CN113098474A - 接触传感器模块和带有接触传感器模块的用于安全地操作电气设备的安全系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于电气设备（10）的安全系统（54）的接触传感器模块（52），带有用于探测通过操作者的接触的第一传感器电子器件（64）。建议，接触传感器模块（52）具有至少一个第二传感器电极（66）来探测通过操作者的接触，其中，为传感器电极（64、66）配设至少一个接地电极（168），所述接地电极用作传感器电极（64、66）的对应电极。

Description

接触传感器模块和带有接触传感器模块的用于安全地操作电 气设备的安全系统

技术领域

本发明涉及按照独立权利要求类型所述的一种接触传感器模块和一种带有接触传感器模块的用于安全地操作电气设备的安全系统。

背景技术

许多电气设备为了它们的操作和导引需要遵循针对操作者和必要时其他人员的安全措施。作为示例代表多个这样的电气设备的是手持式割草机，在手持式割草机中，这样来拟定安全规则，使得操作者在开动时必须用至少一只手握持在导引把手上并且当操作者松开该把手时割草机立即自动停止运转。

由EP 3 120 684 A1已知一种电气的割草机，割草机通过把手在其背侧处可以由操作者导引。割草机包括安全系统，安全系统被这样设计，使得在割草机开动时，操作者必须围住把手并且在操作者松开把手时，割草机立即停止运转。把手为此从它的中轴线起沿割草机的主导引方向具有两个握持区域，其中，在每个握持区域处布置有薄膜。薄膜与开关模块电连接，开关模块本身具有主开关，其中，主开关布置在把手的或割草机的中轴线上。在割草机开动时，薄膜和主开关必须同时或在限定的时间窗口内由操作者操纵。当操作者松开两个薄膜时，割草机自动停止运转。

发明内容

本发明的任务是，这样来进一步改进由现有技术公知的用于安全地开动和安全地运行电气设备的传感器和安全系统，使得一方面能达到很高的感知精度和很小的易受干扰性，并且另一方面能达到很高的操作舒适性和针对最为不同的电气设备的高度的灵活性。

本发明涉及一种用于电气设备的安全系统的接触传感器模块，其带有用于探测通过操作者的接触的第一传感器电极。为了解决所提出的任务，按照本发明规定，接触传感器模块具有至少一个第二传感器电极来探测通过操作者的接触，其中，为传感器电极配设至少一个接地电极，该接地电极用作传感器点电极的对接电极。按本发明的接触传感器模块因此通过至少两个传感器电极允许了很高的运行安全性。此外，可以通过至少一个接地电极防止或至少明显减轻传感器电极相互的影响，这一方面提高了感知精度并且另一方面减小了易受干扰性。此外，模块构造方式允许了与由电气设备、特别是电气设备的把手预定的尺寸和形状的极为灵活的匹配。因此可以为了提高安全性并且为了创造冗余而将安全系统的多个接触传感器模块以极为简单和灵活的方式组合起来。

接触传感器电极尤其应当指的是，用户用身体部分接近传感器电极的覆盖层，以便以这种方式促成电容变化。因此不需要传感器电极通过操作者的身体部分的真正的、物理的求出，因而接触探测例如也伴随手套或类似的纺织品和/或穿过诸如把手的握持区域的塑料表面的塑料表面地工作。电容的接触探测的基本上的工作方式是本领域技术人员已知的，因而在此不应再详述。视传感器电极的设计方案而定，可以探测到有在传感器电极和身体部分之间的直至20 mm的间距的接触，其中，感知精度和不易受干扰性通常随着间距的变大而减小。

电气设备在本发明的上下文中如指的是手持式园林设备，如割草机、草坪修剪器、修枝锯或者类似物。但用于借助经电气驱动的使用工具来处理工件的手持式电动工具（在该电动工具中重要的是操作者的和/或其他人员的安全性），例如手持钻机或立式钻机、起子、冲击钻、凿岩机、刨机、角磨机、抛光机、圆锯、台式锯、摆锯机或刺锯或类似物，可以考虑用于本发明。此外，本发明也可以应用于手持式家用电气，如吸尘器、搅拌器、熨斗等。

电气设备的开动尤其应当指的是对电气设备的耗电器、例如电动机和/或用于控制或调节电动机的控制或调节电子器件的初始供电。电气设备的开动因此不包括按本发明的方法的首先促成开动本身的步骤，如操纵机电的按键和对安全系统和接触传感器模块供能。与开动不同的是，运行电气设备说明了在电气设备开动后直至电气设备停转后的用电气设备的所有的工作过程。

在本发明的另一种设计方案中，为每个传感器电极配设一个传感器处理器作为用于产生数字的输出信号、特别是二进制的输出信号的模数转换器。因此可以达到对抗干扰、例如对抗高频的干扰脉冲的高度的运行安全性。

至少一个接地电极特别有利地与传感器处理器的接地接头连接。结合传感器电极，至少一个接地电极的和传感器电极的电位可以通过分别与它们连接的传感器处理器得到平衡，以便进一步最小化可能的干扰因素从而能继续提高传感器电极的感知精度。

接触传感器模块优选构造成带第一侧和对置的第二侧的印制电路板，其中，传感器电极和至少一个接地电极布置在第一侧上并且传感器处理器布置在第二侧上。与传感器电极的和至少一个接地电极构造成开放的或绝缘的铜印制导线的设计方案结合，因此能极为简单和成本低廉的建立接触传感器模块的接地，其还有效地减少或禁止了接触传感器模块的电子器件对传感器电极的干扰性的影响。

当每个传感器电极被各一个接地电极基本上完全地、特别是至少90%环形地包围时，获得了感知精度的另一种改进。通过环形包围传感器电极的接地电极的“开放的”设计方案，可以避免干扰传感的谐振或所谓的 “绕环（Ringing）”，即，传感器信号的振荡。

备选或附加地将在印制电路板的第二侧上的区域构造成格栅结构，该格栅结构与传感器处理器的接地接头连接。这个区域对一个在印制电路板的第一侧上的其内布置有传感器电极和至少一个接地电机的区域。由此可以尽可能避免可能的电子结构元件对传感器电极的干扰性的影响，这提高了感知的精度。

在本发明的另一种设计方案中，印制电路板构造成多层印制电路板，其具有至少一个中间层作为与传感器处理器的接地接头连接的接地层和/或格栅结构。基于接地层和/或格栅结构，传感器电极和至少一个接地电极可以在不妨碍感知精度的情况下通过布置在第二侧上的可能的电子构件在印制电路板的整个长度上延伸，这导致了接触传感器模块的更大的感知范围。此外还实现了传感器电极和必要时至少一个接地电极与传感器处理器的直接的贯通连接，以便最小化干扰信号对传感器电极的模拟的输出信号的可能的影响。

在本发明的另一种实施方式中规定，传感器电极构造成有宽度的开放的铜印制导线并且至少一个接地电极构造成有宽度的绝缘的铜印制导线，其中，传感器电极和至少一个接地电极基本上分别延伸经过相同的长度。在此，至少一个接地电极的至少一部分以有利的方式与传感器电极分别间隔相同间距地布置在相邻的传感器之间。通过电极的特殊的设计方案可以将传感的范围以特殊的焦点集中到电极的长度上，而电极的宽度和它们的间距则更确切地说目的在于感知精度或不易受误触发的干扰。但也可以考虑的是，至少传感器电极构造成带有相同的宽度和长度的圆形的传感器棒，它们分别基本上完全地、特别是至少90%被接地电极包围。此外，有相应的宽度和长度的椭圆形的、凹陷的或凸出的传感器电极和与之匹配的接地电极也是可能的。

特别是在传感器电极和接地电极的长度延伸经过比它们的宽度更大的范围的情况下，为了达到尽可能高的感知精度和不易受干扰性，传感器电极的宽度和在传感器电极和至少一个接地电极之间的间距处在接触传感器模块的总宽度的8%和35%之间、优选13%和28%之间、特别优选18%和22%之间。对至少一个接地电极补充性地使用的是，它的宽度处在接触传感器模块的总宽度的8%和30%之间、优选13%和25%之间、特别优选14%和18%之间。

为了能最优地检测接触，但同时将错误感知的风险保持得尽可能低，规定，传感器电极的和至少一个测量电极的长度与有待感知的身体部分相匹配。在是操作者的手指或手的情况下，传感器电极和测量电极的长度因此理想地在30 mm和100 mm之间。

本发明还涉及一种用于电气设备的安全系统，带有多个接触传感器模块和评估电子器件。按照本发明规定，评估逻辑将接触传感器模块的所有的第一传感器电极的输出信号逻辑运算成第一传感器信号并且将接触传感器模块的所有的至少第二传感器电极的输出信号逻辑运算成至少一个第二传感器信号。输出信号的逻辑运算一方面实现了安全系统的更高的安全性并且另一方面实现了对抗各个接触传感器模块的或它们的传感器电极的和/或传感器处理器的冗余。

冗余地设计的安全系统的安全还由此达到，即，所有第一传感器电极的输出信号按照析取（OR）进行逻辑运算并且所有至少第二传感器电极的输出信号按照排除（NAND）进行逻辑运算。在此，当第一传感器信号具有高电平时，评估逻辑接通第一电开关，并且当至少一个第二传感器信号具有高电平时，接通至少一个第二电开关，其中，仅当第一和至少一个第二开关接通时，电气设备才能运行。

为了能运行有较高功率的耗电器，补充性地规定，接通第一和第二电开关促成了接通至少一个另外的开关、特别是继电器，以给电气设备的电动机和/或用于电动机的控制或调节电子器件供能。

此外，本发明还涉及一种电气设备，其带有用于通过操作者安全地导引电气设备的至少一个把手和带有安全系统，其中，在把手处设置有具有至少两个彼此间隔开的、分别带有至少一个接触传感器模块的握持区域。这样来构造安全系统，使得操作者为了安全地运行电气设备将接触传感器模块的第一传感器电极中的至少一个第一传感器电极和第二传感器电极中的至少一个第二传感器电极必须与至少一个身体部分、特别是至少一只手的一部分接触。接触传感器模块特别有利地允许了在电气设备的安全系统的长使用寿命期间的极为简单的操纵和高度的不易磨损性。同时这样来设计安全系统，使得该安全系统在不减小安全性的情况下提供了冗余来对抗各个传感器电极的失效。

接触传感器模块的第一传感器电极中的至少一个第一传感器电极和第二传感器电极中的至少一个第二传感器电极的接触应当指的是，要么接触唯一一个接触传感器模块的至少一个第一和第二传感器电极，要么接触第一传感器模块的至少一个第一传感器电极和另外的传感器模块的至少一个第二传感器电极。

当把手从其中轴线出发沿电气设备的主导引方向分别具有带接触传感器模块的至少一个握持区域时，可以特别安全地导引和/或运行电气设备。较大的电气设备，例如割草机，尤其以有利的方式装备有把手，该把手从其中轴线起沿电气设备的主导引方向分别具有带至少两个握持区域的、构造成有角度的臂的握持部分，其中，在每个握持区域中布置有至少一个接触传感器模块。

一方面在传感器模块之间并且另一方面在接触传感器模块和中央的开关单元之间的电气的多导体连接，提供了对电磁干扰和/或高频干扰的附加的防护，其中，在用于输出信号或传感器信号的第一导体和第二导体之间的多导体连接具有至少一个第三导体和第四导体用于给接触传感器模块供电。在此，在安全系统的无接触的状态下，用于输出信号的导体和用于给接触传感器模块供能的导体分别以相同的电压电位并排布置，因而在这些导体之间短路的情况下，不会出现安全系统的误触发。

本发明还涉及一种用于通过操作者安全地运行按本发明的电气设备的方法，其中，在第一步骤中，操作者在电气设备开动之前必须操纵机电的按键，以便给电气设备的安全系统和接触传感器模块供能。在随后的步骤中规定，操作者为了开动电气设备必须接触接触传感器模块的第一传感器电极中的至少一个第一传感器电极和第二传感器电极中的至少一个第二传感器电极，因此电动机和/或电气设备的电动机的控制或调节电子器件被供以电能。在松开机电的按键之后，在随后的步骤中启动定时器，在定时器到期后结束了一个预定的时间段。为了使电气设备开动，操作者必须在另外的步骤中要么在松开机电的按键后的限定的时间段内，要么在压紧机械的按键期间，接触所述接触传感器模块的第一传感器电极中的至少一个第一传感器电极和第二传感器电极中的至少一个第二传感器电极。为了确保所需的安全性，在按本发明的方法的最后一个步骤中，在通过操作者松开所有的接触传感器模块时关断所述电气设备。

接下来借助图1至14示例性地阐释本发明，其中，相同的附图标记在附图中指的是有相同的工作方式的相同的组成部分。

附图说明

图1是形式为经电动驱动的割草机的电气设备的立体视图；

图2是按图1的经电动驱动的割草机的用于通过操作者安全地控制割草机的把手的透视图；

图3是布置在按图2的割草机的把手中的按本发明的安全系统的线路拓扑的第一个实施例的线路图；

图4是按图3的按本发明的安全系统的中央的开关单元的实施例的方块图；

图5是按照图3和4的按本发明的安全系统的接触传感器模块的传感器电极的输出信号和所产生的传感器信号的数值表；

图6是用于通过操作者运行电气设备的按本发明的方法的流程图；

图7是用于按本发明开动电气设备的时间图；

图8是在第一个实施例中的按本发明的接触传感器模块的结构的透视图（图8a）和所述结构的相应的剖视图（图8b）；

图9是按本发明的接触传感器模块的传感器电极和中央的接地导体电路的可能的宽度比和间距比的表格；

图10是在第二个实施例中的按本发明的接触传感器模块的结构的剖视图；

图11是在第三个实施例中按本发明的接触传感器模块的结构的从第一侧（图11a）和从第二侧（图11b）的立体视图；

图12是在电气设备的把手中按本发明的安全系统的线路拓扑的第二个实施例的线路图；

图13是在电气设备的把手中按本发明的安全系统的线路拓扑的第三个实施例的线路图；并且

图14是在电气设备的把手中按本发明的安全系统的线路拓扑的第四个实施例的线路图。

具体实施方式

在图1中示出了形式为经电动驱动的割草机12的立体视图。割草机12或电气设备10可以既通过电源也通过集成的蓄电池或蓄电池包或可更换蓄电池包被供能。因为供能的方式对本发明而言不那么重要，所以在此不应详细地探讨这一点。本领域技术人员相应地使用合适的装置来供能。

如本文开头已经提到的那样，在本发明的上下文中，接下来说明的割草机12不仅指的是电气设备10，而且也是其它手持式园林设备，例如草坪修剪器、修枝锯或者类似物。用于借助经电气驱动的使用工具来处理工件的手持式电动工具（在该电动工具中重要的是操作者的和/或其他人员的安全性），例如手持钻机或立式钻机、起子、冲击钻、凿岩机、刨机、角磨机、振动磨光机、抛光机、圆锯、台式锯、摆锯机或刺锯或类似物可以考虑用于本发明。此外，本发明也可以用于手持式家用电器，如吸尘器、搅拌器、熨斗等。

割草机12包括壳体14，在壳体中容纳有底盘和割草装置。未详细示出的割草装置本身包括切割元件，切割元件在割草机12运行中用于切割切割物、特别是草。四个轮16与割草机12的同样未详细示出的底盘连接。通过割草机12的供能向至少一个控制或调节电子器件18和电动机20供能。控制或调节电子器件18首要构造用于控制或调节割草机12、特别是控制或调节割草机12的电动机20。通过电动机20来驱动割草装置、特别是割草装置的切割元件。

壳体14与导引装置22连接，割草机12通过该导引装置用操作者的至少一只手导引和操作。导引装置22具有两个导引元件24、26它们伸缩状地相互交错地导引。第一导引元件24包括带四个握持区域30的把手28用于安全地导引和操作割草机12。把手28还具有中央的开关单元32，该开关单元与割草机12的控制或调节电子器件18电气地连接。连接例如通过电缆连接34完成，电缆连接固定在壳体14中并且通过壳体14的间隙36向外导引；但也可以考虑的是，无线地完成在中央的开关单元32和控制或调节电子器件18之间的连接。在电缆连接34的一个端部处，这个电缆连接电气地和机械地可拆卸地固定在把手28处。在连接的状态下，可以通过触发中央的开关单元32经由控制或调节电子器件18来控制、特别是接通和关断电动机20。补充性地可以想到的是，开关单元32借助控制或调节电子器件18控制或调节电动机20的转速。

导引装置22的两个导引元件24、26能拆卸地相互连接。第一导引元件24具有用于借助操作元件40能拆卸地紧固在第二导引元件26处的紧固单元38。第二导引元件26包括枢转单元42，导引装置22通过枢转单元能枢转地与割草机12的壳体14连接。借助枢转单元42的保险装置44在未操纵的状态下防止了导引装置22相对壳体14的枢转。

在割草机12的壳体14处可以能拆卸地挂上用于切割料的收集容器46。收集容器46尤其构造成能折叠，因而它可以被清空并且在折叠的状态下能节省空间地支承。此外，收集容器46具有显示装置48，通过该显示装置能显示收集容器46的填充状态。此外，割草机12还包括用于调整割草机12的切割高度的调整装置50。通过调整装置50可以有利地调整在轮16和割草装置之间的间距。

在图2中详细示出了割草机12的把手28。在把手28处设置有四个彼此间隔开的握持区域30，握持区域分别带有安全系统54的至少一个接触传感器模块52。从把手的中轴线M出发，把手28沿着割草机12的主导引方向F分别具有构造成弯曲的臂56的、带有各两个握持区域30的握持件58，其中，在每个握持区域30中布置有接触传感器模块52。为了改进触觉的可识别性，接触传感器模块52设置在握持区域30的相应的突起60的后方。但同样可以考虑的是，接触传感器模块52齐平地进入到握持区域30中。

大致居中地在把手28中布置有中央的开关单元32，开关单元电气地通过把手28的接口62和能连接到该接口上的电缆连接34能与割草机12的图1所示的控制或调节电子器件18连接。把手28可以与第一导引元件24和紧固单元38一起能拆卸地紧固在割草机12的第二导引元件26处。在使用在中央的开关单元32和割草机12的控制或调节电子器件18之间的无线电连接时，可以取消用于电缆连接34的接口62。

图3示出了布置在割草机12的把手28中的安全系统54的线路拓扑的第一个实施例的线路图。按照本发明规定，每个接触传感器模块52构造成带第一传感器电极64和至少一个第二传感器电极66的印制电路板，所述传感器电极分别与安全系统54电气地连接。为了割草机12的安全的运行，操作者必须分别用至少一个身体部分、特别是用至少一只手的一部分去接触所述接触传感器模块52的至少一个第一和第二传感器电极64、66。接触传感器模块52的每个传感器电极64、66与钎焊到印制电路板上的传感器处理器68、70电气地连接，所述传感器处理器作为模数转换器72将传感器电极64、66的模拟的传感器信号转化成数字的输出信号S11、S12、S21、S22、S31、S32、S41、S42。在每个接触传感器模块52中的至少两个传感器电极64、66和两个传感器处理器68、70基于安全系统54的所达到的冗余促成了较高的安全性。数字的输出信号S11、S12、S21、S22、S31、S32、S41、S42优选被二进制地编码，因而它们具有仅一个高电平和一个低电平，其中，在通过操作者接触第一传感器电极64中的至少一个第一传感器电极时，为第一输出信号S11、S21、S31、S41配设高电平（高电平有效）并且在通过操作者接触第二传感器电极64中的至少一个第二传感器电极时，为第二输出信号S12、S22、S32、S42配设低电平（低电平有效）。

为了将电气的多导体连接74连接到接触传感器模块52上，设置四极的接口76。接口76在多导体连接74处优选设计成刀形端子连接，以便一方面成本低廉地并且简单地设计制造，并且另一方面相比钎焊连接改进了可靠性。从接触传感器模块52方面来说，接口76则钎焊到印制电路板上。多导体连接74优选构造成在接触传感器模块52之间的多个四芯的扁带电缆78，其中，在每个扁带电缆78的用于第一传感器处理器68的输出信号S11、S21、S31、S41的第一导体80和用于第二传感器处理器70的输出信号S12、S22、S32、S42的第二导体82之间布置着用于给接触传感器模块52或传感器处理器68供能的第三导体84和第四导体86。在此，第三导体84用作接地连接GND并且第四导体86用于传输优选为5V的供给电位V_H。用于供能的两个导体84、86在用于传输数据的两个导体80、82之间的布置，特别有利地促成了多导体连接74对电磁的或高频的干扰的较高的不敏感性，所述干扰可能导致输出信号电平的错误探测。此外，通过导体的特殊的顺序80（高电平有效）、84（GND）、86（V_H）和82（低电平有效）确保，在两个相邻的数据和能量供应导体80、84或86、82之间的短路的情况下，不会出现安全系统54的误触发，因为在安全系统（54）的无接触的状态下在这些导体之间不存在电压差。

与接触传感器模块52连接的扁带电缆78的四个导体80、82、84、86在每个接触传感器模块52中接通，因而多个接触传感器模块52能极为简单地前后相继地连接。电气技术上观察的话，导体80、82、84、86在每个接触传感器模块52中的接通促成了以这种方式连接的接触传感器模块52的并联。把手28的每个臂56因此获得了与中央的连接插头88连接的扁带电缆78。连接插头88也与接触传感器模块52的接口74类似地优选通过刀形端子连接与两个扁带电缆78的总共八个导体80、82、84、86连接。此外，连接插头88能拆卸地与安全系统54的中央的开关单元92的连接端子90连接，因而必要时实现了中央的开关单元92的快速的更换。中央的开关单元92随后应当参考图4加以详细地说明。

除了接触传感器模块52外，安全系统54具有机电的按键94，必须操纵该机电的按键以在限定的时间段T内向安全系统54和接触传感器模块52供能。机电的按键94优选这样在把手28中布置在中轴线M上，使得操作者可以在割草机12的后方站立地轻松操纵割草机（参看图2）。此外，机电的按键94通过电缆连接96以及双极的插头98和相应的双极的插座100能拆卸地与连接插头88连接。为了这个目的，把手38具有带居中布置的接片104的开口102，其中，这样来选择开口102和接片104，使得要么仅穿过插头98，要么仅穿过插座100。

在图4中示出了安全系统54的中央的开关单元92的一个实施例的方块图。开关单元92构造成带有钎焊的连接端子90的印制电路板。连接端子90具有总共八个电触头以与按图3的中央的连接插头88能拆卸地连接。

在电网运行的割草机12的情况下，中央的开关单元92被供以230V的供给电压U_M。在蓄电池运行的割草机12中，供给电压U_M则相应地较小，例如为36V或72V。供给电压U_M施加在由两个继电器106构成的继电器单元108上。继电器106在未通电的状态下被打开；在通电的状态下，继电器106关闭，因而施加到继电器上的供给电压U_M接通割草机12的控制或调节电子器件18或电动机20。两个继电器106并行地工作并且因此在安全系统54中冗余地设计。

供给电压U_M从继电器单元108与两个继电器106的开关状态无关地传导给直流变压器110。这个直流变压器在次级侧提供12V的直流电压U_R，该直流电压一方面通过可选的电压制备112在连接端子90处施加用于机电的按键94的开关电位V_R并且另一方面用于供应继电器驱动器114。此外，直流电压U_R借助接在下游的转换器电子器件116转换成5V的供应电位V_H以通过连接端子90供应接触传感器模块52。

通过松开机电的按键94，启动了转换器电子器件116的定时器118，其中，定时器118例如可以构造成未详细示出的RC元件的电容器120。电容器120直接伴随对机电的按键94的操纵充电并且又在松开机电的按键94之后放电。放电过程因此限定了一个时间段T（参看图6），在该时间段内，操作者在割草机12开动时必须接触接触传感器模块52的第一传感器电极64中的至少一个第一传感器电极和第二传感器电极66中的至少一个第二传感器电极。定时器118也可以通过转换器电子器件116的处理器或类似物实现。

此外，中央的开关单元92包括用于四个接触传感器模块52的八个传感器处理器68、70的二进制的输出信号S11、S12、S21、S22、S31、S32、S41、S42的评估逻辑122。在此，接触传感器模块52的所有第一传感器电极64的输出信号S11、S21、S31、S41分别被逻辑运算成第一传感器信号S1并且接触传感器模块52的所有第二传感器电极66的输出信号S12、S22、S32、S42分别被逻辑运算成第二传感器信号S2。因为接触传感器模块52的其中一个第一传感器电极64的接触导致了相关的输出信号S11、S21、S31、S41的高电平（高电平有效）并且所述接触传感器模块52的其中一个第二传感器电极6的接触导致了相关的输出信号S12、S22、S32、S42的低电平（低电平有效），所以所有第一传感器电极64的输出信号S11、S21、S31、S41按照析取（OR）进行逻辑运算并且所有至少第二传感器电极66的输出信号S12、S22、S32、S42按照排除（NAND）进行逻辑运算。

在图5中，针对上述的开关逻辑示出了所有第一传感器电极64（高电平有效）的输出信号S11、S21、S31、S41的和所有第二传感器电极66（低电平有效）的输出信号S12、S22、S32、S42以及按本发明的安全系统54的接触传感器模块52的所产生的传感器信号S₁和S₂的数值表。

当第一传感器信号S1或第二传感器信号S2具有高电平时，评估逻辑122接通继电器驱动器114的第一电开关124或第二电开关126。继电器驱动器114的两个开关124、126优选构造成半导体开关、例如构造成MOSFET。它们串联，因而继电器单元108的两个继电器106仅在两个开关124、126接通时才被通电。这对应两个传感器信号S1和S2的逻辑与（UND运算）。

割草机12的运行因此仅在第一和第二开关124、126都接通，以便给用于给割草机的控制或调节器件18或电动机20供电的继电器106通电时才可能。

图6示出了用于通过操作者运行电气设备10或割草机12的按本发明的方法的流程图。在所述方法的第一步骤128中，操作者在割草机12开动之前并且在存在供给电压U_M时操纵机电的按键94，以便为安全系统54和接触传感器模块52供能（步骤130）。在随后的步骤132中，操作者然后必须分别接触接触传感器模块52的第一传感器电极中的至少一个第一传感器电极和第二传感器电极中的至少一个第二传感器电极64、66，以便促成割草机12的开动。在此，割草机12的控制或调节器件18和/或电动机20通过继电器106以前述方式被供以电能（步骤134）。

若在操作者接触传感器模块52的第一传感器电极中的至少一个第一传感器电极和第二传感器电极中的至少一个第二传感器电极64、66之前，操作者在步骤136中松开机电的按键94，那么就开始了定时器118的限定的时间段T（步骤138），在该时间段内，操作者在割草机12开动时还有机会接触接触传感器模块52的第一传感器电极中的至少一个第一传感器电极和第二传感器电极中的至少一个第二传感器电极64、66。若在限定的时间段T内没有完成接触，那么再次中断对安全系统54的和接触传感器模块52的供能（步骤140）并且向前开始所述方法。

若在割草机12运行期间在步骤142中松开所有的传感器电极64、66，那么割草机12或者该割草机的控制或调节电子器件18和电动机20就借助继电器级108关断（步骤144）。因此也又重新开始了所述方法。

图7参考图6中所说明的方法示出了割草机12的按本发明的开动的时间图表。按照在分图表146和148中的时间变化曲线，割草机12在第一时间点t₁上连接到电源上，因而施加例如230V的供给电压U_M。备选同样可以考虑的是，割草机12用可更换蓄电池包供电，其中，供给电压U_M然后例如为36V或72V。用供给电压U_M同时地通过直流变压器110也提供直流电压U_R。在第二时间点t₂上，操作者按照分图表150在至少100 ms的时间内操纵机电的按键94（参看图6中的步骤128）。由此按照分图表152给变压器电子器件116的电容器120充电。在操纵机电的按键94后的短时间（t₃-t₂＜100 ms）内，按照分图表154给安全系统54和接触传感器模块52供应5V的供给电位V_H（参看图6中的步骤130）。因此为了开动割草机12而激活安全系统54。

在时间点t₄上通过操作者松开机电的按键94之后（参看图6中的步骤136），电容器120再次放电至限定的约1秒（时间点t₆）的时间段T结束。在限定的时间段T内，操作者现在必须接触把手28的接触传感器模块52的第一传感器电极中的至少一个第一传感器电极和第二传感器电极中的至少一个第二传感器电极64、66，以便启动割草机12（参看图6中的步骤138）。这按照分图表156和158在时间点t₅上发生。在此，分图表156示例性地示出了第一接触传感器模块52的第一传感器电极64的“高电平有效”输出信号S11的时间变化曲线并且分图表158示出了第三接触传感器模块52的第二传感器电极66的“低电平有效”输出信号S₃₂的时间变化曲线。两个传感器电极64、66通过操作者接触至时间点t₇。与在时间点t₅上的两个传感器电极64、66的接触同时按照分图表160借助继电器驱动器114的MOSFET 124、126向两个继电器106施加开关电位V_R。通过通电接通了继电器106，因而在控制或调节电子器件18处和电动机20处施加供给电压U_M（参看图6中的步骤134）。因此割草机12开动。

若割草机12的操作者按照分图表156和158在时间点t₇上松开两个接触传感器模块52并且因此也松开两个传感器电极64、66（例如，因为操作者结束了他的作业或者因为他摔倒了），那么初始信号S₁₁采纳低电平并且初始信号S₃₂采纳高电平。因为不再接触把手28的传感器电极64、66，所以传感器信号S₁和S₂按照上述的逻辑分别采纳低电平。由此同时通过MOSFET 124、126打开两个继电器106并且关断割草机12（参看图6中的步骤144）。在时间点t₈上，割草机12例如通过拉拔电源插头而与供给电压U_M分离。在蓄电池运行的电气设备10中，在时间点t₁上能够施加供给电压U_M并且在时间点t₈上与供给电压U_M分离也通过加速度传感器或类似物实现，因而电气设备10在静止状态下仅消耗极小的静态电流。

图8a示出了按本发明的接触传感器模块52的结构在第一个实施例中的透视图。在图8b中则在侧向剖面中示出了结构。接触传感器模块52构造成总宽度约为9 mm并且总长度约为45 mm的印制电路板164，其中，印制电路板164在第一侧166上承载第一传感器电极64和第二传感器电极66。传感器电极64、66构造成有宽度A和长度B的开放的铜印制导线。在传感器电极64、66之间居中地间隔与传感器电极64、66的间距C地布置有传感器电极64、66的有宽度D和长度B的绝缘的接地印制导线168，该接地印制导线用作传感器电极64、66的对接电极并且其防止了传感器电极64、66的相互的影响。接地印制导线168的电位处在传感器处理器68、70的接地接头的电位上（为此也参看图11）。在所示实施例中，宽度A约为2 mm并且长度B约为26 mm。在传感器电极64、66和接地印制导线168之间的间距C约为1.5 mm，而接地印制导线的宽度D具有约1毫米的值。第一侧166的由传感器电极64、66的和接地印制导线168的外部的尺寸撑开的面限定了第一区域170。

在印制电路板164的与第一侧166对置的第二侧172上优选用SMD技术钎焊有四极的接口76以及各种各样的电子结构元件174，如第一和第二传感器处理器68、70（也参看图8b），其中，第二侧172的对应印制电路板164的第一侧166的第一区域170的第二区域176构造成格栅结构，该格栅结构的电位对应接地印制导线168地处在传感器处理器68、70的接地接头的电位上。以这种方式能尽可能避免可能的电子结构元件174对传感器电极64、66的干扰性的影响，这还提高了感知的精度。此外，各个电位通过传感器处理器68、70的平衡实现了对干扰因素的敏感度的进一步的最小化并且因此实现了传感器电极64、66的相应升高的感知精度。

与第二区域176相邻地在印制电路板164的第二侧172上布置着第三区域178，该第三区域尤其承载第一和第二传感器处理器6、70。在此，在传感器处理器68、70和布置在印制电路板164的对置的第一侧166上的传感器电极64、66之间的尽可能小的间距对接触传感器模块52的高的精度和小的易受干扰性而言很重要。

布置在印制电路板164的第一侧166上在第四区域180中的电子结构元件174以及用于可拆卸地与多导体连接74连接的接口76的可能的钎焊用插销也对接触传感器模块52的精度有影响。在此尤其适用的是，钎焊用插销的和电子结构元件174的结构高度可以保持得尽可能小，以便能将传感器电极64、66密封地定位在把手28的握持区域30的内壁处。这例如可以通过用于钎焊用插销的相应的凹部182和在握持区域30的内壁中的电子结构元件174达到。

有约0.2 mm厚的胶带184的每个接触传感器模块152固定在握持区域30的内壁处，其中，胶带184具有第一区域170的尺寸、特别是传感器电极64、66的长度B。接触传感器模块52与多导体连接74或扁带电缆78的电接触通过已经结合图3说明的接口76完成，所述接口连接四个导体80、82、84、86，因而在需要时能极为简单地相继接通多个接触传感器模块52。接口76为此具有两侧的接头用于扁带电缆78的直至两个四极的插塞触头186，所述插塞触头优选构造在刀形端子连接中。为了对接触传感器模块52防潮，将该接触传感器模块埋入到例如由硅酮或其它电绝缘的塑料制成的浇注料188中。

作为对按图8的接触传感器模块52的第一个实施例的尺寸说明的补充，不同的尺寸A、B、C、D也是可能的。因此传感器电极64、66的长度B尤其根据把手28的或握持区域30的尺寸至100 mm，这大致对应手的宽度。针对传感器电极64、66、接地印制导线168和它们之间的间距的尺寸A、C和D关于接触传感器模块52的印制电路板164的总宽度的比例，按照图9中的表的值域在尽可能高的感知精度和小的易受干扰性方面被证实在技术上是可行的（第一行）、优选的（第二行）和最优的（第三行）。

在图10中示出了按本发明的接触传感器模块52在第二个实施例中的结构的剖视图。与按图8的第一个实施例不同的是，印制电路板164现在构造成多层印制电路板，其中，印制电路板164的中间层190构造成接地层，其与传感器处理器68、70的接地接头连接（为此也参看图11）。此外，接触传感器模块52现在在其第一侧166上不再具有电子构件174，因而接触传感器模块可以全面地用胶带184固定在握持区域30的内侧处。因此传感器电极64、66更为紧密地贴靠在握持区域30的外部区域上，这提高了接触敏感度。基于构造成接地层的中间层190，传感器电极64、66和接地印制导线168在无损感知精度的情况下通过可能的布置在第二侧172上的电子构件174在印制电路板164的整个长度上延伸，这导致了接触传感器模块的更大的感知范围。此外，现在实现了从传感器电极64、66到传感器处理器68、70的直接的贯通连接。

也通过取消现在构造成由两部分组成的接口76的钎焊用插销实现了接触传感器模块52与握持区域30的表面的更小的间距，其中，下部192作为SMD插座钎焊到印制电路板164的第二侧上，上部194则一方面用作用于下部192的插头并且另一方面用作扁带电缆78的四极的插塞触头186的插座。也可以通过接触传感器模块52的全面的粘接连接将握持区域30的厚度相对按图8的第一个实施例减小了约一半地减小到小于一毫米，这导致了感知敏感度和精度的进一步的提高。

图11从第一侧（图11a）和从第二侧（图11b）示出了在第三个实施例中的按本发明的接触传感器模块52的结构的透视图。如在之前的按图10的实施例中那样，接触传感器模块52在其第一侧166上不具有电子构件174，因而接触传感器模块可以全面地固定在握持区域30的内侧上。与之前的实施例的区别在于，接触传感器模块52的第一传感器电极64和第二传感器电极66现在分别被接地电极168基本上完全地、特别是至少90%地环形包围。环形包围传感器电极64、66的接地电极168的“开放的”设计方案避免或减小了可能的干扰感知的谐振或所谓的“绕环（Ringing）”，这就是说，传感器信号的振荡。

接触传感器模块52构造成多层印制电路板，其对应按图10的实施例地在其第一侧166上具有电极64、66、168并且在与第一侧166对置的第二侧172上具有诸如第一和第二传感器处理器68、70的电子构件以及接口76。此外，印制电路板164的第一中间层190构造成接地层并且另一个中间层196构造成格栅结构。第一中间层190在空间上布置在第一侧166和另外的中间层196之间并且另外的中间层196在空间上布置在第一中间层190和印制电路板164的第二侧172之间。中间层190、192对应接地印制导线168地处在传感器处理器68、70的接地接头198的电位上。因此结合传感器电极64、66，接地电极168、第一和另外的中间层190、196和传感器电极64、66的电位可以通过分别与它们连接的传感器处理器68、70加以平衡，以便最小化可能的干扰因素或者提高传感器电极64、66的感知精度。

在图12中示出了在电气设备10的把手28中的按本发明的安全系统54的线路拓扑的第二个实施例的线路图。安全系统54与按图3和4的安全系统54的区别基本上在于，取代在接触传感器模块52中的接通的多导体连接74的是，四个接触传感器模块52的每个接触传感器模块能单独通过单独的扁带电缆78与安全系统54的中央的开关单元92的连接端子90能拆卸地连接。因此接触传感器模块52的四极的接口76不再接通多导体连接74的四个导体80、82、84、86。传感器电极64、66在此构造成圆形的铜棒，其并排布置在接触传感器模块52的印制电路板164上。在每个印制电路板164上同样有第一和第二传感器处理器68、70，它们分别与两个传感器电极64、66电气地连接。两个传感器处理器68、70对应第一个实施例地起到模数转换器72的作用，以将传感器电极64、66的模拟的电压信号转换成数字的、特别是二进制的输出信号S_n1或S_n2。带有中央的开关单元92的安全系统54的线路拓扑的优点在于，相对噪声和其它特别是高频的干扰有极高的不敏感性。另一方面，按图11a的安全系统54相比第一个实施例更不灵活一些 ，因为能与中央的开关单元92连接的接触传感器模块52的最大的数量由连接端子90预定。

取代扁带电缆78地也可以按照图13将在接触传感器模块52之间的多导体连接74构造成带四个作为导体的相应的铜印制导线的印制电路板164。与两个前述的实施例不同的是，在第三实施例中，取代接触传感器模块52的分散的传感器处理器64、66地规定，同样构造成印制电路板64的中央的开关单元92具有中央的传感器处理器200。由此特别有利地获得了安全系统的一种极为成本低廉的变型方案，该变型方案此外还可以极为简单地安装或更换，但它的使用也极为特殊地局限于相应的电气设备10。要补充的是，传感器电极64、66的输出信号S_n1、S_n2受中央的传感器处理器200所限模拟地传输并且因此对噪声和干扰信号更为敏感。此外，传感器电极64、66必须被单独地校准，以便达到尽可能高的感知敏感度。

在按图14的第四个实施例中，与第一个实施例不同的是使用柔性膜202作为多导体连接74和用于接触传感器模块52的载体。这相比按图13的第三个实施例允许了广泛应用于不同的电气设备10，有通过接触传感器模块52的传感器处理器68、70的分散的模数转换的优点和较小的制造成本，但另一方面则没有提供第一个实施例的灵活性，就添加另外的接触传感器模块52而言。

最后还要指出的是，四个接触传感器模块52的在安全系统54的所有四个实施例中示出的数量均是示例性的。可以视把手28的要求和尺寸大小或握持区域30的数目而定也在按本发明的安全系统54中仅使用两个或多于四个的接触传感器模块52。

Claims (17)

1.用于电气设备（10）的安全系统（54）的接触传感器模块（52），带有用于探测通过操作者的接触的第一传感器电子器件（64），其特征在于，接触传感器模块（52）具有至少一个第二传感器电极（66）来探测通过操作者的接触，其中，为传感器电极（64、66）配设至少一个接地电极（168），所述接地电极用作传感器电极（64、66）的对接电极。

2.按照权利要求1所述的接触传感器模块（52），其特征在于，为每个传感器电极（64、66）配设传感器处理器（68、70）作为模数转换器（72）以产生数字的输出信号（S11、S12、S21、S22、S31、S32、S41、S42）、特别是二进制的输出信号（S11、S12、S21、S22、S31、S32、S41、S42）。

3.按照前述权利要求中任一项所述的接触传感器模块（52），其特征在于，所述至少一个接地电极（168）与所述传感器处理器（68、70）的接地接头（198）连接。

4.按照前述权利要求中任一项所述的接触传感器模块（52），其特征在于，所述接触传感器模块（52）构造成带第一侧（166）和对置的第二侧（172）的印制电路板（164），其中，所述传感器电极（64、66）和所述至少一个接地电极（168）布置在第一侧（166）上并且所述传感器处理器（68、70）布置在第二侧（172）上。

5.按照前述权利要求中任一项所述的接触传感器模块（52），其特征在于，每个传感器电极（64、66）被各一个接地电极（168）基本上完全地、特别是至少90%地环形地包围。

6.按照前述权利要求4或5中任一项所述的接触传感器模块（52），其特征在于，在所述印制电路板（164）的第二侧（172）上的、对应在第一侧（166）上的区域（170）的区域（176）构造成了与所述传感器处理器（68、70）的接地接头（198）连接的格栅结构，所述传感器电极（64、66）和所述至少一个接地电极（168）布置在第一侧上的区域中。

7.按照前述权利要求4至6中任一项所述的接触传感器模块（52），其特征在于，所述印制电路板（164）构造成多层印制电路板，多层印制电路板具有与所述传感器处理器（68、70）的接地接头（198）连接的至少一个中间层（190、196）作为接地层和/或格栅结构。

8.按照前述权利要求中任一项所述的接触传感器模块（52），其特征在于，所述传感器电极（64、66）构造成有宽度（A）的敞开的铜印制导线并且所述至少一个接地电极（168）构造成有宽度（D）的绝缘的铜印制导线，其中，所述传感器电极（64、66）和所述至少一个接地电极（168）基本上分别延伸经过相同的长度（B）。

9.按照前述权利要求中任一项所述的接触传感器模块（52），其特征在于，所述至少一个接地电极（168）的在相邻的传感器电极（64、66）之间的至少一部分与所述传感器电极（64、66）分别间隔相同的间距（C）地布置。

10.按照前述权利要求8或9中任一项所述的接触传感器模块（52），其特征在于，所述传感器电极（64、66）的宽度（A）和在所述传感器电极（64、66）和所述至少一个接地电极（168）之间的间距（C）在所述接触传感器模块（52）的总宽度的8和35%之间、优选在13和28%之间、特别优选在18和22%之间。

11.按照前述权利要求8至10中任一项所述的接触传感器模块（52），其特征在于，所述至少一个接地电极（168）的宽度（D）在所述接触传感器模块（52）的总宽度的8和30%之间、优选在13和25%之间、特别优选在14和18%之间。

12.按照前述权利要求8至11中任一项所述的接触传感器模块（52），其特征在于，所述传感器电极（64、66）的和所述至少一个接地电极（168）的长度在30 和100 mm之间。

13.用于电气设备（10）的安全系统（54），带有按照前述权利要求中任一项所述的多个接触传感器模块（52）和评估逻辑（122），其特征在于，评估逻辑（122）将接触传感器模块（52）的所有的第一传感器电极（64）的输出信号（S11、S21、S31、S41）逻辑运算成第一传感器信号（S1）并且将接触传感器模块（54）的所有的至少第二传感器电极（64）的输出信号（S12、S22、S32、S42）逻辑运算成至少一个第二传感器信号（S2）。

14.按照权利要求13所述的安全系统（54），其特征在于，所有的第一传感器电极（64）的至少输出信号（S11、S21、S31、S41）按照析取（OR）进行逻辑运算并且所有的至少第二传感器电极（66）的输出信号（S12、S22、S32、S42）按照排除（NAND）进行逻辑运算。

15.按照前述权利要求13或14中任一项所述的安全系统（54），带有第一电开关（124）和至少一个第二电开关（126），其特征在于，当第一传感器信号（S1）具有高电平时，所述评估逻辑（122）接通第一电开关（124），并且当至少一个第二传感器信号（S2）具有高电平时，接通至少一个第二电开关（126），其中，仅当第一和至少一个第二开关（124、126）接通时，所述电气设备（10）才能运行。

16.按照权利要求15所述的安全系统（54），带有至少一个另外的开关（106），特别是带有至少一个继电器（106），其特征在于，接通所述第一和第二电开关（124、126）促使接通用于给电动机（20）供能的至少一个另外的开关（106）和/或接通用于所述电气设备（10）的电动机（10）的控制或调节电子器件（18）。

17.电气设备（10）、特别是经电动地驱动的手工工具机、经电动地驱动的园林设备或经电动地驱动的家用器具，其带有按照前述权利要求1-12中任一项所述的接触传感器模块（52）和/或按照权利要求13-16中任一项所述的安全系统（54）。

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