CN103210430A - 用于在壁与固定于壁的翼扇间传输信号的方法与装置 - Google Patents

Abstract

用于在壁（W）与围绕铰链轴（S）铰接地固定于壁（W）的翼扇（F）之间进行信号传输的方法以及装置，其中将通过待传输的信号调制的载波电压施加到设置在壁（W）或翼扇（F）上的第一信号传输线圈（28、34）上，以便通过感性耦合在设置在壁（W）或翼扇（F）上的第二信号传输线圈（28、34）上产生通过所传输的信号调制的次级电压。

Description

用于在壁与固定于壁的翼扇间传输信号的方法与装置

技术领域

本发明涉及一种用于在壁与围绕铰链轴铰接地固定于壁的翼扇之间进行信号传输的方法与装置。

背景技术

长期以来已经例如由DE9302652已知了用于将翼扇铰接地连接在壁上的铰链。其已经在不同的技术设计方案中多次证明是可行的并且也在如房子、商店等对象的门中也或逃生门中得以应用。特别是在比较重的翼扇、例如房门或屋门中，这种铰链经常构成为所谓的“三件式铰链”。其中，该通常固定在框上的框铰链件包括两个沿铰链轴方向相互间隔的、在它们中间留有间隔空间的框铰链部分。该翼扇铰链件包括翼铰链部分，其在间隔空间中成一行地啮合到框铰链部分。该铰链部分由限定铰链轴的铰链螺栓穿过。

特别是比较重的门越来越多地具有改善安全性和舒适度的装置，其各自的实际运行状态通过在门外面设置的监控装置始终被实时监控并且其将运行状态改变或也许由传感器接收的信号发送给监控装置。

示例性地在此已知了一种安装在建筑中的入室盗窃警报中心，其与设置在门上的、例如用于开门、突破、闭锁、破坏活动或马达锁监控的装置进行通信。

为了相应的信号在监控装置与位于门上的装置之间的双向传输在现有技术中多芯电缆得到应用，其可弯曲地敷设在翼扇与框之间并且经常出于保护由可弯曲的金属软管环绕。

该电缆过渡部分显著地损害视觉上的外观并且在翼扇关闭时被夹住，这可能导致电缆的损坏或甚至破坏。此外鉴于可能的操纵，电缆过渡部分表现为薄弱处，因此鉴于电缆可能的割断必须采取附加的安全或监控措施。

由DE102004017341A1已知一种具有用于无接触的能量传输的内置变压器的铰链。该铰链包括设置在框铰链件中的初级线圈和设置在翼扇铰链件中的次级线圈。穿过两个线圈、同时形成铰链螺栓的铁芯用于将次级线圈磁耦合到初级线圈，两个线圈沿铰链轴方向相互间隔的。试验表明，借助于从DE102004017341A1已知的铰链可以从初级至次级侧传输很小的电功率。

发明内容

本发明的任务在于，提供一种用于在壁与围绕铰链轴铰接地固定于壁的翼扇之间无接触地进行信号传输的方法与装置。

该任务通过在权利要求1中描述的方法以及在权利要求14中描述的装置解决。

按照本发明的用于在壁与围绕铰链轴铰接地固定于壁的翼扇之间进行信号传输的方法规定，将通过待传输的信号调制的载波电压施加到设置在壁或翼扇处的第一线圈上，以便通过感性耦合在设置在壁或翼扇处的第二线圈中产生通过所传输的信号调制的次级电压。因为信号传输可以是双向的，也就是说应该不仅从壁到翼扇而且从翼扇到壁实现，（根据传输方向）不仅设置在壁上的而且设置在翼扇上的线圈都可以用作第一线圈。相应地各自的另一个线圈就作为第二线圈。

按照本发明的方法的重要优点在于，在壁或框与翼扇之间没有电缆过渡部分的情况下进行信号传输。仅须将第一和第二线圈置于一个环绕铰链轴相对可摆动的布置中，其确保两个线圈的感性耦合，从而位于第一线圈中的、通过待传输的信号调制的载波电压在第二线圈中感应出次级电压，其通过解调使得信号再现成为可能。

载波电压的调制可以考虑以所有的对于信号传输已知的方式，特别是调频或调幅。

然而，特别优选的是，通过信号幅度对载波电压进行调制，因为通过这种方式也可以通过简单的方式双向传输数字信号。

优选地，所述载波电压是具有至少20kHz载频的正弦形的交流电压。已经表明，这样的载波电压一方面确保了第一与第二线圈之间的、用于壁与翼扇之间的信号传输通常足够的感性耦合，另一方面通过调幅以<150ms的周期9600波特的传输率也实现了数字（二进制）数据包的传输。

试验表明，借助于调频或调幅大约100kHz的载频特别适合于信号传输。

在无需为此特别的安全措施的情况下，最大有效值为48V的载波电压有助于保护人员免于触电。

如已经进一步提到的，信号传输优选双向地进行，也就是说不仅设置在壁处的而且设置在翼扇处的线圈都可以用作初级线圈，其被加载通过信号调制的载波电压。

为了避免在双向传输中导致对传输的数据包的影响，优选以最大50ms的时长传输信号包。

设置在翼扇中的、待监控或控制的装置通常需要电功率，其由位于壁上的电源接头或适合的装置提供。该电功率从壁至翼扇的传输优选通过以下方式实现，其方法是该电功率被提供在具有初级频率的初级电压中，该初级电压适合作用于设置在壁处的初级线圈，以便通过感性耦合在设置在翼扇处的次级线圈中产生次级功率电压。

原则上可能的是，设置在壁上的、用于信号传输的线圈也作为初级线圈使用，而设置在翼扇上的、用于信号传输的线圈相应地作为次级线圈使用。试验已经表明，特别是双向信号传输的必要性可能在以相同的线圈同时进行功率传输时引起问题。而且，翼扇侧的装置可以造成电流脉冲或相位偏移，其可能导致对信号传输的干扰。因此优选地，为了传输在壁侧提供的电功率以便运行设置在翼扇上的装置，使用与第一和第二线圈不同的初级和次级线圈。

初级电压优选涉及具有至少20kHz、优选75kHz的频率的正弦形的交流电压。试验已经表明，在使用可以安置在开始所述铰链的铰链部分中的某尺寸线圈的情况下，在最大48V的初级电压中可以实现10W及以上的电气功率传输。

按照本发明的用于在壁与围绕铰链轴铰接地固定于壁的翼扇之间进行信号传输的装置包括可固定在壁上的壁部分、可固定在翼扇上的翼扇部分、设置在壁部分上的第一线圈、设置在翼扇部分上的第二线圈。第一和第二线圈处于感性的有效连接中。在壁侧设有初级电子件，其与第一线圈有效连接，也就是通常是电接触。初级电子件包括用于以载波电压作用于第一线圈的机构和用于通过待传输的信号调制载波电压的机构。在翼扇上设有次级电子件，其与第二线圈有效连接、通常是电接触并且包括用于解调在第二线圈中感应产生的电压的信号的机构。借助于该装置可以从壁至翼扇传输信号。

为了实现期望的双向信号传输、也就是信号也从翼扇至壁的传输，次级电子件优选具有用于以载波电压作用于第二线圈的机构和用于通过待传输的信号调制载波电压的机构，并且初级电子件相应地具有用于解调在第一线圈中感应产生的电压的信号的机构。

第一和第二线圈优选构成为构造相同。这节省了生产和仓储成本并且简化了初级和次级电子件的方案。

第一和第二线圈优选构成为用于至少20kHz、优选100kHz的载频，由此这样的线圈在允许安置在开始所述的铰链的铰链部分中的线圈尺寸下，使得信号基本不失真的变换成为可能。

为了可以杜绝人员在技术故障也或由于在安装和维护时的不慎时可能触电，第一和第二线圈优选构成为适合于可达48V有效值的载频电压。

为了在开始所述的三件式的铰链中的应用，特别适合的第一和第二线圈分别具有由铜材料构成的、具有0.1mm与2.0mm之间的直径的线圈线材的10至1000个圈的线圈绕组。这些线圈具有——浇铸制造——大约25mm的外径和大约8mm的内径。

特别优选地是按照本发明的装置的一种改进，其附加地包括设置在壁处的初级线圈和与该初级线圈处于感性有效连接中的次级线圈，其中初级线圈和次级线圈如此地构成和设置，使得施加在初级线圈中的初级电压在次级线圈中感应出具有适合于驱动设置在翼扇上的电气负载的功率的电气电压。这样在初级线圈和次级线圈的方案中不再重视其尽可能不失真地变换的能力，而是可以将其针对尽可能损耗少的能力传输进行优化。

如此改进的不仅用作功率传输而且用作信号传输的装置可以具有两个铰链布置。这样，在两个铰链布置之一中设有第一和第二线圈，而在两个铰链布置的另一个中设有初级和次级线圈。

然而特别优选的是，所述装置包括一个铰链布置，其具有一个带有两个沿铰链轴方向相互间隔的第一铰链部分的第一铰链壁、一个带有在两个第一铰链部分之间的间隔空间中啮合的第二铰链部分的第二铰链壁、以及具有一个至少部分地穿过所述铰链部分的、限定铰链轴的铰链螺栓。第一信号传输线圈设置在一个第一铰链部分上，而第二信号传输线圈设置在第二铰链部分的朝向该第一铰链部分的一侧。初级线圈设置在另一个第一铰链部分处而次级线圈设置在第二铰链部分的朝向该另一个第一铰链部分的一侧。因此在该“三件式”铰链布置中，不仅用于信号传输而且用于功率传输的线圈对都可以设置在该铰链中。在此有利的是，该用于信号传输的线圈对通常可以具有相比于用于功率传输的线圈对更小的尺寸，从而铰链部分在其中安装有信号传输线圈的区域中可以构成为机械上更坚固并且适合于翼扇与壁之间的机械力的传递，如果这对于相应的应用看起来是有利的或者必需的。

试验表明，将具有由铜材料构成的、直径在0.5mm与2.0mm之间的线圈线材的10至100个圈的线圈作为初级和次级线圈，在最大有效值48V的初级电压下直至10W的功率是可实现的。这些线圈具有在浇铸状态下25mm的外径和8mm的内径。

为了尽可能好的感性耦合，信号传输线圈作为一方面以及初级和次级线圈作为另一方面，以相向的前端至少几乎相互贴靠地设置。为了改善感性耦合，铰链螺栓在其径向地由信号传输线圈环绕的区域中并且特别是在其由初级和次级线圈环绕的区域中具有包括亚铁磁或铁磁材料的套筒。不仅套筒的壁厚而且其材料成分可以就优化信号或功率传输的意义而言与相应的应用目的相匹配。

试验表明，在大约20至150kHz的载波电压频率和功率电压频率下由塑料材料结合的基于锰-锌-亚铁-粉末提供了好的结果。

附图说明

随后应该根据在附图中示出的各实施例对本发明进一步阐明。其中：

图1通过按照本发明的装置的一种实施例的铰链轴S的纵截面图，该装置同时具有常规的铰链的功能；

图2透视零件图中的该实施例的翼扇铰链件，该零件图包括在框铰链件中设置的线圈的描述，以及

图3该装置的方框图。

具体实施方式

在附图中作为整体以100标明的装置构成为所谓的三件式铰链。其包括框铰链件1，其形成装置100的铰链部分2并且用于固定在固定的壁W上或在固定的框上。框铰链件1具有两个铰链部分3、4，它们沿铰链轴S的纵向方向相互间隔一个间隔空间5。

在上铰链部分3与下铰链部分4之间在间隔空间5中设有翼扇铰链件7的铰链部分6，其在在附图中示出的实施例中形成可固定在翼扇F上的翼扇部分8。

铰链轴S通过装入螺栓容纳部9、10和11中的铰链部分3、4和6的铰链螺栓12限定。其以已知的方式垂直于铰链轴S可调整地借助于轴套13、14支承在框铰链件1的铰链部分3、4的螺栓容纳部9、11中，所述轴套由塑料材料制造。

仍由塑料-支承材料制造的轴套15用于铰链螺栓12在翼扇铰链部分6的螺栓容纳部10中的支承。

上部的框铰链部分3的轴套13在其指向翼扇铰链部分6的区域中具有环绕铰链轴S旋转对称的凹槽16，在其中安装有电气初级线圈17。其借助于第二电气连接电缆18与供电电源19（参见图3）连接。

翼扇铰链部分6的轴套15在朝向初级线圈17的侧上同样具有一个凹槽20，一个以相同于初级线圈17的方式构造的次级线圈21装配到其中。

次级线圈21沿铰链轴S的方向可移动地支承在凹槽20中并且通过弹性元件22支撑在凹槽20的底部23上，从而初级和次级线圈17、21的相互朝向的前侧24、25相互贴靠。

初级和次级线圈17、21具有几乎等于螺栓容纳部13、15的内径的外径。由此，初级和次级线圈17、21的、通过上部框铰链部分3和翼扇铰链部分6的尺寸预定的横截面积被尽可能好地利用，以便因此最大化可以感应的方式从初级线圈17传输到次级线圈21的电功率。

为了改善初级和次级线圈17、21的耦合，铰链螺栓12在由初级和次级线圈17、21覆盖的长度上具有一个收缩部26。在该收缩部中置入锰-锌-亚铁-粉末并且借助于塑料材料位置固定地捆扎到套筒41上。

在翼扇铰链部分6的与次级线圈21对置的区域中将另一个关于铰链轴S对称的凹槽27加工到轴套15中。该凹槽27用于容纳信号传输线圈28，其也被称为“第二线圈”。信号传输线圈28又沿铰链轴S的方向可移动地容纳在凹槽27中并且借助于弹性元件30支撑在底部29上。

借助于与弹性元件30对置的前侧31，信号传输线圈28贴靠在另一个支承在相应的凹槽33中的、也被称为“第一线圈”的信号传输线圈34的前侧32上。信号传输线圈34借助于连接电缆35与初级电子件36（参见图3）连接。

在下部框铰链部分4与翼扇铰链部分6之间设有滑动盘37、38，以便减小通过铰链的摆动操作引起的磨损。

如特别地在图1中可看到的，信号传输线圈28、34具有相比于初级和次级线圈17、21显著更小的尺寸，因为对于信号传输更小的线圈体积是足够的。而且，在信号传输线圈28、34的覆盖区域中仍在铰链螺栓12的收缩部40中设置的套筒39由置入到塑料材料中的锰-锌-亚铁-粉末以显著小于套筒41的壁厚设计，从而总的来说信号传输线圈的区域相比于初级和次级线圈17、21适合于在壁或框与翼扇之间传输的更大的机械力。

如果现在经由连接电缆18将优选正弦形交流电施加到初级线圈17上，其在示出的实施例中有效值为12V并且具有50kHz的频率，那么在次级线圈24中——不考虑传输损耗和相位偏移——例如感应出相应的次级电压，其借助于电缆42被输送给次级电子件43（参见图3）。同样，经由电缆35输送给信号传输线圈34的载波电压——其同样有效值为12V并且具有100kHz的载频并且以要从初级电子件36传输到次级电子件43的信号进行调制——在信号传输线圈34中感应出基本上相应的次级电压，其可以经由电缆44截取并且为了解调被输送给次级电子件43。

不仅初级电子件36而且次级电子件43设计为用于调制以及解调操作。因此位于门翼上的次级电子件可以——如在图3中在入室盗窃警报中心的例子中示出——通过初级和次级线圈17、19以需要的电功率、例如马达锁

和类似物供电，其中在次级线圈24中感应的电压在次级侧被转换为需要的电压值。此外，在使用例如对应于RS485标准的协议的情况下，通过信号传输线圈28、34调制的信号为了问询例如开门、冲破、闭锁或破坏监控而感应地通过信号传输线圈34被传送给次级电子件，在那被解调并且被输送给相应的监控装置，然后描述相应的功能状态的信号在通过次级电子件的调制、借助于信号传输线圈28、34的传输以及通过初级电子件36的解调之后被输送给入室盗窃警报中心。

此外可以在初级和次级电子件之间周期性地在短的时间间隔中交换确定的信号序列，其表征了不仅初级以及次级电子件的规定的运行状态。随后可以如此设置入室盗窃警报中心，使得如果在该周期性的信号序列中的不一致性指示出故障，则触发警报。

附图标记：

100装置

1．框铰链件

2．铰链部分

3．铰链部分

4．铰链部分

5．间隔空间

6．铰链部分

7．翼扇铰链件

8．翼扇部分

9．螺栓容纳部

10．螺栓容纳部

11．螺栓容纳部

12．壁螺栓

13．轴套

14．轴套

15．轴套

16．凹槽

17．初级线圈

18．连接电缆

19．供电电源

20．凹槽

21．次级线圈

22．弹性元件

23．底部

24．前端

25．前端

26．收缩部

27．凹槽

28．信号传输线圈

29．底部

30．弹性元件

31．前端

32．前端

33．凹槽

34．信号传输线圈

35．连接电缆

36．初级电子件

37．滑动盘

38．滑动盘

39．套筒

40．收缩部

41．套筒

42．电缆

43．次级电子件

44．电缆

F翼扇

S铰链轴

W壁

Claims (28)

1.用于在壁（W）与围绕铰链轴（S）铰接地固定于该壁（W）的翼扇（F）之间进行信号传输的方法，其中将通过待传输的信号调制的载波电压施加到设置在壁（W）或翼扇（F）处的第一信号传输线圈（28、34）上，以便通过感性耦合在设置在翼扇（F）或壁（W）处的第二信号传输线圈（28、34）中产生通过所传输的信号调制的次级电压，其中第一线圈和第二线圈关于铰链轴（S）对称地设置并且在前端相互面对。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，通过所述信号对载波电压进行调频和/或调相。

3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，通过所述信号对载波电压进行调幅。

4.如权利要求1至3之一所述的方法，其特征在于，载波电压是载频为至少20kHz的正弦形的交流电压。

5.如权利要求4所述的方法，其特征在于，载频约为100kHz。

6.如权利要求1至5之一所述的方法，其特征在于，载频电压有效值最大为12V。

7.如权利要求1至6之一所述的方法，其特征在于，所述信号传输双向地进行。

8.如权利要求7所述的方法，其特征在于，以最大40ms的时长传输信号包。

9.如权利要求1至8之一所述的方法，其特征在于，将在壁侧提供的电功率从壁（W）传输到翼扇（F），其中该电功率被提供在具有初级频率的初级电压中，该初级电压适合作用于设置在壁（W）处的初级线圈（17），以便通过感性耦合在设置在翼扇（F）处的次级线圈（21）中产生次级功率电压。

10.如权利要求9所述的方法，其特征在于，初级线圈（17）和次级线圈（21）是信号传输线圈（28、34）。

11.如权利要求9所述的方法，其特征在于，初级线圈（17）和次级线圈（21）是与信号传输线圈（28、34）不同的线圈。

12.如权利要求11所述的方法，其特征在于，初级电压是频率为至少20kHz的优选为正弦形的交流电压。

13.如权利要求12所述的方法，其特征在于，所述频率约为50kHz。

14.用于在壁（W）与围绕铰链轴（S）铰接地固定于该壁（W）的翼扇（F）之间进行信号传输的装置，具有：

固定在壁（W）上的壁部分（2）、

固定在翼扇（F）上的翼扇部分（8）、

设置在壁部分（2）处的第一信号传输线圈（28）、

设置在翼扇部分（8）上的第二信号传输线圈（34），其中信号传输线圈（28、34）处于感性的有效连接中，其中这些信号传输线圈关于铰链轴（S）对称地设置并且在前端相互面对，

所述装置还具有在壁侧设置的初级电子件（36），该初级电子件与第一信号传输线圈（28）有效连接并且包括用于以载波电压作用于第一信号传输线圈（28）的机构和用于通过待传输的信号调制载波电压的机构，

所述装置还具有设置在翼扇（F）上的次级电子件（43），该次级电子件与第二信号传输线圈（34）有效连接并且包括用于解调在第二信号传输线圈（34）中感应产生的电压的机构。

15.如权利要求14所述的装置，其特征在于，次级电子件（43）包括用于以载波电压作用于第二信号传输线圈（34）的机构和用于通过待传输的信号调制载波电压的机构，并且初级电子件（36）包括用于解调在第一信号传输线圈（28）中感应产生的电压的信号的机构。

16.如权利要求14或15所述的装置，其特征在于，第一信号传输线圈（28）和第二信号传输线圈（34）构造相同。

17.如权利要求14至16之一所述的装置，其特征在于，第一信号传输线圈（28）和第二信号传输线圈（34）构造为适用于至少20kHz的载频。

18.如权利要求17所述的装置，其特征在于，第一信号传输线圈（28）和第二信号传输线圈（34）构造用于约100kHz的载频。

19.如权利要求14至18之一所述的装置，其特征在于，第一信号传输线圈（28）和第二信号传输线圈（34）构造为适用于直到12V的载频电压。

20.如权利要求17至19之一所述的装置，其特征在于，第一信号传输线圈（28）和第二信号传输线圈（34）分别具有一个线圈绕组，该线圈绕组具有由铜材料构成的、直径在0.1mm与2.0mm之间的线圈线材的10至1000个圈。

21.如权利要求14至20之一所述的装置，其特征在于，所述装置包括设置在壁（W）处的初级线圈（17）和与该初级线圈（17）处于感性的有效连接中的次级线圈（21），其中初级线圈（17）和次级线圈（21）如此地构造和设置，使得施加在初级线圈（17）上的初级电压在次级线圈（21）中感应出电气电压，该电气电压的功率适用于驱动设置在翼扇（F）处的电气负载。

22.如权利要求21所述的装置，其特征在于，所述装置包括两个铰链布置，其中在两个铰链布置之一中设有第一和第二信号传输线圈，而在两个铰链布置的另一个中设有用于功率传输的初级和次级线圈。

23.如权利要求21所述的装置，其特征在于，所述装置包括铰链布置，该铰链布置具有一个带有两个沿铰链轴（S）方向相互间隔的第一铰链部分（2、3）的第一铰链壁、一个带有在两个第一铰链部分（3、4）之间的间隔空间（5）中啮合的第二铰链部分（6）的第二铰链壁、以及具有一个至少部分地穿过所述铰链部分（3、4、6）并限定铰链轴（S）的铰链螺栓（12），其中第二信号传输线圈（34）设置在其中一个第一铰链部分（4）上，而第一信号传输线圈（28）设置在第二铰链部分（6）的朝向该第一铰链部分的一侧，其中初级线圈（17）设置在另一个第一铰链部分（3）处而次级线圈（21）设置在第二铰链部分（6）的朝向所述另一个第一铰链部分（3）的一侧。

24.如权利要求22或23所述的装置，其特征在于，初级线圈（17）和次级线圈（21）构造为最大适用于有效值48V且频率最大为100kHz的交流电压。

25.如权利要求24所述的装置，其特征在于，初级线圈（17）和次级线圈（21）具有线圈绕组，该线圈绕组具有由铜材料构成的、直径在0.5mm与2.0mm之间的线圈线材的10至100个圈。

26.如权利要求22至25之一所述的装置，其特征在于，第一信号传输线圈（28）和第二信号传输线圈（34）作为一方面以及初级线圈（17）和次级线圈（21）作为另一方面，以相向的前端（24、25；31、32）至少几乎相互贴靠地设置。

27.如权利要求22至26之一所述的装置，其特征在于，铰链螺栓（12）在其径向地由第一信号传输线圈（28）和第二信号传输线圈（34）环绕的区域中并且特别是在其由初级线圈（17）和次级线圈（21）环绕的区域中具有包括亚铁磁或铁磁材料的套筒（39、41）。

28.如权利要求27所述的装置，其特征在于，套筒（39、41）包括由塑料材料结合的锰-锌-亚铁-粉末。

Images