DE102007045420B3

DE102007045420B3 - Sicherheitssystem für einen beweglichen Flügel

Info

Publication number: DE102007045420B3
Application number: DE102007045420A
Authority: DE
Inventors: Matthias Hucker; Walter Mergen
Original assignee: Geze GmbH
Current assignee: Geze GmbH
Priority date: 2007-09-21
Filing date: 2007-09-21
Publication date: 2009-02-12
Anticipated expiration: 2027-09-22

Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf ein Sicherheitssystem für einen beweglichen Flügel, der mittels eines motorischen Antriebes gegenüber seinem Rahmen zu verfahren ist, wobei zum Sicherheitssystem eine Sensoranordnung gehört, durch die beim Auflaufen des Flügels auf ein Hindernis ein Schaltsignal für die Unterbrechung der Antriebsbewegung auszulösen ist.
Erfindungsgemäß umfasst das Sicherheitssystem einen Vibrationsgeber zur Schwingungsanregung von Flügel und/oder Rahmen und eine störkraftbedingte Änderung der eingekoppelten Überwachungsschwingung von Flügel und/oder Rahmen lässt sich durch einen Vibrationssensor erfassen und für die Auslösung des Schaltsignals nutzen.

Description

Die Erfindung betrifft ein Sicherheitssystem für einen beweglichen Flügel.
Derartige Sicherheitssysteme dienen insbesondere dem Zweck, Verletzungen von Personen durch Einklemmen von Körperteilen zwischen dem sich durch den Antrieb schließenden Flügel und dem zugehörigen Rahmen verhindern zu können und sind deshalb z. B. bei fernbedienbaren Garagentoren auch gesetzlich vorgeschrieben. Handelsübliche Sicherheitssysteme weisen entlang den Scherkanten des Flügels entsprechende Dichtungen auf, durch deren Zusammendrücken beim Auftreffen auf ein Hindernis das Abschaltsignal oder auch Umschaltsignal für den Antrieb ausgelöst wird. Hierzu können handelsübliche Dichtungsbänder mit kapazitiven Sensoren verwendet werden. Alternativ zu als Sensor genutzten Dichtungsbändern lässt sich zur Auslösung des Schaltsignals ein Druckwellenschalter bekannter Art einsetzen, der durch den kompressionsbedingten Druckstoß eines Fluids geschaltet wird, das sich in einem entlang der Scherkante angeordneten Hohlkammerprofil befindet. Eine weitere Alternative zu Dichtungsbändern mit kapazitiven Sensoren ist in bekannten Dichtungen mit Lichtwellenleiter zu sehen.
Bei diesen bekannten Lösungen ist es jeweils für einen wirksamen Verletzungsschutz von entscheidender Bedeutung, dass sich das Erfassungsmittel für ein die Hemmkraft erzeugendes Hindernis weitgehend lückenlos über die gesamte Umfangslänge der Scherkante oder Scherkanten des Flügels erstreckt. Außerdem muss die Scherkante des Flügels zur durchgehenden Befestigung des Erfassungsmittels geeignet sein.
Durch diese Anforderungen an Flügel mit Sicherheitssystem ist die konstruktive Freizügigkeit bei der Gestaltung der Flügel- und Rahmengeometrie erheblich beeinträchtigt.
Des Weiteren sind Sicherheitssysteme für angetriebene Flügel bekannt, die mit einer Überlastabschaltung des Antriebsmotors arbeiten. Somit ist bei solchen Systemen die gewünschte Freizügigkeit bei der Gestaltung von Flügel und Rahmengeometrie gegeben. Mit solchen Überlastabschaltungen ist jedoch ein Einklemmen nicht vollständig zu verhindern, da die motorische Betätigung des Flügels auch unter dem Einfluss externer Kräfte, z. B. von Windlasten, noch zuverlässig funktionieren und der Antrieb entsprechend ausgelegt werden muss. Aufgrund des trägen Ansprechverhaltens sind solche Überlastabschaltungen daher nicht mehr in der Lage, die heutigen Sicherheitsanforderungen zu erfüllen.
Aus der EP 1 072 902 A2 ist ein Verfahren zur Erfassung eines Objekts bekannt, das sich im Weg eines elektrischen Fensterhebesystems eines Fahrzeugs befindet. Das Fensterhebesystem wird von einem Motor geöffnet und geschlossen, der von einem Steuerkreis gesteuert wird. Es werden dem Fenster zugeordnete Schallsignale abgetastet, während das Fenster schließt. Die abgetasteten Schallsignale werden mit einem vorgegebenen Geräuschgrenzwert zum Erfassen des im Weg des Fensterhebersystems befindlichen Objekts verglichen.
Aufgabe der Erfindung ist es, ein Sicherheitssystem für einen beweglichen Flügel zu schaffen, das trotz zeitgemäßen Ansprechverhaltens eine große konstruktive Freizügigkeit bei der Gestaltung von Flügel und zugehörigem Rahmen zulässt.
Diese Aufgabe wird durch ein Sicherheitssystem mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst.
Die Unteransprüche bilden vorteilhafte Ausgestaltungsmöglichkeiten der Erfindung.
Der Grundgedanke der Erfindung basiert auf der Überlegung, dass eine in Flügel oder Rahmen über einen Vibrationsgeber eingeleitete bzw. eingekoppelte mechanische Schwingung zu einer korrespondierenden Schwingungsbelastung von Flügel bzw. Rahmen führt, die über den gesamten Betätigungszyklus des angetriebenen Flügels aufrecherhalten und als zuverlässig reproduzierbare Überwachungsschwingung genutzt werden kann.
Solange die fortlaufend von einem Vibrationssensor erfasste Überwachungsschwingung unverändert bleibt, liegt ein ungestörter Normalbetrieb vor. Schlägt der Flügel aber während seiner motorischen Verstellung an einem Hindernis an, ändert sich sein Schwingungsverhalten jedoch sofort und führt zur entsprechenden Veränderung der Überwachungsschwingung. Die veränderte Überwachungsschwingung kann nunmehr genutzt werden, um den Antriebsmotor ab- oder auf Reversierbetrieb umzuschalten. Die Anordnung des Vibrationsgebers zum Einkoppeln der Schwingung und die Anordnung des Vibrationssensors zur Erfassung der realen Überwachungsschwingung im Flügel oder Rahmen können dabei jeweils an geeigneter Stelle in einem eng begrenzten Flächenbereich erfolgen, so dass die konstruktive Freizügigkeit bei der Gestaltung von Flügel und Rahmen keinen Beschränkungen unterliegt.
Da mit dem Vibrationssensor bereits leichte Berührungen des mit der Überwachungsschwingung beaufschlagten Rahmens oder Flügels als Verstimmungen oder Dämpfung der Schwingung registriert werden können, kann das Sicherheitssystem problemlos auf ein gutes oder sehr gutes Ansprechverhalten hin ausgelegt werden.
Um ein Einklemmen von Körperteilen zwischen dem sich schließenden Flügel und dem Rahmen zu erfassen, kann prinzipiell entweder in den Rahmen oder in den Flügel eine Schwingung eingekoppelt werden.
Um alle Arten der Behinderung der Bewegung des Flügels schnell erfassen zu können, wird aber vorzugsweise für den Flügel eine Überwachung der Schwingung vorgesehen werden. Hierzu müssen der Vibrationsgeber und der Vibrationssensor nicht zwingend am Flügel selbst angeordnet sein, da eine Wirkverbindung derselben zum Flügel ausreicht. Diese Wirkverbindung kann z. B. aus einer Körperschall übertragenden Verbindung von Vibrationsgeber und Vibrationssensor zum Flügel bestehen.
Als technisch besonders einfacher und funktionssicherer Vibrationsgeber lässt sich ein Schallgeber vorgesehen, mit dem ein getaktetes Akustiksignal erzeugt werden kann.
Dieses Akustiksignal kann zweckmäßig im für das menschliche Gehör hörbaren Frequenzbereich liegen, der auch für Warnsignale bekannter Art üblich ist. Hierdurch ertönt während der Verfahrbewegung des Flügels automatisch ein entsprechendes Warngeräusch, das bei Personen in Hörweite zu erhöhter Aufmerksamkeit führen wird. Solche Warngeräusche können z. B. durch ein entsprechendes Gerät erzeugte Klopfgeräusche sein, die sich über ein breites Frequenzband erstrecken oder auch z. B. durch Piezoelemente erzeugte Piep- oder Pfeifgeräusche, die sich über ein vergleichsweise schmales Frequenzband erstrecken. Die Überwachungsschwingung über Piezoelemente kann ferner auch eine außerhalb des menschlichen Hörbereichs liegende Frequenz z. B. von 25 kHz aufweisen, falls die Überwachung des Flügels durch das Sicherheitssystem diskret erfolgen soll.
Um den Schallgeber ohne zusätzliche Körperschallverbindung rahmenseitig anordnen zu können, lässt sich das Akustiksignal über eine Antriebsmechanik in den Flügel einkoppeln. Da der Antriebsmotor üblicherweise mit der Antriebsmechanik verbunden ist, kann das Akustiksignal wie z. B. ein Klopfgeräusch über den Antriebsmotor erzeugt sein, indem ein Klopfgerät mitangetrieben wird. Bei einem Elektromotor wäre es ferner denkbar, das Brummgeräusch des Motors aus der Netzfrequenz als Akustiksignal zu nutzen. In diesem Fall wäre der Antriebsmotor gleichzeitig der Vibrationsgeber für das Sicherheitssystem.
Ein technisches Problem bei Umsetzung der Erfindung kann bei Türen, Fenstern oder ähnlichen Flügeln dadurch entstehen, dass die eingekoppelte Überwachungsschwingung in der letzten Schließbewegungsphase durch eine zwischen Flügel und Rahmen abgestützte Dichtung gedämpft wird. Damit dies nicht zum ungewollten Ansprechen des Sicherheitssystems führt, kann ein Steuergerät mit einer Auswerteeinheit vorgesehen sein, durch welches das Spektrum der vom Vibrationssensor registrierten Schwingungen mit einem in einem Speicher der Auswerteeinheit abgelegtem Referenzspektrum abgeglichen wird. Das System spricht somit nur dann an, wenn eine Abweichung des erfassten Realwertes zum korrespondierenden Referenzwert vorliegt.
Die momentane Öffnungsposition eines schwenkbaren Flügels kann dabei auf einfache Weise mittels eines Drehwinkelsensors z. B. eines Potentiometers erfasst werden.
Neben der Berücksichtigung des Öffnungswinkel kann auch eine Kompensation von variablen physikalischen Einflussgrößen wie der Umgebungstemperatur des Sicherheitssystems vorgesehen sein, indem für unterschiedliche Temperaturbereiche mehrere Referenzspektren abgelegt werden und der Abgleich in Abhängigkeit von der vorliegenden Temperatur stattfindet. Durch Adaption der Referenzspektren an die physikalische Einflussgröße und Vergleich des vom Vibrationssensor gelieferten Schwingungsspektrums mit dem passenden im Speicher abgelegten Schwingungsspektrum kann die Funktionssicherheit des Systems deutlich verbessert werden.
Um Betriebsstörungen zu vermeiden oder mit geringem Aufwand zu beheben, kann zudem ein Betätigungszyklus mit Selbstlerneffekt vorgesehen sein. Hierbei werden die vom Vibrationssensor erfassten Schwingungsspektren des unberührt verfahrenen Flügels als Referenzspektren im Speicher der Auswerteeinheit abgelegt und können danach für den Abgleich mit den Schwingungsspektren bei den nachfolgenden Betätigungen dienen.
Weitere zweckmäßige Ausgestaltungen und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiel der Erfindung unter Bezug auf die Figuren der Zeichnungen, wobei funktional gleiche Bauteile mit gleichen Bezugszeichen versehen sind.
Dabei zeigen:
1 eine perspektivische Schrägansicht eines Kippfensters mit Sicherheitssystem und
2 eine Seitenansicht des Kippfensters nach 1.
Die Figuren zeigen jeweils in schematischer und separater Darstellung ein Kippfenster 10, das einen nach dem Einbau unbeweglich festgelegten Fensterrahmen 11 und einen am Fensterrahmen 11 schwenkbar gelagerten Fensterflügel 12 umfasst. Im insgesamt rechteckigen Fensterflügel 12 ist eine durchsichtige Scheibe 13 von einem umlaufenden Flügelrahmen gehalten. Der Flügelrahmen des Fensterflügels 12 ist wie auch der Fensterrahmen 11 in üblicher Weise aus geraden, auf Länge geschnittenen Strangpressprofilen zusammengesetzt. Die Strangpressprofile bestehen hier aus einer im Fensterbau üblichen Aluminiumknetlegierung, könnten jedoch aus anderen im Fensterbau üblichen Werkstoffen wie Kunststoff oder auch Holz bestehen. Um den Fensterflügel 12 zum Aufstellen um eine horizontale geometrische Achse kippen zu können, ist er am unteren Profil des Flügelrahmens über wenigstens ein Scharnier 14 schwenkbar am unteren Profil des Fensterrahmens 11 gelagert. Am oberen Profil des Flügelrahmens ist der Fensterflügel 12 zentral von einem beweglichen Antriebselement 15 gehalten, das nur schematisch angedeutet ist und die Koppelverbindung zu einem den Antriebsmotor enthaltenden Antriebsmodul 16 herstellt. Das Antriebselement 15 kann z. B. von einer Kette, einer Scherenmechanik oder ähnlichen für Kippfenster 10 geeigneten Koppelelementen gebildet werden. Zum öffnen wird der Fensterflügel 12 oben durch das motorisch bewegte Antriebselement 15 vom Fensterrahmen wegbewegt, bis er die aufgestellte Offenstellung eingenommen hat. Soll der Fensterflügel 12 wieder geschlossen werden, wird der Antriebsmotor umgeschaltet, wodurch der Fensterflügel 12 vom Antriebselement 15 im entgegengesetzten Richtungssinn bis in seine geschlossene Endlage geschwenkt wird.
Um beim Öffnen und Schließen des Kippfensters 10 die Verletzungs- bzw. Beschädigungsgefahr durch den motorisch bewegten Fensterflügel 12 zu minimieren, ist ein während der motorischen Betätigung des Kippfensters 10 aktiviertes Sicherheitssystem vorhanden. Das Sicherheitssystem umfasst mindestens einen Vibrationsgeber 17, der mit kurzer Taktung oder während des gesamten Schließvorgangs mechanische Schwingungen in den Fensterflügel 12 einkoppelt. Die Überwachungsschwingungen werden mittels eines zugeordneten Vibrationssensors 18 erfasst und daraufhin abgeglichen, ob das real erfasste Schwingungs spektrum an der Messstelle des Vibrationssensors 18 mit den eingekoppelten Schwingungen korreliert. Ergeben sich zwischen diesen Schwingungsspektren Abweichungen, die auf eine Berührung des Fensterflügel 12 oder dessen Kollision mit einem Hindernis hindeuten könnten, wird der Antriebsmotor automatisch abgeschaltet oder auch zum Antrieb des Fensterflügels 12 in Gegenrichtung umgeschaltet.
Der Vibrationsgeber 17 erzeugt ein Akustiksignal, das z. B. ein mittels eines Piezoelements erzeugter, pulsierender und getakteter Pfeifton sein kann, welcher von Personen in Hörweite auch als Warnsignal wahrgenommen wird. Das Piezoelement kann besonders raumsparend angeordnet werden, wenn es in bekannter Weise auf einem Folienträger angeordnet ist. Auch der Vibrationssensor 18 kann aus einem Piezoelement bestehen, wobei sich dann prinzipiell ein Zusammenwirken der korrespondierenden Piezoelemente wie bei Lautsprecher und Mikrophon ergibt.
Zur Vereinfachung der Darstellung sind in 1 beispielhaft verschiedene mögliche Anordnungsstellen des Vibrationsgebers 17 und des zugeordneten Vibrationssensors 18 eingezeichnet. Wie ersichtlich ist, kann am Fensterrahmen 11 ein Vibrationsgeber 17 angeordnet werden, dessen Akustiksignal insbesondere durch Körperschall auf den Fensterflügel 12 übertragen werden kann. Eine Variante hierzu ist es, wenn der Vibrationsgeber 17 am oder im Gehäuse des Antriebsmoduls 16 angeordnet wird. Bei Verwendung eines Klopfgerätes als Vibrationsgeber kann dieses vorteilhaft von einem Nebenabtrieb des Antriebsmotors angetrieben werden. Eine weitere Alternative kann darin bestehen, das Betriebsgeräusch des Antriebsmotors zur Erzeugung der Überwachungsschwingung in den Fensterflügel 12 einzukoppeln. Hierdurch würde der Antriebsmotor zusätzlich auch den Vibrationsgeber bilden.
Daneben ist es auch vorgesehen, dass im ecknahen Bereich am Fensterflügel 12 selbst ein Vibrationsgeber 17 angeordnet ist. Der zugehörige Vibrationssensor 18 ist unten oder seitlich auf der entgegengesetzten Umfangsseite des Fensterflügels 12 angeordnet. Je nach der Frequenz der eingekoppelten Überwachungs schwingung sowie Material und Masse des Profils können am Fensterflügel 12 auch mehrere Vibrationssensoren 18 zur Erfassung der von einem Vibrationsgeber 17 eingekoppelten Überwachungsschwingung angeordnet sein.
Zum Sicherheitssystem kann ferner ein nicht gezeigtes Steuergerät mit elektronischer Auswerteeinheit gehören, durch welches das Spektrum der vom Vibrationssensor 18 registrierten Schwingungen mit einem in einem Speicher der Auswerteeinheit abgelegten Referenzspektrum zu vergleichen ist. Der technische Mehraufwand ist dabei relativ gering, wenn ohnehin eine elektronische Antriebssteuerung der Flügelbetätigung vorgesehen ist. Hierdurch bietet sich die Möglichkeit, die sich infolge von Dichtungskräften in Abhängigkeit vom Öffnungswinkels α des Fensterflügel 12 ändernden Schwingungsspektren jeweils mit dem abgelegten Referenzspektrum des entsprechenden Öffnungswinkels vergleichen zu können.
Eine ergänzende oder alternative Möglichkeit besteht, darin eine variable physikalische Einflussgröße zu kompensieren. Hierzu können im Speicher der Auswerteeinheit mehrere Referenzspektren in Abhängigkeit vom Wert der Einflussgröße abgelegt sein und das der aktuellen Einflussgröße, beispielsweise der Temperatur, entsprechende Spektrum zum Abgleich herangezogen werden. Zudem können die Schwingungsspektren eines Betätigungszyklus des Fensterflügels 12 vom Vibrationssensor 18 als Referenzbetätigung erfasst und zum aktuellen Abgleich im Speicher der Auswerteeinheit als Referenzspektren abgelegt werden.

10: Kippfenster
11: Fensterrahmen
12: Fensterflügel
13: Scheibe
14: Scharnier
15: Antriebselement
16: Antriebsmodul
17: Vibrationsgeber
18: Vibrationssensor

Claims

Sicherheitssystem für einen mittels eines motorischen Antriebes (Antriebsmodul 16) gegenüber seinem Rahmen (Fensterrahmen 11) beweglichen Flügel (Fensterflügel 12), mit einer Sensoranordnung, durch welche beim Auflaufen des Flügels (Fensterflügel 12) auf ein Hindernis ein Schaltsignal auszulösen ist, mit einen Vibrationsgeber (17) zur Schwingungsanregung von Flügel (Fensterflügel 12) und/oder Rahmen (Fensterrahmen 11), und mit einem Vibrationssensor (18), welcher eine störkraftbedingte Änderung der Überwachungsschwingung von Flügel (Fensterflügel 12) und/oder Rahmen (Fensterrahmen 11) zur Auslösung des Schaltsignals erfasst, wobei unter sensorischer Erfassung eines Öffnungswinkels (α) die sich in Abhängigkeit vom Öffnungswinkel (α) ändernden Schwingungsspektren von Flügel (Fensterflügel 12) und/oder Rahmen (Fensterrahmen 11) jeweils mit einem in einer elektronischen Auswerteeinheit abgelegten Referenzspektrum des entsprechenden Öffnungswinkels (α) abgleichen lassen.
Sicherheitssystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass mit dem Flügel (Fensterflügel 12) mindestens ein Vibrationsgeber (17) und wenigstens ein Vibrationssensor (18) wirkverbunden sind.
Sicherheitssystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass mit dem Vibrationsgeber (17) ein getaktetes Akustiksignal in den Flügel (Fensterflügel 12) und/oder den Rahmen (Fensterrahmen 11) einzukoppeln ist.
Sicherheitssystem nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Akustiksignal im für Menschen hörbaren Frequenzbereich liegt und die Charakteristik eines Warnsignals hat.
Sicherheitssystem nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Akustiksignal des Vibrationsgebers (17) über eine Antriebsmechanik für den Flügel (Fensterflügel 12) einzukoppeln ist.
Sicherheitssystem nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Akustiksignal des Vibrationsgebers (17) über den Antriebsmotor des Flügels (Fensterflügels 12) erzeugt ist.
Sicherheitssystem nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass als Akustiksignal ein Betriebsgeräusch des Antriebsmotors selbst genutzt ist.
Sicherheitssystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass als Vibrationsgeber (17) zur Erzeugung der Überwachungsschwingung ein Piezoelement vorgesehen ist.
Sicherheitssystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass als Vibrationsgeber (17) zur Erzeugung der Überwachungsschwingung ein Klopfgerät vorgesehen ist.
Sicherheitssystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der dem Vibrationsgeber (17) zur Erzeugung der Überwachungsschwingung zugeordnete Vibrationssensor (18) ein Piezoelement ist.
Sicherheitssystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Spektrum der vom Vibrationssensor (17) registrierten Schwingungen mit einem in einem Speicher der elektronischen Auswerteeinheit abgelegten Referenzspektrum zu vergleichen ist.
Sicherheitssystem nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass im Speicher der Auswerteeinheit zur Kompensation einer variablen physikalischen Einflussgröße mehrere Referenzspektren in Abhängigkeit vom Wert dieser Einflussgröße abgelegt sind.
Sicherheitssystem nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass mit dem Flügel (Fensterflügel 12) eine Referenzbetätigung möglich ist, deren vom Vibrationssensor (18) erfasste Schwingungsspektren im Speicher der Auswerteeinheit als aktuelle Referenzspektren abzulegen sind.