專利名稱：用于監(jiān)控可以相互移動(dòng)的兩個(gè)部件的閉合位置的安全開關(guān)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于監(jiān)控可以相對(duì)于彼此移動(dòng)的兩個(gè)部件的閉合位置的安全開關(guān)，特別是用于監(jiān)控自動(dòng)裝置的防護(hù)門的安全開關(guān)，該開關(guān)包括致動(dòng)器和傳感器，致動(dòng)器和傳感器各自被固定于其中一個(gè)部件，致動(dòng)器具有致動(dòng)器天線而傳感器具有傳感器天線，當(dāng)部件處于閉合位置，經(jīng)由天線，致動(dòng)器和傳感器被變壓器耦合，特別是像收發(fā)器一樣。
背景技術(shù)：
這種類型的安全開關(guān)由Eucher GmbH & Co.KG公司(德國(guó)70771Leinfelden-Echterdingen)出售，產(chǎn)品名稱為CES。
關(guān)于防止意外事件發(fā)生的保護(hù)的保險(xiǎn)考慮在自動(dòng)裝置的規(guī)劃和設(shè)計(jì)中起著愈來(lái)愈重要的作用。采用各種保護(hù)措施來(lái)使這這種裝置安全，特別是應(yīng)急斷電開關(guān)、擋光板和公知的防護(hù)門，其與護(hù)柵一起防止接觸所述裝置的危險(xiǎn)部件。在裝置操作期間，必須以故障-保險(xiǎn)(fail-safe)方式來(lái)探測(cè)防護(hù)門的打開，因?yàn)榇蜷_的防護(hù)門表示安全風(fēng)險(xiǎn)。相應(yīng)的歐洲標(biāo)準(zhǔn)EN954-1和同等的且相關(guān)的規(guī)則(例如，新的IEC EN61508或從后者衍生出的prENISO13849-1)規(guī)定了對(duì)保護(hù)措施的要求。本發(fā)明因此涉及一種為了上述目的而計(jì)劃和設(shè)計(jì)的且至少滿足EN954-1的類別3或者等同的保險(xiǎn)要求的安全開關(guān)。
根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)，為了以充分的故障保險(xiǎn)度來(lái)監(jiān)控防護(hù)門的閉合位置，且更加一般地是彼此相互可移動(dòng)的兩個(gè)部件的閉合位置，公知有各種安全開關(guān)。除了也能提供互鎖功能的機(jī)械開關(guān)之外，有各種類型的非接觸安全開關(guān)。它們?cè)谖廴经h(huán)境下具有優(yōu)勢(shì)。在一種公知類型的非接觸安全開關(guān)中的致動(dòng)器和傳感器在閉合位置相互磁耦合。為了防止手動(dòng)操作，在一些情況下使用編碼磁鐵配置。
在另一種類型的非接觸安全開關(guān)中，在傳感器與致動(dòng)器之間使用單獨(dú)的編碼通信，僅當(dāng)移動(dòng)部件處于閉合位置時(shí)才能進(jìn)行這種通信。對(duì)于這類安全開關(guān)，特別使用所謂的收發(fā)器(在一些情況下還被稱為“標(biāo)簽”)。當(dāng)收發(fā)器被變壓器耦合于傳感器時(shí)，其向該傳感器傳輸單獨(dú)的編碼。來(lái)自上述Euchner公司的安全開關(guān)屬于這種安全開關(guān)。
另一種現(xiàn)有技術(shù)的安全開關(guān)由K.A.Schmersal GmbH公司(德國(guó)42232 Wuppertal)提供，產(chǎn)品名稱為BZ 16。這種公知的安全開關(guān)存在一缺點(diǎn)必須使用專用開關(guān)變量來(lái)用于每個(gè)接近方向，即從致動(dòng)器到傳感器的接近方向。作為舉例，如果需要安全開關(guān)用于其中致動(dòng)器被規(guī)定為從上面而不是從前面朝向傳感器移動(dòng)的應(yīng)用中，則需要該公知的安全開關(guān)的另一種不同變量。在個(gè)別情形下，對(duì)于制造商和用戶，這不僅使得安裝安全開關(guān)變得困難，還導(dǎo)致增加保管費(fèi)用，因?yàn)榭偸瞧谕哂幸欢〝?shù)量的重要元件的備用部件以用于的生產(chǎn)。
在來(lái)自上述Euchner的CES安全開關(guān)的情況下，為了避免該問題，可以在安全開關(guān)上在不同取向上安裝“傳感器探頭”(即包含傳感器天線的傳感器的部)。因此可以通過傾斜傳感器探頭來(lái)獲得不同的接近方向。該方案減小了庫(kù)存，卻導(dǎo)致了復(fù)雜的設(shè)置。
此外，EP0968567B1公開了一種用于像本文提出的那些應(yīng)用的基于收發(fā)器的安全開關(guān)的基本設(shè)計(jì)。然而，沒有考慮本文所述的問題。
根據(jù)這種背景，本發(fā)明的目的是提供上述類型的安全開關(guān)，其需要更簡(jiǎn)化的設(shè)置和減小的庫(kù)存努力，同時(shí)保持高的保險(xiǎn)水平。
發(fā)明內(nèi)容
根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方案，通過具有磁方向特性的傳感器天線來(lái)實(shí)現(xiàn)該目的，該磁方向特性允許在起始于傳感器天線的至少兩個(gè)相互垂直的空間方向上與致動(dòng)器變壓器耦合。
從而，由于具有新方向特性的傳感器天線，因此能夠產(chǎn)生用于致動(dòng)器的不同接近方向，其中在特殊情形下的方向特性還取決致動(dòng)器相對(duì)于傳動(dòng)器天線的取向(這在下文中將被更加詳細(xì)地闡述)。不言而喻，如此構(gòu)造傳感器天線的方向特性，以便于相互垂直的接近方向的每一個(gè)確保一個(gè)定義的開關(guān)距離。在這種情況下開關(guān)距離為傳感器與致動(dòng)器之間的(最大)距離，在這個(gè)距離上安全開關(guān)探測(cè)到可移動(dòng)部件的閉合位置。
為了當(dāng)前的所關(guān)心的領(lǐng)域，本發(fā)明的解決方案因此首次利用具有不止一個(gè)預(yù)定的優(yōu)先方向的傳感器天線。與此相比較，現(xiàn)有技術(shù)中的所有公知的安全開關(guān)使用具有僅含有一個(gè)可用的優(yōu)先方向的方向特性的傳感器天線。因此，在現(xiàn)有技術(shù)的安全開關(guān)的情況下，還需要提供不同的開關(guān)變量或者將傳感器探頭旋轉(zhuǎn)到期望的方向。相比較，本發(fā)明的解決方案使用的傳感器天線，在最簡(jiǎn)單的情況下為全方向，且原則上可以從任意期望的空間方向上接近該傳感器天線。
此外，本發(fā)明還基于這樣一個(gè)發(fā)現(xiàn)，即為了確保所必需的安全而不必具有僅含有一個(gè)優(yōu)先方向的方向特性。理論上，不同的接近方向使被操作成為可能。然而，這可以以不同的方式被可靠地處理，特別是當(dāng)時(shí)用單獨(dú)編碼的收發(fā)器時(shí)。也不再需要僅具有一個(gè)優(yōu)先方向的傳感器天線來(lái)確保限定的開關(guān)距離。申請(qǐng)人所做的實(shí)踐測(cè)試表明，利用根據(jù)本發(fā)明的解決方案還可以從多個(gè)接近方向獲得限定的開關(guān)距離。
新穎的安全開關(guān)允許傳感器的安裝位置或取向被容易改變，而不必為了該目的重新設(shè)置或調(diào)節(jié)機(jī)械部件。因此可以在不同的接近方向靈活地使用該新穎的安全開關(guān)。在沒有任何附加的安裝努力下，減小了庫(kù)存成本。上述目的能夠完全實(shí)現(xiàn)。
此外，該新穎的解決方案的優(yōu)點(diǎn)是簡(jiǎn)化了安全開關(guān)的殼體設(shè)計(jì)，特別是當(dāng)期望的殼體包含防污和防噴水的保護(hù)時(shí)。
在優(yōu)選的改進(jìn)方案中，傳感器天線具有基本上全方向的特性。
在該改進(jìn)方案中，傳感器天線不僅被設(shè)計(jì)為用于兩個(gè)接近方向，還允許從許多空間方向接近致動(dòng)器。在這種情況下可以將全方向特性約束在一個(gè)平面上，即，允許從前、從右、從左以及可能從后來(lái)接近它。然而，在一個(gè)優(yōu)選的改進(jìn)方案中，全方向特性為三維的，即還可以從上面或從下面接近該新穎的傳感器天線。雖然本領(lǐng)域相關(guān)技術(shù)人員會(huì)意識(shí)到實(shí)踐中精確的球形形狀(即，沒有任何槽口或“凹痕”)幾乎沒有可行性，但理想地，新穎的傳感器天線因此具有各向同性的方向特性。因此，當(dāng)致動(dòng)器可以成功地從大量不同的空間方向來(lái)接近傳感器時(shí)，可以提供用于本發(fā)明目的的全方向特性。該改進(jìn)方案還不排除由于其它原因而被排除的單個(gè)空間方向，例如由于由電源電纜引起的機(jī)械障礙而排除的方向。
關(guān)于安裝位置和取向，優(yōu)選的改進(jìn)方案給新穎的安全開關(guān)帶來(lái)特別高度的靈活性。此外，該改進(jìn)方案的優(yōu)點(diǎn)是可以以較寬的公差制作和在安全開關(guān)中安裝傳感器天線，由此減小制造成本。
在另一改進(jìn)方案中，傳感器天線包括多個(gè)具有不同地排列的方向特性的天線元件。
在一個(gè)示例性的實(shí)施例中，傳感器天線包括，例如，相互呈直角布置且各自“負(fù)責(zé)”一個(gè)或兩個(gè)接近方向的兩個(gè)天線元件。通過在天線之間切換，或通過在同時(shí)操作時(shí)的方向特性的疊加，能夠獲得具有高度均勻的全方向特性。該改進(jìn)方案使得能夠容易在不同的接近方向上獲得相同的開關(guān)距離。
在另一改進(jìn)方案中，傳感器天線包括空芯線圈。
線圈作為傳感器天線應(yīng)用于安全開關(guān)在現(xiàn)有技術(shù)中并不罕見。然而，在迄今為止所知道的所有情形中，線圈用在鐵氧體罐，以便于獲得常規(guī)的(一側(cè))方向特性。相比較，根據(jù)本發(fā)明的空芯線圈為不帶鐵氧體罐操作的導(dǎo)體環(huán)(但為了增加電感可以具有鐵芯)。在該方案中通過在一定程度上減少構(gòu)件來(lái)減小制造中的材料成本和裝配努力。此外，空芯線圈其本身提供允許多個(gè)相互垂直的接近方向的場(chǎng)分布。
在另一改進(jìn)方案中，傳感器天線包括平坦地布置在用于傳感器的電路板上的線圈。如果線圈為電路板上的導(dǎo)體跡線的形式，則是特別優(yōu)選的。
該改進(jìn)方案允許新穎的安全開關(guān)物理尺寸特別小且平坦。令人驚訝地，已發(fā)現(xiàn)在沒有任何關(guān)于該新穎的安全開關(guān)的范圍(開關(guān)距離)的顯著約束下該物理尺寸的減小是可能的。相比較，該新穎的平坦形狀使得能夠?qū)⒃撔路f的安全開關(guān)安裝得更接近于門軌或類似的地方，以便于有效的可利用的范圍覆蓋變得更大。此外，該改進(jìn)的方案使得成本減少，因?yàn)闅んw部件可以更小。呈電路板上的導(dǎo)體跡線形式的線圈尤其節(jié)約成本，因?yàn)檫@允許特別經(jīng)濟(jì)地制造。
在另一改進(jìn)方案中，方向特性具有用于變壓器耦合的較強(qiáng)的第一優(yōu)先方向和較弱的第二優(yōu)先方向，其中將傳感器天線布置在具有殼體壁的天線殼體中，且其中傳感器天線與殼體壁之間在第一優(yōu)先方向上的距離比在第二優(yōu)先方向上的距離長(zhǎng)。
在該改進(jìn)方案中，與第二較弱的優(yōu)先方向相比，在第一較強(qiáng)的優(yōu)先方向上更加遠(yuǎn)離殼體壁布置傳感器天線。該更遠(yuǎn)的距離和隨距離減小的場(chǎng)強(qiáng)使得能夠容易和優(yōu)質(zhì)地補(bǔ)償在不同接近方向上的不同開關(guān)距離。因此這一新穎的安全開關(guān)的該改進(jìn)方案在不同的接近方向上具有更加均勻的響應(yīng)。
在另一改進(jìn)方案中，在垂直于第一優(yōu)先方向上將傳感器天線布置成離至少兩個(gè)殼體壁具有相同的距離。
當(dāng)空芯線圈用作傳感器天線時(shí)，該改進(jìn)方案特別有利，因?yàn)樵谙鄬?duì)于線圈縱軸呈直角的方向上其場(chǎng)分布很大程度上是旋轉(zhuǎn)對(duì)稱的。通過利用離與第一優(yōu)先方向垂直的殼體的各個(gè)壁的相同距離，使得該新穎的安全開關(guān)的響應(yīng)更加均勻。
在另一改進(jìn)方案中，該新穎的安全開關(guān)具有含有安裝面的傳感器殼體，其中在傳感器天線與安裝面之間布置場(chǎng)絕緣體。特別地，可以使用電和/或磁導(dǎo)體板作為場(chǎng)絕緣體，即，例如銅、鋁、鐵、軟鐵和/或鐵氧體板。
該改進(jìn)方案克服了該新穎安全開關(guān)的可能潛在的缺點(diǎn)，特別是方向特性受安裝場(chǎng)所的材料影響的可能性。通常，將現(xiàn)有技術(shù)的安全開關(guān)的安裝面擰到可以彼此相互移動(dòng)的部件的其中之一，例如擰到門框上。如果該門框由金屬構(gòu)成，傳感器天線的方向特性會(huì)受到影響。結(jié)果，開關(guān)距離會(huì)改變。在優(yōu)選的改進(jìn)方案中，以確定的方式減小和/或確定該影響。因此在金屬板上安裝傳感器對(duì)傳感器天線沒有影響，或有至少相當(dāng)小的影響。可以以更小的公差來(lái)遵守該新穎安全開關(guān)的操作參數(shù)。
在另一改進(jìn)方案中，傳感器天線與安裝面之間的距離近似5mm或以上。
該改進(jìn)方案還有助于最小化任何金屬安裝面對(duì)安全開關(guān)的影響。在實(shí)踐測(cè)試中已經(jīng)發(fā)現(xiàn)被作為天線的外表面與要安裝的外部殼體表面之間的距離而測(cè)量的傳感器天線與安裝面之間近似5mm的上述距離，對(duì)于可靠操作是充足的。更大的距離進(jìn)一步減小安裝位置的影響，如果該距離過小，則這會(huì)導(dǎo)致安裝位置對(duì)用于安全應(yīng)用的開關(guān)距離有過大影響。
在另一改進(jìn)方案中，致動(dòng)器天線具有第一取向，用于在所述至少兩個(gè)垂直空間方向中的第一個(gè)方向上的變壓器耦合，并具有第二取向，用于在所述至少兩個(gè)垂直空間方向中的第二個(gè)方向上的變壓器耦合，其中第一和第二取向?yàn)橄鄬?duì)于彼此旋轉(zhuǎn)大約90°的方向。
換句話說(shuō)，這意味著致動(dòng)器(具有器致動(dòng)器天線)作為期望的接近方向的函數(shù)來(lái)被旋轉(zhuǎn)。原則上，作為對(duì)此的替代方案，對(duì)于每個(gè)接近方向還可以使致動(dòng)器的取向不變。相比較，該優(yōu)選的改進(jìn)方案具有機(jī)械優(yōu)勢(shì)。這是因?yàn)椋瑸榱舜_保限定的開關(guān)距離，對(duì)于致動(dòng)器天線，期望使用相對(duì)大的線圈直徑，例如28mm。另一方面，致動(dòng)器天線在天線軸方向上相對(duì)較平坦，使得致動(dòng)器在天線軸上比在其側(cè)面短。該優(yōu)選的改進(jìn)方案的優(yōu)點(diǎn)是，在每一情況下可以移動(dòng)致動(dòng)器至距傳感器相同的距離，而不管接近方向如何。這簡(jiǎn)化了安裝并且使得容易提供限定的開關(guān)距離。
不言而喻，在不脫離本發(fā)明的范圍下，上述和下面還將闡述的特征不僅可以如所述的那樣相結(jié)合來(lái)使用，還可以用其他方式結(jié)合被使用，或它們本身就可以使用。
本發(fā)明的示例性實(shí)施例在下面的說(shuō)明中將被更加詳細(xì)地闡述，且在附圖中示例說(shuō)明，其中
圖1示出具有新穎安全開關(guān)的自動(dòng)裝置的示意圖；圖2示出新穎安全開關(guān)的一個(gè)示例性實(shí)施例的簡(jiǎn)化圖；圖3示出圖2的具有磁方向特性的安全開關(guān)的簡(jiǎn)化圖；圖4示出用于新穎安全開關(guān)的另一示例性實(shí)施例的原理電路圖；圖5示出新穎安全開關(guān)的另一示例性實(shí)施例的簡(jiǎn)化圖；圖6示出圖5的處于第二操作位置的安全開關(guān)。
具體實(shí)施例方式
在圖1中，包含新穎安全開關(guān)的自動(dòng)裝置整體上由參考標(biāo)記10表示。在該情況下，使用安全開關(guān)來(lái)監(jiān)控防護(hù)門12的閉合位置，該防護(hù)門12被用于使所述裝置安全。作為舉例，這里裝置被示為機(jī)器人14。然而該新穎的安全開關(guān)的使用領(lǐng)域不限于該具體實(shí)例。通常，新穎安全開關(guān)可以用于安全監(jiān)控可以彼此相對(duì)移動(dòng)的兩個(gè)部件的任意的(閉合)位置。這還包括，例如，一個(gè)活塞對(duì)相對(duì)于活塞筒或另一活塞的位置的監(jiān)控，在該情況下，術(shù)語(yǔ)“閉合位置”意味著該活塞位于其它物體的區(qū)域內(nèi)。
安全開關(guān)包括致動(dòng)器16和傳感器18。致動(dòng)器16被固定于防護(hù)門12。傳感器18被固定于壁20(或固定于這里未示出的防護(hù)門12的框)。當(dāng)防護(hù)門12處于閉合狀態(tài)(這里未示出)，在物理空間上致動(dòng)器16處于傳感器18的附近，這導(dǎo)致在致動(dòng)器16與傳感器18之間以在下文中將進(jìn)一步詳細(xì)闡述的方式的收發(fā)器式的耦合。當(dāng)防護(hù)門12被打開，致動(dòng)器16從傳感器18處移開，這導(dǎo)致所述收發(fā)器式的耦合被“撕扯開”。則傳感器18產(chǎn)生讓機(jī)器人14關(guān)閉的切換信號(hào)。
在這種情況下，傳感器18經(jīng)由兩條線連接于安全開關(guān)器件22。第一條線從安全開關(guān)器件22引向傳感器18。可以通過安全開關(guān)器件22將測(cè)試信號(hào)經(jīng)由該線傳輸?shù)絺鞲衅?8，以便于檢驗(yàn)其操作。經(jīng)由第二線26，安全開關(guān)器件22接收由傳感器18產(chǎn)生的切換信號(hào)和防護(hù)門12處于閉合狀態(tài)的信號(hào)。在案卷號(hào)為103 34 653.8的德國(guó)專利申請(qǐng)中描述了一種通過安全開關(guān)器件22來(lái)監(jiān)控傳感器的優(yōu)選類型，通過引用將該專利申請(qǐng)的全部?jī)?nèi)容并入本文。然而，作為另一可選擇的方案，在相關(guān)規(guī)則的范疇內(nèi)(至少EN954-1中的類別3或者等同的安全要求)，還可以以不同的故障保險(xiǎn)方式來(lái)設(shè)計(jì)傳感器18。作為舉例，最初引用的EP0968567B1描述了具有雙信道評(píng)估結(jié)構(gòu)的執(zhí)行。
在輸出側(cè)，本文中的安全開關(guān)器件22控制兩個(gè)接觸器28、30，它們布置成以實(shí)質(zhì)上公知的方式產(chǎn)生電源32到機(jī)器人14的接觸。在致動(dòng)器-傳感器結(jié)合體16、18發(fā)現(xiàn)防護(hù)門12打開時(shí)，或者在前述故障監(jiān)控過程中識(shí)別到未定義的且因此處于保險(xiǎn)臨界狀態(tài)時(shí)，經(jīng)由接觸器28、30，安全開關(guān)器件22中斷到機(jī)器人14的電源。
安全開關(guān)器件22優(yōu)選為遵守歐洲標(biāo)準(zhǔn)EN954-1的類別4或等同的保險(xiǎn)標(biāo)準(zhǔn)。作為舉例，安全開關(guān)器件是來(lái)自本發(fā)明申請(qǐng)人的PNOZelog型。然而，作為另一選擇，傳感器18還可以連接于可編程安全控制器，如本發(fā)明申請(qǐng)人在市場(chǎng)上所銷售的，商標(biāo)為PSS。
在圖2中，整體上由參考標(biāo)記36表示該新穎安全開關(guān)的示例性實(shí)施例。除此之外，相同的參考標(biāo)記表示與前面相同的元件。
用于安全開關(guān)36的傳感器18具有帶有殼體壁40、42、44(參見圖3)的傳感器殼體38。在這種情況下，將傳感器殼體分為兩部分。傳感器天線46被布置在第一部分且在這里呈現(xiàn)為空芯線圈的形式。這里在平行于線圈縱軸的剖面中示意性地示出空芯線圈46。
和傳感器天線46連接的電子電路48布置在傳感器殼體38的第二部分中。特別地，電路48包含被稱為標(biāo)簽閱讀器的部件，即對(duì)來(lái)自致動(dòng)器16的收發(fā)器信號(hào)解碼并產(chǎn)生單獨(dú)的標(biāo)簽或識(shí)別符作為數(shù)據(jù)值。其還包括故障保險(xiǎn)評(píng)估單元，該單元產(chǎn)生作為來(lái)自致動(dòng)器16的信號(hào)的函數(shù)的用于安全開關(guān)器件22的切換信號(hào)。為了此目的，電路48可以經(jīng)由連接器49連接于安全開關(guān)器件22。
傳感器殼體38的兩部分結(jié)構(gòu)對(duì)于本發(fā)明的實(shí)際執(zhí)行并非必需的，但是具有優(yōu)勢(shì)，因?yàn)檫@使傳感器天線46具有更為均勻的場(chǎng)分布，并使電路48具有更好的解耦。
參考標(biāo)記50表示表征空芯線圈46周圍的磁場(chǎng)的磁力線。該線50相對(duì)于空芯線圈46的縱軸大體旋轉(zhuǎn)對(duì)稱地形成。對(duì)了簡(jiǎn)潔，在這里示出的理想典型剖面中沒有顯示出任何干擾，該干擾是例如由傳感器附近的電路48或金屬部件引起的。
傳感器18的一個(gè)實(shí)施例包括布置在傳感器天線46下面的場(chǎng)絕緣體52(在圖2中示出)，即在傳感器天線46與用于要安裝傳感器18的殼體壁之間。該場(chǎng)絕緣體還以可以為相應(yīng)的殼體壁本身。在一個(gè)示例性實(shí)施例中，場(chǎng)絕緣體為鐵板。在另一示例性實(shí)施例中，其可以為由軟鐵、鐵氧體、銅、鋁等構(gòu)成的板。不言而喻的，磁力線50在傳感器18下面的區(qū)域中呈現(xiàn)不同的剖面，且因此不再完全旋轉(zhuǎn)對(duì)稱。在較簡(jiǎn)單的示例性實(shí)施例中，可以省略場(chǎng)絕緣體52。然后優(yōu)選將傳感器天線46布置在離殼體外表面大約5mm或以上的距離處，傳感器18安裝在該殼體外表面上。在圖3中該距離由d3表示(雖然這種情況下，是相對(duì)與側(cè)殼體壁44的距離)。
致動(dòng)器16本身以已知的方式具有集成電路54，且該集成電路54連接于致動(dòng)器天線56。這里致動(dòng)器天線56再次被示為空芯線圈，但是在具體情況下還可以具有不同的形式。編碼存儲(chǔ)在電路54中，并且在這里由符號(hào)線58表示。編碼58被單獨(dú)地分派于致動(dòng)器16，以便于傳感器18可以根據(jù)編碼58來(lái)識(shí)別致動(dòng)器16。
通常，這里示出的致動(dòng)器16不具有其自身專用的電源。事實(shí)上，當(dāng)兩個(gè)天線46、56具有充分強(qiáng)的變壓器耦合時(shí)，從傳感器18中獲得供給集成電路54的電源。當(dāng)有傳感器天線46產(chǎn)生的磁場(chǎng)的磁力線50具有穿過致動(dòng)器天線56的平坦橫截面的垂直分量時(shí)，存在這種耦合，如對(duì)圖2中的致動(dòng)器6所示出的那樣。電路54然后被激活并且利用內(nèi)部編碼58來(lái)調(diào)制現(xiàn)有的磁場(chǎng)，這可以由傳感器18中的電路48來(lái)探測(cè)和評(píng)估。
因?yàn)閭鞲衅魈炀€46的磁場(chǎng)50隨著距離的增加而變?nèi)?，所以變壓器耦合取決于致動(dòng)器16與傳感器18之間的距離。當(dāng)該距離小于限定的開關(guān)距離時(shí)，傳感器18可以讀取致動(dòng)器16。超出該相應(yīng)距離，在兩者之間不存在通信。相應(yīng)的開關(guān)距離在圖2中由參考標(biāo)記60來(lái)象征性地表示。
該示例性實(shí)施例中的傳感器天線46具有很大程度的全方向方向特性62(參見圖3)。結(jié)果，在這種情況下，不僅在致動(dòng)器16從前面、即箭頭64的方向接近傳感器18時(shí)，致動(dòng)器16與傳感器18之間的變壓器耦合能夠存在。事實(shí)上，在致動(dòng)器18從側(cè)面的接近方向(箭頭66、68)接近時(shí)，也能夠存在耦合。這是由于圖2中示出的磁力線分布50所引起的。如所示出的，當(dāng)致動(dòng)器16位于由16’和16”表示的位置處時(shí)，作為致動(dòng)器天線56的平坦橫截面的結(jié)果，仍然出現(xiàn)垂直的磁力線分量。因此安全開關(guān)36允許在致動(dòng)器16與傳感器18之間的相互垂直的接近方向。
由參考標(biāo)記16”示出的致動(dòng)器取向當(dāng)前優(yōu)選用于在實(shí)際執(zhí)行中從側(cè)面接近傳感器，即，在這種情況下，致動(dòng)器相對(duì)于接近方向64旋轉(zhuǎn)90°。在這種情況下，可以將致動(dòng)器移動(dòng)到離傳感器相同的距離，而不考慮接近方向。否則(根據(jù)16’的取向)，致動(dòng)器天線56的大線圈直徑會(huì)機(jī)械地防礙緊密的接近。然而，原則上，取向16’也是可能的。
圖3以簡(jiǎn)化的形式示出傳感器天線46的方向特性62。這以已知的方式涉及磁場(chǎng)分量的相同場(chǎng)強(qiáng)度的三維剖面，這里該磁場(chǎng)分量是平行于致動(dòng)器16的接近64(圖2)的分量。當(dāng)致動(dòng)器16在與圖2中的具有參考標(biāo)記16和16’的位置相應(yīng)的取向上接近傳感器18時(shí)，該磁力線分量為決定因素。
相比較，如果致動(dòng)器在相對(duì)于此旋轉(zhuǎn)90°的取向上(參考數(shù)字16”)接近傳感器18時(shí)，與此呈直角的場(chǎng)分量為決定因素，這將導(dǎo)致該方向特征具有不同表現(xiàn)(具體是四葉的車軸草葉的形式，其葉子近似位于相對(duì)于線圈46的縱軸傾斜的方向)的方向特性。因此方向特性可以具有不同的剖面，且因此不同的開關(guān)距離取決于致動(dòng)器16、16”的取向。然而，這不影響“全方向”特性的基本原理。
如圖3所示，方向特性62在空芯線圈46的縱軸的方向上具有第一優(yōu)先方向72，和在其橫向的第二優(yōu)先方向74。對(duì)于空芯線圈，兩個(gè)優(yōu)先方向72、74相對(duì)于貫穿空芯線圈46的虛中心點(diǎn)76的平面基本對(duì)稱。這導(dǎo)致在每種情況下兩個(gè)優(yōu)先的方向在彼此相反的方向上強(qiáng)度相等。然而，相互比較，如可以從用于圖示目的圓形78看出的那樣，兩個(gè)優(yōu)先方向72、74具有不同的推定的強(qiáng)度。具體地，第一優(yōu)先方向72(平行于空芯線圈46的縱軸)比第二優(yōu)先方向74的縱軸更顯著。換句話說(shuō)，在離空芯線圈46的相同距離處的場(chǎng)強(qiáng)度在第一優(yōu)先方向72上較強(qiáng)，且等場(chǎng)強(qiáng)線在第一優(yōu)先方向72上延伸更大的距離。因此空芯線圈46本質(zhì)上導(dǎo)致致動(dòng)器16與傳感器18之間的作為接近方向的函數(shù)的不同開關(guān)距離。
為了對(duì)此補(bǔ)償，在這種情況下，將空芯線圈46布置在離各殼體壁40和42、44不同距離d1和d2處。具體地，空芯線圈46處于離兩個(gè)側(cè)面殼體壁42、44相同的較短的距離d2，同時(shí)其處于遠(yuǎn)離前殼體壁40較大距離d1處。結(jié)果，當(dāng)在兩個(gè)優(yōu)先方向72、74接近時(shí)，開關(guān)距離相互匹配，如圖3中由開關(guān)距離60a、60b所示出的那樣。
圖4示出傳感器天線的另一方向特性82的簡(jiǎn)化圖?？赏茢喾较蛱匦?2在相互垂直的空間方向上近似相同的長(zhǎng)度，雖然本領(lǐng)域相關(guān)技術(shù)人員會(huì)意識(shí)到其在某些點(diǎn)處具有凹口84。在這種情況下，通過利用多個(gè)天線元件86、88來(lái)實(shí)現(xiàn)方向特性的這種近似均勻的結(jié)構(gòu)。作為舉例，在示出的示例性實(shí)施例中，兩個(gè)空芯線圈86、88被相互交叉布置，且以如此方式相互連接，以便于將它們單獨(dú)的方向特性疊加以形成更加均勻的總圖82。可以容易地看出，方向特性82導(dǎo)致開關(guān)距離在不同的接近方向64、66上相互更好地匹配。
圖5和6示出所述新穎安全開關(guān)的另一示例性實(shí)施例，在這種情況下其整體上由參考標(biāo)記90表示。除此之外，相同的參考標(biāo)記表示與前面相同的元件。
安全開關(guān)90的傳感器18具有呈平坦水平線圈的傳感器天線92。這可以是由繞線式布線等構(gòu)成的線圈。然而，在優(yōu)選的示例性實(shí)施例中，線圈92呈現(xiàn)為電路板上的印刷或蝕刻導(dǎo)體跡線的形式。不管這如何，線圈92在這種情況下具有布置在中心的鐵芯94。鐵芯聚集磁力線50，但是與用于現(xiàn)有技術(shù)中的鐵氧體罐相比，其不規(guī)定單個(gè)的操作方向或優(yōu)先方向。不言而喻的，諸如這里的鐵芯還可以應(yīng)用于前述示例性實(shí)施例中。
在這種情況下，將線圈92與傳感器的其他部件96一起布置在電路板98上。作為舉例，但以非限制性的方式，在這種情況下IC被示作另一部件，并且例如可以為ASIC。
在該示例性實(shí)施例中，致動(dòng)器天線56同樣為平坦(空心)線圈的形式。如圖5和6中所示，借助于磁力線的投影分布，致動(dòng)器天線56能夠從多個(gè)位置與傳感器天線92變壓器耦合。因此能夠從不同的方向接近傳感器，而不必再重新設(shè)置傳感器或傳感器天線。另一方面，天線的水平布置導(dǎo)致非常平坦的形狀，這允許體積小的裝置，特別是對(duì)于圖6中示出的接近位置。
這里已經(jīng)參考優(yōu)選的示例性實(shí)施例描述了本發(fā)明，在該示例性實(shí)施例中，使用本身公知的收發(fā)器(標(biāo)簽)用于致動(dòng)器16。因此，在致動(dòng)器16與傳感器18之間，更準(zhǔn)確地說(shuō)，在致動(dòng)器天線56與傳感器天線46之間的變壓器耦合必須足夠強(qiáng)以激勵(lì)收發(fā)器。為了本發(fā)明的目的，該狀態(tài)被稱之為收發(fā)器式的耦合。然而，與該優(yōu)選的示例性實(shí)施例相比較，本發(fā)明的原理還用于不基于收發(fā)器評(píng)估的安全開關(guān)。因此一般的應(yīng)用領(lǐng)域還包括在不包括收發(fā)器的致動(dòng)器16與傳感器18之間的變壓器耦合。
權(quán)利要求
1.一種用于監(jiān)控彼此能夠相對(duì)移動(dòng)的兩個(gè)部件(12、20)的閉合位置的安全開關(guān)，特別是用于監(jiān)控自動(dòng)裝置(10)上的防護(hù)門，包括致動(dòng)器(16)和傳感器(18)，該致動(dòng)器(16)和傳感器(18)的每一個(gè)適合于固定到所述部件(12、20)的其中之一，所述致動(dòng)器(16)具有致動(dòng)器天線(56)，而所述傳感器(18)具有傳感器天線(46、92)，當(dāng)所述部件(12、20)處于閉合位置時(shí)，所述致動(dòng)器(16)和所述傳感器(18)經(jīng)由該些天線被變壓器耦合，特別是像收發(fā)器一樣，其特征在于所述傳感器天線(46、92)具有這樣的磁方向特性(62，82)，該磁方向特性使其能夠在從所述傳感器天線(46、92)開始的至少兩個(gè)相互垂直的空間方向(64、66、68)上與所述致動(dòng)器(16)變壓器耦合。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的安全開關(guān)，其特征在于所述傳感器天線(46、92)具有基本上全方向特性(62、82)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2的安全開關(guān)，其特征在于所述傳感器天線(46)包括多個(gè)具有不同排列的方向特性的天線元件(86、88)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1至3中任意一項(xiàng)的安全開關(guān)，其特征在于所述傳感器天線(46)包括空芯線圈。
5.根據(jù)權(quán)利要求1至4中任意一項(xiàng)的安全開關(guān)，其特征在于所述傳感器天線(92)包括被平坦地布置于所述傳感器(18)的電路板(98)上的線圈，且特別是布置為所述電路板(98)上的導(dǎo)體跡線的形式。
6.根據(jù)權(quán)利要求1至5中任意一項(xiàng)的安全開關(guān)，其特征在于所述方向特性(62)包括用于所述變壓器耦合的較強(qiáng)的第一優(yōu)先方向(72)和較弱的第二優(yōu)先方向(74)，其中將所述傳感器天線(46)布置在具有殼體壁(40、42、44)的天線殼體(38)中，且其中所述傳感器天線(46)與所述殼體壁(40、42、44)之間的距離(d1)在第一優(yōu)先方向(72)上比在第二優(yōu)先方向(74)上長(zhǎng)。
7.根據(jù)權(quán)利要求6的安全開關(guān)，其特征在于在垂直于第一優(yōu)先方向(72)上將所述傳感器天線(46)布置在離至少兩個(gè)殼體壁(42、44)相同的距離(d2)。
8.根據(jù)權(quán)利要求1至7中任意一項(xiàng)的安全開關(guān)，其特征在于傳感器殼體(38)具有安裝面，其中將場(chǎng)絕緣體(52)，特別是電和/或磁導(dǎo)體板，布置在所述傳感器天線(46)與所述安裝面之間。
9.根據(jù)權(quán)利要求1至8中任意一項(xiàng)的安全開關(guān)，其特征在于傳感器殼體(38)具有安裝面，其中所述傳感器天線(46)與所述安裝面之間的距離(d3)近似為5mm或以上。
10.根據(jù)權(quán)利要求1至9中任意一項(xiàng)的安全開關(guān)，其特征在于所述致動(dòng)器天線(56)具有第一取向(16)，用于在所述至少兩個(gè)垂直空間方向中的第一個(gè)(64)方向上進(jìn)行變壓器耦合，而所述致動(dòng)器天線(56)具有第二取向(16”)，用于在所述至少兩個(gè)垂直空間方向中的第二個(gè)方向(68)上進(jìn)行變壓器耦合，其中第一和第二取向相對(duì)于彼此旋轉(zhuǎn)大約90°。
全文摘要
一種安全開關(guān)，特別用于監(jiān)控自動(dòng)裝置上的防護(hù)門，其具有致動(dòng)器(16)和傳感器(18)。致動(dòng)器(16)包括致動(dòng)器天線(56)而傳感器(18)包括傳感器天線(46)，當(dāng)防護(hù)門處于閉合位置時(shí)，致動(dòng)器(16)和傳感器(18)彼此呈變壓器耦合，特別是像收發(fā)器一樣。根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方案，傳感器天線(46)具有這樣的磁方向特性，使得從傳感器天線(46)開始的在至少兩個(gè)相互垂直的空間方向(64、66、68)上致動(dòng)器(16)變壓器耦合。
文檔編號(hào)H03K17/95GK1902821SQ200480039853
公開日2007年1月24日 申請(qǐng)日期2004年12月14日 優(yōu)先權(quán)日2004年1月9日
發(fā)明者J·弗來(lái)那, S·巴爾斯, D·布拉施克 申請(qǐng)人:皮爾茨公司