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Pflegebetten
werden von Menschen benutzt, die hinsichtlich ihrer Körperfunktionen
eingeschränkt sind.
Die einzelnen gegeneinander beweglichen Elementen des Bettes werden
deswegen bei Pflegebetten mit Hilfe von Elektromotoren betätigt, um
die Einstellung des Betts ohne Kraftaufwand durchführen zu können.
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Die
Steuerung der Elektromotoren muss im Hinblick auf die eingeschränkten Bewegungsmöglichkeiten
der Patienten besonderes zuverlässig
sein. Insbesondere muss sichergestellt sein, dass die Motoren nicht
thermisch überlastet
werden. Um dies zu gewährleisten
sind die Motoren üblicherweise
mit Endschaltern ausgerüstet,
damit tatsächlich
nur solange Strom fließt,
wie der Motor Zeit benötigt,
um in eine Endlage zu kommen. Selbst wenn der Benutzer eine entsprechende
Taste der Eingabetastatur länger betätigt als
der Motor Zeit benötigt
um die Endlage zu erreichen, kann eine Überlastung nicht stattfinden, weil
der Motorstrom zwangsläufig
durch den Endschalter abgeschaltet wird.
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Kritisch
kann die Sache jedoch dann werden, wenn durch Fehler in den Stromzuleitungen
oder bei den Endschaltern die Endabschaltung nicht wie gewünscht erfolgt.
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Ausgehend
hiervon ist es Aufgabe der Erfindung eine Steuerung zu schaffen,
die erhöhte
Anforderungen an die Sicherheit erfüllt.
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Diese
Aufgabe wird erfindungsgemäß mit einer
Steuerung mit den Merkmalen des Anspruches 1 oder des Anspruches
2 gelöst.
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Bei
der neuen Steuerung handelt es sich um eine Steuerung für Pflegebetten,
bei denen die einzelnen Teile über
Elektromotoren angetrieben und in Bewegung gesetzt werden können. An
die Steuerung ist eine Eingabeeinrichtung in Gestalt einer Handtastatur
angeschlossen, mit mehreren Tasten, über die der Benutzer Befehle
zum Bewegen der einzelnen Elemente des Bettes eingeben kann. Die
Bewegung des jeweiligen Elementes hält solange an, bis entweder
der Benutzer die Taste loslässt
oder der Motor die Endlage erreicht.
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Zur
Steuerung gehört
ferner eine Prozessoreinrichtung, in der ein Programm abgelegt ist,
um aus den Eingabebefehlen, die der Benutzer über die Tastatur eingibt, die
entsprechenden Steuersignale für die
Motoren zu erzeugen.
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In
der Regel gehört
zu der Steuerung auch ein Polaritätsumschalter, damit die Motoren
wahlweise in entgegengesetzter Richtung laufen können. Üblicherweise werden zum Antrieb
der Betten permanenterregte Motoren verwendet, bei denen die Drehrichtung
in einfacher Weise durch Polaritätswechsel vorgegeben
werden kann.
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Der
Polaritätsumschalter
ist entweder so gebaut, dass beim Fehlen von Eingangssignalen der Motorstrom
ohnehin unterbrochen ist, oder, falls dies nicht der Fall ist kann
in Serie mit dem Polaritätsumschalter
eine zusätzliche
Schalteinrichtung liegen, um den Motorstrom abzuschalten, wenn der
Benutzer die betreffende Taste loslässt.
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Es
ist eine Überwachungseinrichtung
vorgesehen, die dazu eingerichtet ist, den Stromfluss zu dem wenigstens
einen Antriebsmotor oder den Einschaltzustand des Polaritätsumschalters
bzw. des damit in Serie liegenden Schalters zu überwachen.
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Mit
der Überwachungseinrichtung
arbeitet die Prozessoreinrichtung zusammen, die einen Programmabschnitt
mit einem Timer enthält.
Der Timer wird jedesmal dann gestartet, wenn von der Überwachungseinrichtung
ein Signal kommt, das anzeigt, dass entweder Strom fließt oder
ein Einschaltsignal für
den Polaritätsumschalter
vorliegt, um den Motor in Gang zu setzen. Dadurch wird nicht nur
das tatsächliche
Fließen
eines Stroms sondern auch das mögliche
Fließen
eines Stroms in sinnvoller Weise überwacht, um Risiken in Folge
von Fehlern in der Steuerung auszuschließen. Solche Fehler können beispielsweise
auftreten, wenn der Patient versehentlich auf der Handtastatur liegt
und gleichzeitig ein Motorendschalter versagt, oder aber ein Kabel
gequetscht ist und somit ebenfalls wiederum ein Dauersignal für einen
Motor geliefert wird, dessen Endschalter versagt, oder aber in der
Steuerung selbst das Abschalten des Motorstroms wegen eines Versagens
von Halbleiterbauelementen versagt.
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Mit
Hilfe des Timers wird festgestellt, ob eine solche tatsächliche
oder mögliche
Stromflussbedingung länger
als eine vorbestimmende Zeit lang andauert. Soll dies der Fall sein,
wird die Steuerung in einer Weise blockiert, dass ein weiteres Weiterleiten oder
Verarbeiten von Steuersignalen oder Einschalten von Motoren unmöglich wird.
Der Strom zu dem Antriebsmotor kann zwangsweise unterbrochen werden,
und zwar unter Umständen
unabhängig
von dem Polaritätsumschalter.
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Durch
diese Maßnahme
erhöht
sich wesentlich die Redundanz des Gesamtsystems und Einzelfehler
von Halbleiterbauelementen können
keinen Schaden mehr auslösen.
Da obendrein die Steuerung vollständig blockiert wird, wird nach
außen
unmissverständlich
angezeigt, es liegt ein gefährlicher Fehler
vor. Das gesamte System wird außer
Betrieb genommen, um den Benutzer zu zwingen das Gesamtsystem aus
Bett und Steuerung durch geeignetes Wartungspersonal überprüfen zu lassen.
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Die
zwangsweise Abschaltung des Gesamtsystems kann auch mit Hilfe eines
zusätzlichen
in der Stomzuleitung liegenden Sicherheitsschalters ausgeführt sein, über den
wenigstens der Motorstrom fließt.
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Eine
weitere Möglichkeit
besteht darin, über den
Sicherheitsschalter auf die Stromversorgung zu der Prozessoreinrichtung
zu steuern, damit im Fehlerfall sich auch die Porzessoreinrichtung
selbsttätig dauerhaft
abschaltet.
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Eine
einfache Sicherheitsschaltereinrichtung kann von einem bistabilen
Relais gebildet sein, das normalerweise ohne äußere Stromzufuhr in dem Betriebszustand
ist, der eine Stromversorgung der Steuerung und/oder der Motoren
zulässt.
Sollte die Prozessoreinrichtung einen gefährlichen Fehler erkennen, der
eine Blockierung zweckmäßig erscheinen
lässt,
wird das bistabile Relais angesteuert und in den anderen Betriebszustand
dauerhaft umgeschaltet, der die Stromzufuhr zu den Motoren und/oder
der Steuerung unterbricht. Lediglich durch die Zufuhr eines weiteren
Stromimpulses umgekehrter Polarität oder an einer anderen Wicklung
lässt sich
der Sicherheitsschalter wieder in den Zustand zurückversetzen,
in dem eine Stromversorgung innerhalb der Steuerung möglich ist.
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Vorteilhafterweise
kann die Steuerung einen Sonderbetrieb aufweisen, in dem die Sperre
für den oder
die Polaritätsumschalter
oder den Sicherheitshalter rücksetzbar
ist. Dieser Sonderbetrieb kann beispielsweise angesteuert werden,
in dem innerhalb bestimmter Zeitfenster eine vorher festgelegte
Folge von Tasten auf der Handsteuerung betätigt wird.
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Die
Eingabeeinrichtung kann eine Tastatur aufweisen, oder gegebenenfalls
auch eine Spracheingabe.
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Besonders
sicher wird die Steuerung, wenn sie zwei Prozessoren enthält. Diese
Prozessoren kann dazu verwendet werden, sich gegenseitig zu überwachen.
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Die
Sicherheit wird gesteigert, wenn die Prozessoren hardwaremäßig diversitär sind.
Eine noch größere Sicherheit
kann erreicht werden, wenn die in den Prozessoren laufenden Programme
softwaremäßig diversitär sind.
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Die
softwaremäßige Diversität kann erreicht werden,
wenn einer der Prozessoren das volle Steuerprogramm enthält und der
andere lediglich einen Teil mit Sicherheitsfunktionen. Die Wahrscheinlichkeit
von ungünstigen,
schwer zu entdeckenden Programmierfehlern wird damit praktisch auf
Null reduziert, weil die Sicherheitsfunktionen einfach und übersichtlich
zu programmieren sind, und letztlich dadurch Fehler in dem anderen
Programm in ihrer Wirkung in Kombination mit der Steuerung mit den
Merkmalen des Anspruches 1 eliminiert werden.
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Ein
sehr einfacher Polaritätsumschalter
wird erreicht, wenn er lediglich Halbleiterbauelemente aufweist.
Der Polaritätsumschalter
kann wenigstens zwei Halbbrücken
enthalten, wobei der betreffende Antriebsmotor im Brückenzweig
liegt.
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Wenn
der Polaritätsumschalter
drei Halbbrücken
aufweist, können
in die damit geschaffenen drei Brückenzweige insgesamt drei Motoren
geschaltet sein, wobei in jedem Brückenzweig ein Antriebsmotor
liegt. Hierdurch reduziert sich die Zahl der erforderlichen Halbbrücken, die
gleich der Anzahl der Motoren ist. Die Anordnung gestattet die Ansteuerung jedes
einzelnen Motors oder aber auch zweier Motoren, dann jedoch mit
entgegengesetzter Polarität.
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Die
Verwendung von Halbbrücken
ermöglicht
auch ohne weiteres eine Strombegrenzung zu realisieren, wobei zur
Verringerung der Umschaltverlustleistung jedes Transistors in der
Halbbrücke
während
einer Halbwelle der speisenden Vollwellen gleich gerichteten Versorgungsspannung
der obere Transistor und in der nächsten Halbwelle der untere Transistor
zum Ausschalten herangezogen wird. Der jeweils andere Transistor
wird stromlos in den entsprechenden Zustand gesteuert, der während der
jeweils nächsten
Phase benötigt
wird.
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Die Überwachungseinrichtung
kann einen Stromsensor enthalten. Dieser Stromsensor kann in der
Stromzuleitung zu allen Motoren liegen, um so auf einfache Weise
sämtliche
Motoren und deren Betriebszustände
zu überwachen.
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Der
Stromsensor kann mit Eingängen
beider Prozessoren verbunden sein. Es ist auch möglich, dass der Stromsensor
ein oder mehrere Stromsensorwiderstände aufweist, die entweder
sämtlich
oder voneinander getrennt mit Eingängen der Prozessoren verbunden
sind.
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Zur Überwachung
der Schaltzustände
der Polaritätsumschalter
kann der weitere Prozessor, der lediglich einen Teil des gesamten
Programms enthalten kann, mit Eingangsanschlüssen an die Steuereingänge der
Polarisationsumschalter angeschlossen werden. Hierdurch wird der
weitere Prozessor in die Lage versetzt zu kontrollieren, welche
Schaltzustände
durch den anderen Prozessor an den Polaritätsumschaltern eingeschaltet
werden soll.
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Damit
die Prozessoreinrichtung nicht nach dem Verschwinden der Versorgungsspannung
in den Normalbetriebszustand willkürlich zurückgesetzt werden kann, enthält sie vorzugsweise
einen nichtflüchtigen
Speicher, in dem eine Variable abgelegt wird, die den Blockierzustand
angibt. Dieser Variable wird nach dem Wiedereinschalten abgefragt,
womit dann die Steuerung automatisch in den Blockierzustand übergehen
kann.
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Eine
besonders einfache Schaltung wird erreicht, wenn in der Stromzuleitung
zu den Motoren ein Sicherheitsschalter liegt, der im Übrigen autonom arbeitet.
Dieser Sicherheitsschalter kann beispielsweise ein bistabiles Relais
umfassen, das normalerweise beim Auslieferungszustand der Steuerung
in dem Zustand ist, der die Stromversorgung der Motoren gestattet.
Im Fehlerfall wird das bistabile Relais in den anderen Zustand umgeschaltet,
womit die Steuerung funktionsunfähig
wird. Das bistabile Relais kann entweder aus dem Hauptprozessor
oder einem eigenen autonomen Prozessor angesteuert werden.
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Im Übrigen sind
Weiterbildungen der Erfindung Gegenstand von Unteransprüchen.
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Die
nachfolgende Figurenbeschreibung erläutert Aspekte der Erfindung.
Kleinere nicht beschriebene Details kann der Fachmann in der gewohnten
Weise den Zeichnungen entnehmen, die insoweit die Figurenbeschreibung
ergänzen.
Es ist klar, dass eine Reihe von Abwandlungen möglich sind.
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Die
nachfolgenden Zeichnungen sind nicht unbedingt maßstäblich. Zur
Veranschaulichung der wesentlichen Details kann es sein, dass bestimmte Bereiche übertrieben
groß dargestellt
sind. Darüber hinaus
sind die Zeichnungen vereinfacht und enthalten nicht jedes bei der
praktischen Ausführung
gegebenenfalls vorhandene Detail.
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1 zeigt
in einer perspektivischen Darstellung ein erfindungsgemäßes Pflegebett
unter Veranschaulichung der einzelnen Abschnitte des Liegerahmens.
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2 zeigt
das Bett nach 1 in der Sesselstellung,
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3 zeigt
das Prinzipschaltbild eines ersten Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen fehlersicheren
Steuerung unter Verwendung von zwei Prozessoren und abschaltenden
Polaritätsumschaltern.
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4 zeigt
ein stark vereinfachtes Flussdiagramm für die Steuerung nach 1 und
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5 zeigt
ein zweites Ausführungsbeispiel der
erfindungsgemäßen Steuerschaltung
unter Verwendung eines zusätzlichen
Sicherheitsschalters und
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6 zeigt
das Prinzipschaltbild unter Verwendung einer Gruppe von Halbbrücken zur
Ansteuerung von drei Motoren.
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1 zeigt
in einer perspektivischen Darstellung das erfindungsgemäße Dreh-
und Aufstehbett 1 in der Liegestellung, während 2 das
Bett 1 in der Sitz- oder Sesselstellung wiedergibt.
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Das
Bett
1 weist eine Bettumrandung
2 mit einem Kopfteil
3,
einem Fußteil
4 sowie
Seitenwänden
5 und
6 auf.
Die dem Betrachter zugekehrte Seitenwand
5 befindet sich
in der Liegestellung. Die Seitenwand
5 steht in einem größeren Abstand
zum Boden, womit zwischen der Unterkante der Sei tenwand
5 und
dem Boden ein Spalt besteht, der es dem Pflegepersonal ermöglicht,
die Fußspitzen
unter das Bett zu stellen. Die Seitenwand
5 ist beweglich
gelagert und gelangt in der Sesselstellung des Bettes
1 in
einer weiter nach unten verschobene Position, wie dies
2 erkennen
lässt.
Die spezielle Lagerung der Seitenwand
5 ist beispielsweise
ausführlich
in der
DE 199 12 987
A1 erläutert.
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Innerhalb
der Bettumrandung
2 befindet sich ein Heber
8,
der ausschnittsweise in
2 zu erkennen ist. Auf dem Heber
8 ist über ein
nicht weiter erkennbares Drehscharnier ein Liegerahmen
9 befestigt,
der einer Matratze
11 trägt. Der Heber
8 dient
dazu, den Liegerahmen
9 samt der darauf befindlichen Matratze
11 in
unterschiedliche Höhen
zu bringen. Der Aufbau des Hebers ist beispielsweise in der
DE 10 2004 019 144
A1 ausführlich
erläutert,
auf die insoweit Bezug genommen wird.
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Der
Liegerahmen 9 gliedert sich in mehrere, gegeneinander bewegliche
Abschnitte. Die Bezeichnungen der einzelnen Abschnitte entsprechen
im Wesentlichen der Bezeichnung der darauf ruhenden Körperteile
eines im Bett liegenden Menschen.
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Unmittelbar
am Kopfende befindet sich ein schwenkbarer und in 1 nach
oben geschwenkter Kopfabschnitt 12, an den sich in Richtung
auf das Fußende
ein Rückenabschnitt 13 anschließt. Der
Rückenabschnitt 13 ist
an einem Zentralabschnitt 14 anscharniert, der seinerseits
unmittelbar über
das Drehscharnier mit dem Heber oder Lifter 8 verbunden
ist. Auf den Zentralabschnitt 14 folgt ein Oberschenkelabschnitt 15,
der in einen Unterschenkelabschnitt 16 übergeht. Schließlich bildet
die Liegefläche
noch ein Fußab schnitt 17.
Im gedrehten Zustand bleibt der Fußabschnitt 17 ortsfest
im Bett, während
lediglich die Abschnitte 12 bis 16 bewegt werden.
Die einzelnen Abschnitte des Liegrahmens 9 und der Heber 8 sowie
die Dreheinrichtung werden über
permanenterregte Getriebemotoren bewegt.
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3 zeigt
ein prinzipielles Blockschaltbild einer Steuerung 20, wie
sie verwendet wird, um die einzelnen Getriebemotoren über eine
Handtastatur 21 zu steuern. Zu der Steuerung 20 gehören zwei Prozessoren 22 und 23 sowie
zwei Polaritätsumschalter 24 und 25.
Zu jedem Polaritätsumschalter 24 und 25 wird
ein zugeordneter Motor 26 bzw. 27 mit Strom versorgt,
wobei die Polarität
umgeschaltet werden kann.
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Die
beiden Polaritätsumschalter 24, 25 sowie
die daran angeschlossenen Motoren 26, 27 sind lediglich
exemplarisch veranschaulicht. Es versteht sich, dass die Anzahl
der Polaritätsumschalter
und die Anzahl der Motoren, die über
die Steuerung 20 betätigt
wird, der Anzahl der Motoren entspricht, die das Pflegebett 1 enthält.
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Der
mit 23 in der Figur bezeichnete Block versinnbildlicht
eine Zusammenschaltung oder Baueinheit, bestehend aus einer CPU
sowie einem Programm und Datenspeicher. Die so gebildete Einheit, die
gegebenenfalls aus mehreren hardwaretechnischen Einheiten bestehen
kann, wird insgesamt als Prozessor bezeichnet. Dieselbe Vereinbarung
gilt für den
Prozessor 22. Die darin enthaltenen CPU's und/oder Programm- und Datenspeicher
sind vorzugsweise hardwaremäßig diversitär. Auch
die darin abgelegten Programme sind diversitär, zumindest in dem Sinne,
dass die Steuerprogramme, die in ihnen enthalten sind, nicht gleich
sind. Die mögli chen
Unterschiede werden weiter unten im Einzelnen erläutert.
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Der
Prozessor 23 weist einen Eingang 28 auf, an den über ein
mehrpoliges Kabel 29 die Handtastatur 21 angeschlossen
ist. Die Handtastatur 21 weist eine Anzahl von einzelnen
Tasten 31 auf. Beim Betätigen
einer Taste wird der Motor, der dieser Taste zugeordnet ist mit
der betreffenden Drehrichtung eingeschaltet.
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Über einen
weiteren Port 32 ist der Prozessor 23 mit dem
Prozessor 22 verbunden. Ports 33 und 34 bilden
Signalausgänge,
an die Eingänge 35, 36 der
Polaritätsumschalter 24, 25 angeschlossen sind.
Der Polaritätsumschalter 25 weist
einen Stromversorgungseingang 37 sowie einen Masseanschluss 38 auf,
der mit der Schaltungsmasse verbunden ist.
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In ähnlicher
Weise enthält
der Polaritätsumschalter 24 ebenfalls
einen Stromversorgungsanschluss 39 sowie einen Masseanschluss 41.
Die beiden Masseanschlüsse 37 und 39 liegen
miteinander verbunden an einem Stromsensorwiderstand 42, dessen
heißes
Ende mit einer Stromversorgung 43 verbunden ist.
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Parallel
zu dem Stromsensorwiderstand 42 liegen zwei Einganganschlüsse 44 und 45 des
Prozessors 22. Zwei weitere Eingänge 46 und 47 sind
an die Eingänge 35 und 36 der
beiden Polaritätsumschalter 24 und 25 angeschlossen.
Ein I/O-Port 48 ist mit
dem I/O-Port 32 des Prozessors 23 verbunden.
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Es
versteht sich, dass die gezeigten Verbindungen ein- oder mehrpolige
Verbindungen sein können,
je nachdem, wie sie benutzt werden. Wieviele Pole die Verbindung
jeweils enthält
ist dem Fachmann geläufig.
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Der
Vollständigkeit
halber ist schließlich noch
erwähnt,
dass die beiden Motoren 26 und 27 an entsprechenden
Stromversorgungsausgängen 49...53 der
beiden Prozessoren 24 und 25 liegen.
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Die
Funktionsweise der Schaltung wird nachstehend in Verbindung mit 4 erläutert.
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Es
sei dazu angenommen, dass die Oberreihe von Tasten 31 der
Steuerung des Rückenteils 13 entspricht,
das über
den Motor 27 bewegt wird. In der zweiten Reihe von Tasten 31 auf
der Handtastatur 21 wird das Oberschenkel- und das Fußteil 15,16 angesteuert,
das über
den Motor 26 bewegt wird. Wenn keine Taste betätigt ist,
gibt der Prozessor 23 an seinen beiden Ausgängen 33 und 34 keine
Steuersignale an die Polaritätsumschalter 24, 25 ab.
Die beiden Motoren 26 und 27 sind und bleiben
stromlos.
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Wenn
der Benutzer ein Anliegen des Rückenteils
möchte,
betätigt
er die entsprechende Taste 31 in der oberen Reihe auf der
Handtastatur 21. Der Prozessor 23 bekommt über das
Kabel 29 ein entsprechendes elektrisches Signal, das er,
je nach Stellung des Bettes, auf Zulässigkeit überprüft und er gibt sodann über seinen
Ausgang 33 einen Steuerbefehl an den Polaritätsumschalter 25 ab.
Der Polaritätsumschalter
schaltet daraufhin den Strom für
den Motor 27 mit der entsprechenden erforderlichen Polarität ein. Sobald
der Benutzer die entsprechende Taste loslässt, verschwindet das Steuersignal
an dem Ausgang des Prozessors 23, womit der Polaritätsumschalter 25 die
Stromversorgung zu dem Motor 27 unterbricht.
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Sinngemäß die gleiche
Steuerung erfolgt für den
Motor 26 mit den Tasten 31 der zweiten Reihe.
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Da,
wie oben angegeben, das Bett eine Vielzahl von Bewegungsmöglichkeiten
hat, muss die Steuerung 23 überprüfen, ob in der jeweiligen Betriebsstellung
des Betts die gewünschten
Bewegungen möglich
sind oder zu einer Gefährdung
führen würden. Hierzu
sind in dem Bett noch weitere Positionsschalter verteilt, die auch
an die Steuerung 23 angeschlossen werden können. Für das Wesen
der vorliegenden Erfindung ist dies jedoch im Moment nicht von Bedeutung.
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Wenn
der Benutzer das Rückenteil 13 anheben
will und die entsprechende Taste 31 betätigt hat, gibt, wie oben ausgeführt, die
Steuerung 23 ein entsprechendes Signal an den Polaritätsumschalter 25 ab.
Dieses an dem Ausgang 33 abgegebene Signal wird gleichzeitig
von dem Prozessor 22 abgehört und überprüft.
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Außerdem erzeugt
der laufende Motor 27 einen Spannungsabfall an dem Widerstand 42.
Dieses Spannungssignal gelangt ebenfalls über die Eingänge 44 und 45 in
den Prozessor 22.
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Der
Prozessor 22 erfährt
somit über
zwei Wege davon, dass der Motor 27 läuft bzw. laufen soll.
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In
dem Prozessor 22 ist ein Programmabschnitt realisiert,
wie er, grob vereinfacht, in 4 gezeigt
ist. Der Prozessor 22 überwacht
in einem Abfrageblock 55 ständig, ob der Motorstrom eingeschaltet
ist, d.h. an dem Widerstand 42 ein Spannungsabfall aufscheint,
der größer ist
als ein vorgebener Grenzwert, oder ob an einem der überwachten Ausgänge 33 oder 34 des
Prozessor 23 ein Signal zum Einschalten eines der Polaritätsumschalter 25, 26 abgegeben
wird. Wenn dies nicht der Fall ist, kehrt das Programm an den Anfang
des Abfrageblocks 55 zurück. Sobald jedoch eine der
beiden Bedingungen erfüllt
ist, geht das Programm zu einem Anweisungsblock 56 weiter.
In dem Anweisungsblock 56 wird ein Timer oder eine Stoppuhr
gestartet, die mit vorgegebenen Schritten eine Zeit hoch zählt. Nach
dem Starten des Timers im Anweisungsblock 56 gelangt das Programm
in einen Abfrageblock 57. An dieser Stelle des Programms
wird überprüft, ob entweder
noch der Motorstrom fließt
oder ein Einschaltsignal für
einen der Motoren 26, 27 abgegeben wird, oder
beide Bedingungen vorliegen. Ferner wird überprüft, bis zu welchem Wert zwischenzeitlich
der Timer hochgezählt
hat. Wenn zwar noch Motorstrom fließt oder das entsprechende Befehlssignal
zum Einschalten des Motorstroms noch anliegt, der Timer jedoch noch nicht
seinen Grenzwert erreicht hat, geht das Programm in einen Anweisungsblock 58,
und wartet dort etwa 10 Millisekunden, ehe das Programm an den Anfang
des Abfrageblocks 57 zurückkehrt. Die Wartezeit von
10 Millisekunden ist willkürlich
und kann durch jede andere beliebige, jedoch hinreichend kurze Zeit
ersetzt werden.
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Wenn
kein Fehler vorliegt, d.h. also die Einschaltzeit für den betreffenden
Motor oder die Stromflusszeit kürzer
sein als der festgelegte Grenzwert, wird das Programm in der Schleife über die
Abfrageblöcke 57,58 und
den Anweisungsblock 59 in dem Abfrageblock 57 festellen,
dass der Motorstrom verschwunden ist und auch das Steuersignal für den Motor
abgeschaltet wurde. Damit kehrt das Programm an den Anfang des Abfrageblocks 55 zurück.
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Wenn
jedoch ein Doppelfehler vorliegt, der dazu führt, dass der Motorstrom eingeschaltet
bleibt und weiterhin fließt,
was die Gefahr einer thermischen Überlastung und eines Schmorbrands
des Motors auslösen
könnte,
wird zuvor in dem Abfrageblock 58 die Situation eintreten,
dass der aktuelle Wert, den die variable Timer angenommen hat, einen
vorgegebenen Grenzwert übersteigt.
Das Programm wird in einem solchen Falle mit dem Anweisungsblock 61 fortfahren
und die gesamte Steuerung oder wenigstens einen relevanten Teil
davon sperren.
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Die
Zeitschleife ist so festgelegt, dass eine thermische Überlastung
mit Sicherheit ausgeschlossen ist.
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In
dem Abfrageblock 57 sind die Bedingungen mit "oder" verknüpft, was
bedeutet, dass eine Blockierung der Steuerung nicht eintritt, wenn
eine oder beide Variablen vor dem Erreichen des Zeitgrenzwertes
wieder verschwindet.
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Die
Blockierung wird beispielsweise dadurch geschehen, dass der Prozessor 22 auf
dem Prozessor 23 entsprechend einwirkt und ihn daran hindert, die
entsprechenden Steuersignale an die Motoren weiter zu geben. Die
Polaritätsumschalter 24 und 25 werden
abgeschaltet und das Gefahrenpotential verschwindet.
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Abweichend
von der Darstellung in 3, bei der nur der Prozessor 22 an
dem Stromsensorwiderstand 42 angeschlossen ist, besteht
auch die Möglichkeit,
den Prozessor 23 mit entsprechenden Eingängen zu
dem Sensorwiderstand 42 parallel zu schalten, so dass beide
Prozessoren 22 und 23 von sich aus dieselbe Überwachungsfunktion
durchführen.
Schließlich
besteht die Möglichkeit
zwei Sensorwiderstände
zu verwenden, wobei jeder von beiden Sensorwiderständen einem
der beiden Prozessoren 22, 23 zugeordnet ist.
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Anstelle
des Stroms kann auch das Strom-Zeit-Integral als Grenzwert ausgewertet
werden.
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5 zeigt
eine abgewandelte Ausführungsform
der Steuerung nach 3. Bei dieser Ausführungsform
ist zusätzlich
in der Zuleitung zu dem Sensorwiderstand 42 ein bistabiles
Relais 62 vorgesehen, das zwei Steuerwicklungen 63 und 64 aufweist. Eine
der beiden Steuerwicklungen, nämlich
die Steuerwicklung 64 ist mit dem I/O-Port 48 des
Prozessors 22 verbunden. Der andere Steuerwickler 63 liegt
an zwei gesonderten Eingangsanschlüssen 65.
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Der
Prozessor 22 oder der Prozessor 23 arbeiten wie
zuvor beschrieben.
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Im
Auslieferungszustand ist der Schalterkontakt des bistabilen Relais 62 geschlossen,
d.h. es besteht eine galvanische Verbindung von der Stromversorgung 43 zu
den Motoren 26 und 27, die über die Polaritätsumschalter 24 und 25 gesteuert
wird.
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Der
Prozessor 22 arbeitet wie zuvor beschrieben. Sollte er
dabei wegen eines Fehlers bei den Endschaltern der Motoren in Verbindung
mit einer Fehlsteuerung über
die Handtastatur bei dem Anweisungsblock 61 angelangen,
gibt er an seinem I/O-Port 48 ein Steuersignal für die Magnetwicklung 64 ab,
die daraufhin das bistabile Relais 61 in den Ausschaltzustand überführt. Die
Stromverbindung zwischen den Motoren 26, 27 und
der Stromversorgung 43 ist damit zwangsweise und unabhängig von den
Polaritätsumschaltern 24, 25 unterbrochen.
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Eine
Wiederinbetriebnahme geschieht nur, indem die andere Magnetwicklung 63 bestromt
wird. Um das bistabile Relais in den Auslieferungszustand zurück zu bringen.
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Die
Bestromung des Relais 63 kann entweder über den Prozessor 23 oder über eine
von außen zugeführte Spannung
erfolgen. Wenn das Rücksetzen
des bistabilen Relais 62 in den normalen Betriebszustand über den
Prozessor 23 erfolgen soll, ist eine zusätzliche
Verbindung zwischen einem I/O-Port
und der Magnetwicklung 63 vorgesehen. Das Rücksetzen
geschieht beispielsweise, indem auf der Handtastatur 21 innerhalb
eines vorgesehenen Zeitfensters eine bestimmte Tastenfolge ausgeführt wird.
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Die
Einsteuerung des Relais 62 im Fehlerfall, d.h. die Ansteuerung
der Magnetwicklung 64 kann über eine entsprechende Entkopplung
auch über
den Prozessor 23 erfolgen.
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Wie
sich aus dem Obigen ergibt braucht der Prozessor 22 nicht
das vollständige
Steuerprogramm zu enthalten. Es genügt, wenn er die sicherheitsrelevante
Zeitüberwachung
abwickelt. Ein solches Programm ist wesentlich einfacher und damit
fehlersicherer zu programmieren, als das komplizierte Programm des
Prozessors 23.
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5 zeigt
schließlich
das Prinzipschaltbild eines abgewandelten Polaritätsumschalters 24.
Der Polaritätsumschalter 24 enthält hiernach
mehrere Halbbrücken 65, 66 und 67 von
denen jede zwei Feldeffekttransistoren 68a bzw. 69a in
Serie zwischen der Schaltungsmasse und der Stromversorgung 43 aufweist.
Die Halbbrücke 66 weist
entsprechende Transistoren 68d und 69d bzw. 68c und 69c in
der Halbbrücke 67 enthält. Dadurch
entstehen insgesamt drei Brückenzweige
zwischen den Halbbrücken 65, 66; 66, 67 und 67, 65.
In jedem Brückenzweig
liegt einer der Motoren 26 und 27 bzw. ein weiterer
Motor 27a. Wenn beispielsweise der Motor 26 mit
einer Drehrichtung in Gang gesetzt wird, werden über den I/O-Port 35 der
Feldeffekttransistor 68a und der Feldeffekttransistor 69b eingeschaltet.
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Die
umgekehrte Drehrichtung des Motors 26 wird erhalten durch
Einschalten des Transistors 68b und des Transistors 69a.
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Bei
diesem Betriebsfall bleiben die beiden benachbarten Motoren 27 und 27a stromlos,
weil in der Halbbrücke 67 sämtliche
Feldeffekttransistoren 68c und 69c abgeschaltet
bleiben.
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Wie
unschwer zu erkennen ist gilt derselbe sinngemäße Betriebszustand für alle übrigen Motoren
auch.
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Wie
ferner leicht zu erkennen ist, kann die Anordnung durch weitere
Halbbrücken
ergänzt
werden. Ab vier Halbbrücken
sind zwei Motoren unabhängig
voneinander betreibbar. Der Vorteil der Anordnung besteht darin,
dass die Anzahl der Halbbrücken
mit der Anzahl der Motoren übereinstimmt
und somit Halbleiter gespart werden.
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Schließlich besteht
ein Vorteil der Anordnung darin, dass die Umschaltverlustleistung
halbiert werden kann. Wenn angenommen wird, die Schaltung arbeitet
mit einer Strombegrenzung, wobei beim erreichen des Grenzstroms
beispielsweise beim Motor 26, wahlweise der Feldeffekttransistor 69b oder
der Feldeffekttransistor 69b oder der Feldeffekttransistor 68a abgeschaltet
werden, besteht die Möglichkeit, dieses
Abschalten aufeinander folgend durch jeweils den anderen Transistor
durchzuführen,
womit immer einer der Transistoren leistungslos geschaltet wird. Die
Abschaltleistung und die Wiedereinschaltleistung kann dadurch periodisch
zwischen den beiden Transistoren hin und her geschaltet werden.
Für jeden Transistor
halbiert sich damit die Verlustleistung, die beim Abschalten oder
beim Einschalten auftritt.
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Der Übersichtlichkeit
halber sind die erforderlichen Freilaufdioden nicht dargestellt.
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Eine
Steuerschaltung für
Pflegebetten enthält
eine zusätzliche
Strom- und Einschaltdauerüberwachung
der Motoren. Wenn die Motoren länger
als eine vorbestimmte Zeit eingeschaltet bleiben und auch Strom
fließt,
gelangt die Steuerung in einen Blockierzustand um ein thermisches Überlasten
der Motoren auszuschließen.