防护锁，用于关闭开 背景技术
防护锁作为安全保护装置的部件，该保护装置用于机器安装的一封闭区域，其 可能是潜在危险的源头。该安装可能是，例如，机器或者机构，比如用于制造、处理或 加工毛坯的机器人，和化工设备，或者类似装置。
防护锁安装在门或百叶窗之间，门或百叶窗关闭的区域作为移动部件，相反的 墙或门框作固定部件。至少一个门或副翼，其四周密封，可以枢转或者滑动开、关，能 够被防护锁制动或锁闭。
在所有情况下，至少一个安全传感器置于门和邻近的墙之间。另外，提供一控 制器，与机器装置和安全传感器一起使防护锁作用或不作用，这与开门机器装置的操作 状态相应。如果对人来说，机器装置不再是潜在的危险，例如可以通过门到达安全区域 或者通过门进入安全区域，通过将机器装置移动部件的停止状态发信号传给控制器，例 如，通过停止监控，例如，控制器启动防护锁，结果就是人可以开门进入安全区域。
如果机器装置的至少一部分没有停止或者预警，或者开门前其还没有停止或者 预警，防护锁锁闭，结果门不能开启。另外，当至少一个门开启的时候，控制器阻止机 器装置运行。
DE102004030362A1描述了一设备，用来控制安全相关的装置的锁闭，比如安全 门或类似设备。该设备具有一锁闭元件，其可移动地安装，由一驱动元件驱动，并能从 该设备壳体中伸出与装置进行锁定配合接触，以实现锁定的目的。
DE102004030362A1设备的一个缺陷是，当锁闭元件处于锁定情形时，驱动器和 /或锁闭元件可能被损坏，因为锁闭元件和/或驱动器可以弯曲或过热。防护锁就失效并 需要替换，结果需要停工并修理和维护工作。发明内容
因此，本发明的目的是为构件提供一种防护锁，用来关闭根据权利要求1的前 序部分所述的开口，其可采用改进的、安全的防护锁的简单结构，而以简单的装置能够 防止防护锁的损坏。
该目的通过权利要求1的特征即可实现。
因此，如权利要求1的前序部分所述，为构件提供了一防护锁，用来关闭一开 口。例如，该开口具有一活动部件，比如门、百叶窗或盖，及一固定的部分，比如墙或 框架。锁栓在其纵向方向的锁闭和开启位置之间引导运动。一驱动器用于执行移动锁 栓的运动，并且一传动装置设置在驱动器和锁栓之间。驱动器为电机的形式，其中驱动 器、传动装置和锁栓之间根据运动连接以直接传递动能。由于驱动器按照运动机械地连接到锁栓上，驱动器运动的监控相当于锁栓运动的监测，且二者具有相同的意义。如果 驱动器运动，锁栓也运动，反之亦然。提供一控制器可调控锁栓的运动速度。另外，控 制器被设计成监控驱动器的运动。控制器连接到至少一个传感器，结果控制器可以确定 活动部件相对于固定部件的相对位置。驱动器的运动直接作用于锁栓的运动，而没有其 他任何的储能装置介入。驱动器、传动装置和锁栓结合以直接传递动能。传动装置为纯 粹的齿轮机构，将电机输出轴的旋转运动转换成锁栓的直线运动。
通过使用电机作当作驱动器，克服了在科技领域存在的偏见，直到现在，仍然 有人认为必须为防护锁提供电磁体装置。虽然作为电磁体布置的替换驱动器已在其他领 域所知，但是他们没有被用于安全有关的防护锁中，这是由于科技领域的技术人员存在 这种偏见，电磁体装置响应快，具有可靠的设计，并且制造相对便宜。使用一除电磁体 外的其他组件来促动锁栓已经被重复排除，由于考虑到在电机产生的电磁场存在干涉， 这就完全排除了在安全有关组件中使用。
本发明人发现，由于电磁体装置的快速响应，速度不是决定性的，即使它是安 全相关的所涉及的防护锁。可以获得高安全等级，即使与电磁体的“即时”促动相比具 有一相对低的锁栓速度，本发明人第一次发现，即使是通过电机获得速度，仍然可以得 到一操作机器合理的反应时间，例如，当试图打开操作活动部件或门的过程中。例如， 有可能在1或2秒内实现锁栓移动20mm。相应的锁栓的速度为20mm/s，例如，对安全 要求以及机器厂商和用户的相关处理来说是足够的。对于提到的速度，可能获得大致1 秒的时间内促动锁栓从防护锁壳体移出大致20mm的距离。
通过控制器可以防止锁栓阻碍和/或驱动器的破坏，依靠所述控制器调整锁栓 的速度和同时监控驱动器的运动，以确定锁栓“阻碍”或“开始回升”。由于按照运 动的结合，对驱动器运动的监控可以与对锁栓的运动进行监控具有相同的意义。这种通 过控制器对驱动器运动的监控可以通过锁栓在两端位置之间移动所需的时间及与该时间 预先设定的阈值比较来实现。当超过可存储在控制器存储器中的阈值时，驱动器停止， 并且控制器输出一错误信号。到达端部位置可以通过与控制器相连的至少一个传感器执 行。该控制器可为光栅、一RFID传感器、一脉冲反射传感器、一机械触点、簧片触点和 一霍尔传感器。同样可以对驱动器的旋转提供驱动器的“旋转监控”。同样可以在一个 实施例中同时提供时间测量和旋转监控。例如，旋转监控可以通过把电机设为步进电机 的形式来实现，通过旋转给驱动器提供反馈。另外，控制器决定了活动部件相对于固定 部件的位置，以为驱动器提供保护，通过控制器防止其受到阻碍和/或过热，因为控制 器与至少一个用来检测位置的传感器相连。这意味着，即锁栓可以仅当给出活动部件处 于锁定位置的信号后缩回。
利用电机驱动锁栓具有许多优点。驱动器本身是较难操纵的，因为它不会受到 电磁场任何的影响。另外，大的行程(大致上超过10mm，S卩，多个数量级)可以实现， 而在通过利用电磁体的情况下不能实现，另外，其中可以在该行程中实现作用在锁栓上 的力为常数。
由于通过利用电机驱动，且为“旋转电机”的形式，并具有一机械传动装置， 则锁栓的运动可逆，并且不需要为了锁栓的反向行程而使用弹簧偏压装置。另外，限定 锁栓的可以到达的位置，其处于锁栓最大行程位置之间，通过选择齿轮齿数比或者适宜4的传动装置及进行调整，通过电机的电子控制，使锁栓的速度进行调整而达到该位置。 这样，传动装置将电机的旋转运动转换成锁栓的直线运动。当横向载荷大致为100N(例 如，通过支撑门或活动部件)时，锁栓可以施加大约一半边缘载荷的开启/锁定的力。
另外，如果能量出现故障，具有电机驱动器和机械传动装置的防护锁保持能量 故障前的状态。防护锁为双稳态系统。
优选地，允许电机的最大容许电流限于800mA，特别是600mA，更优选为 500mA。结果，采用一电机消耗的低的电流，锁栓可获得一高的动能。另外，可更优选 地，电机在输出轴上具有从0.2Nm至0.4Nm的动能，及一在70rpm至170rpm的速度。 在短的时间周期内，一相对高的电流消耗可以通过一适当的电容器获得。
优选地，还提供了一传感器，相对于锁栓的运动，其处于静止或者定态，并与 控制器相连，并通过该传感器，可以检测锁栓到达的端部位置。因此，控制器可以建立 是否和何时到达锁栓的端部位置，不论驱动器是否驱动。该传感器提供安全探测的可能 性，不论是否已经到达端部位置。
通过优选地相对于锁栓的移动横向布置电机，可获得一机构紧凑的防护锁。为 了能进一步减小防护锁的体积，电机可以相对于锁栓的运动纵向布置。为此，锁栓可以 有一齿条，优选地在其上整体形成，作为传动装置的一部分，所述齿条与蜗轮配合，其 中蜗轮与驱动器连接，作为传动装置的另一部分。
传动装置为纯齿轮机构，优选具有一正齿轮，与驱动器连接，一齿条，与正齿 轮配合并连接在锁栓上。结果是，提供了一便宜的并且设计、制造、装配简单的防护 锁。
传动装置为纯齿轮机构，优选具有一蜗轮，与驱动器连接，及一曲柄连杆组 件，其与蜗轮连接，并与锁栓连接。结果是，提供了一便宜的并且设计、制造、装配简 单的防护锁。另外，由于曲柄连杆组件，一高速传动机构/ “杠杆作用”是可能的。
优选地，可以测定锁栓的位置和运动的传感器为光栅、一 RFID传感器、一脉冲 反射传感器、一机械触点或霍尔传感器，为了得到便宜并且可靠的防护锁，可根据外部 条件选择传感器，外部条件还包括操作安全。


下文将参照附图所述的实施例详细解释本发明。
图1为根据本发明的防护锁在锁定位置或锁栓缩回位置的示意图2为根据本发明示范性实施例的防护锁在锁定位置或锁栓缩回位置的示意 图。
具体实施方式
图1为根据本发明的防护锁在锁定状态下的示意图。门，如图所示，作为活动 部件，通过一锁栓1，能够相对于作为固定部件的固定的墙(未示出)关闭，当防护锁安 装在该两部件之一，并且使锁栓1与另一部件上的相应的开口 2形成锁定状态。锁栓1 处于锁定或者闭合端位置。
在开启端位置，锁栓1基本上插入壳体3中。5
在图1所示的锁定端位置，锁栓1从壳体3中缩回，并且可以锁门。为此，锁 栓1与门或墙中的开口 2配合，从而形成锁闭状态，这依赖于两个部件，即门或墙中的哪 一个上使已经安装了防护锁。
锁栓1被导引在锁栓纵向方向移动。为了驱动锁栓1，提供一驱动器4，其通过 一传动装置5驱动锁栓1，传动装置5安装在它们之间。原理是，驱动器4驱动传动装 置5，其接下来移动锁栓1。驱动器4为一电机的形式。传动装置5纯粹为一齿轮装置 的形式。
锁栓1在环绕锁栓的导向件的一端线性滑动。
传动装置5具有一正齿轮6，其与驱动器4相连，及一齿条7，其与正齿轮6啮合 并与锁栓1相连。正齿轮6直接与驱动器4连接。正齿轮6与齿条7直接啮合齿条7以 形成锁定形式，其中齿条7与锁栓1直接连接，从而直接将齿条7的运动传递给锁栓1。
传动装置5将驱动器4的旋转运动转换成锁栓1的平移运动。
驱动器4通过传动装置5直接地与锁栓1连接，传动装置为一齿轮单元。为此， 驱动器4、传动装置5及锁栓1彼此互相连接，这样，使传动装置5或者驱动器4的运动 直接转化为锁栓1的运动。另外，驱动器4、传动装置5和锁栓1以这种形式的互相连 接，驱动器4的反向运动直接导致传动装置5的瞬时反向运动。锁栓1、驱动器4及传动 装置5之间机械连接，形成锁定配合。该直接机械耦合导致锁栓1随着驱动器4的反向 运动而反向运动。驱动器4、传动装置5和锁栓1的这种连接的特点在于动能的直接传 递。
为了检测锁栓1的运动，提供了一传感器8，其确定锁栓1所处的端部位置。在 如图所示的示范性实施例中，传感器8为一光栅。当锁栓1缩回壳体时，锁栓1不阻止 光栅，并且传感器8产生一信号，表示锁栓1处于开启位置。这样，传感器8可以规定 在端部位置发出“光栅阻碍”的信号，由于通过光栅可能检测到在锁栓1中的开口，并 且开口相对于光栅这样布置，当开口在两个端部位置之间时，光栅不被阻碍。在端部位 置，开口的边被传感器8或者光栅检测到，并且触发光栅。
传感器8也可以这样提供，其布置成静态光栅，与锁栓1穿过的两通孔相关，这 样，在端部位置，光栅不受阻碍的穿过两个通孔，并在锁栓1的运动中被锁栓1触发。
也可以提供两个传感器8a、8b，其为光栅的形式，并在纵向方向或者锁栓1的 移动方向上间隔，以大致锁栓1的移动偏差，设置在锁栓1的端部，并远离壳体出口或 者在传动装置5的延伸处。传感器8a，如图1所示，例如当锁栓1缩回时，发出一 “光 栅自由”的信号，同样，传感器池也是这样。当锁栓1插入时，传感器8a、池发出一“光栅阻碍”的信号。
在一可替换示范性性实施例中，传感器8a和池，其为间隔设置的光栅，同样可 布置在壳体3的前部区域，紧邻锁栓1的穿孔处。穿孔区域的布置提供了一更加紧凑的 设计。
传感器8、8a和8b同样可以是一 RFID传感器、脉冲回波传感器、机械触点、 簧片触点或者霍尔传感器，用于检测锁栓1的位置。壳体3中的位置可极大地与传感器 8、8a和8b的位置相符，它们都是光栅的形式。
为了驱动驱动器4或者电机，还提供一控制器9，同样与传感器8相连，以检测例如锁栓1所处的端部位置。控制器9同样可以设计成检测锁栓从一端运动到另一端所 需要的时间。因此，能够知道驱动器4能否自由移动及锁栓1没有抽出或者被阻挡。利 用控制器9计算得到锁栓1的速度及在两端之间的路程，最大允许的时间可以作为一阈值 存储在控制器9的存储器中或根据此计算得到。如果超过阈值，就可假定锁栓1和驱动 器4的运动被阻止。
由于驱动器4、传动装置5和锁栓1直接机械连接，如果电流作用到电机上锁栓 1必然移动。然而，如果在壳体3外有阻碍，则锁栓1不能移动。这种阻碍可能起因于 锁栓1受到开口 2的挤压而没有处于图1所示的位置上，但是锁栓1楔入开口 2(从闭锁 位置至开锁位置)或不能进入开口 2或从壳体3中穿出(从开锁位置至闭锁位置)。如果 出现这种阻碍，控制器可通过传感器8检测到阻碍并产生一故障信号。为了监控驱动器4 的运动，电机形式的驱动器4可以采用步进电机，其通过“执行”运动反馈给控制器9。 例如，当出现驱动器4的运动受到阻碍时，驱动器4可以停止并由控制器9产生一故障信 号。
至少还有一个传感器12，其被安装在防护锁的壳体3面向移动部分侧上，以确 定移动部分是否在锁定还是非锁定的位置。传感器12与控制器9相连，并且控制器9检 测移动部分的位置，其中仅当传感器12 “正确”识别移动部件的位置时，锁栓1缩回进 锁定端位置。传感器12为RFID传感器或者脉冲反射传感器(CSS)。
在按照本发明的如图2所示的防护锁的示范性实施例中，传动装置5具有一蜗轮 10，其与驱动器4相连，并具有一曲柄连杆机构11，其与蜗轮10配合并与锁栓1相连。 防护锁中其他元件的结构与如图1所示的示范性实施例中的相同。
权利要求
1.一种机构的防护锁，用于关闭开口，该开口具有固定部件和活动部件，该防护锁 包括锁栓(1)，其在该锁栓的纵向方向上的锁定端位置和开启端位置之间导向运动； 驱动器(4)，用于执行移动该锁栓(1)的运动；及在该驱动器(4)和该锁栓(1)之间的传 动装置(5)，其特征在于该驱动器(4)为电机，并且该驱动器(4)、该传动装置(5)和 该锁栓(1)以直接传递动能的方式根据运动连接，这能通过控制器(9)来调节该锁栓的速 度，并能监控根据运动与该锁栓(1)连接的该驱动器(4)的运动，由控制器(9)执行，该 控制器(9)与至少一个传感器(12)连接，以测定该活动部件相对于该固定部件的位置。
2.根据权利要求1所述的防护锁，其特征在于，该电机允许消耗的最大电流限于 800mA,特别是600mA，更优选为500mA。
3.根据权利要求1或2所述的防护锁，其特征在于，提供另一个传感器(8)，其与该 控制器(9)连接，通过该传感器，能够检测该锁栓(1)已经到达端部位置。
4.根据权利要求1至3中的任一项所述的防护锁，其特征在于，该驱动器(4)相对于 该锁栓(1)的运动方向横向布置。
5.根据权利要求1至4中的任一项所述的防护锁，其特征在于，该传动装置(5)具有 正齿轮(6)和齿条(7)，该正齿轮(6)与该驱动器(4)连接，该齿条(7)与正齿轮(6)啮 合并与锁栓(1)连接。
6.根据权利要求1至4中的任一项所述的防护锁，其特征在于，该传动装置(5)具有 蜗轮(10)和曲柄连杆机构(11)，该蜗轮(10)与该驱动器(4)连接，该曲柄连杆机构(11) 与该蜗轮(10)配合并与该锁栓(1)连接。
7.根据权利要求1至6中的任一项所述的防护锁，其特征在于，该传感器(12)的形 式为RFID传感器、脉冲反射传感器、机械触点、簧片触点或者霍尔传感器。
8.根据权利要求3所述的防护锁，其特征在于，该另一个传感器(8)的形式为光栅、 RFID传感器、脉冲反射传感器、机械触点、簧片触点或者霍尔传感器。
9.根据权利要求1至8中的任一项所述的防护锁，其特征在于，该控制器(9)具有为 时间阈值设置的存储器，并能对该控制器(9)执行的、在该端部位置之间运动的锁栓(1) 所需的时间进行对比。
10.根据权利要求1至8中的任一项所述的防护锁，其特征在于，该驱动器(4)与该 控制器(9)连接，以相对于驱动器⑷的旋转反馈。
全文摘要
用于关闭一开口的机构的防护锁，该开口具有一固定部件和一活动部件，该防护锁具有在锁栓的纵向方向上的锁定和开启端位置之间导向移动的锁栓(1)、用于实现移动锁栓(1)的驱动器(4)及在驱动器(4)和锁栓(1)之间的传动装置(5)，其中驱动器(4)为电机，并且驱动器(4)、传动装置(5)和锁栓(1)根据运动连接，以此方式可直接传递动能，通过一控制器(9)可以对锁栓的速度进行调节，并能够监控驱动器(4)的运动，根据运动与锁栓(1)连接，由控制器(9)实现，并且控制器(9)与至少一个传感器(12)连接，以测定活动部件相对于固定部件的位置。
文档编号E05B47/06GK102022038SQ20101054084
公开日2011年4月20日 申请日期2010年9月14日 优先权日2009年9月14日
发明者于姚, 亚萨·塞维克, 安德烈亚斯·威尔廷, 英戈·斯帕伦伯格, 迈克尔·赫伯特 申请人:K.A.施莫沙尔控股两合公司