DE102008005783A1

DE102008005783A1 - Feuchteunabhängiger kapazitiver Einklemmschutz

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Publication number: DE102008005783A1
Application number: DE102008005783A
Authority: DE
Inventors: Gerd Reime
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2008-01-23
Filing date: 2008-01-23
Publication date: 2009-07-30
Anticipated expiration: 2028-01-24
Also published as: EP2245739B1; US8334623B2; DE102008005783B4; ES2599611T3; WO2009092577A1; US20090212849A1; EP2245739A1

Abstract

Ein Schutz gegen ein Einklemmen von Körperteilen zwischen wenigstens zwei relativ zueinander beweglichen Teilen weist wenigstens eine wenigstens einem Teil (1.1) zugeordnete Leiste (1.2) auf. In der Leiste sind wenigstens zwei voneinander beabstandete, sich in Längsrichtung der Leiste erstreckende, leitfähige Elemente (1.3, 1.5) vorgesehen. Eine Sensorelektronik (5.0) dient der Erzeugung eines Ausgangssignals infolge des durch äußere Einflüsse veränderbaren Verhältnisses der leitfähigen Elemente zueinander. Dadurch, dass wenigstens ein erstes leitfähiges Element (1.5) ein Signal aussendet, das von wenigstens einem zweiten leitfähigen Element (1.3) durch den kapazitiven Einfluss des ersten leitfähigen Elements (1.5) empfangen wird, das im Wesentlichen auf demselben elektrischen Potenzial wie das erste leitfähige Element (1.5) das empfangene Signal ebenfalls aussendet, wird ein kapazitiver Einklemmschutz geschaffen, der nicht auf Spritzwasser, Betauung oder Raureif reagiert.

Description

Gebiet der Erfindung
Die Erfindung betrifft ein Verfahren für einen Einklemmschutz nach dem Oberbegriff des Anspruches 1 sowie einen zugehörigen Einklemmschutz nach dem Oberbegriff des Anspruches 9.
Stand der Technik
Im Industrie- und Automobilbereich werden Einklemmschutzsysteme wie z. B. gemäß der DE 196 32 592 C2 vielfach mit sogenannten Kontaktschienen oder Sicherheitsleisten realisiert. Diese sind in der Regel flexible Gummi- oder Kunststoffleisten, die zwei gegenüberliegende leitfähige Elemente aufweisen. Werden diese Leisten im Einklemmfall zusammengedrückt, treten die leitfähigen Elemente in Kontakt und dadurch wird z. B. der Antriebsmotor eines mechanisch bewegten Teiles reversiert. Eingesetzt werden diese taktilen Sicherheitsleisten z. B. an Dreh- oder Schiebetüren oder auch im Automobilbereich z. B. bei automatisch schließenden Fenstern oder Schiebedächern. Dabei soll ein im Schließbereich befindlicher Körperteil erkannt werden, damit er bei einem automatischen Schließvorgang nicht eingeklemmt wird. Im Fall der oben beschriebenen Sicherheitsleisten muss ein gewisser Druck durch den Körperteil auf diese Leiste ausgeübt werden, um einen Antriebsmotor zu stoppen oder zu reversieren.
Übliche Materialien für diese taktilen Sicherheitsleisten sind oft temperaturabhängig, das heißt, bei tiefen Temperaturen im Winter ist ein höherer Druck zum Schließen des Kontaktes erforderlich als bei höheren Temperaturen im Sommer. Daher ist der zum Reversieren benötigte Druck z. B. einer Autoscheibe oftmals für einen kleinen Kinderfinger zu groß, sodass eine akute Verletzungsgefahr besteht.
Eine Weiterentwicklung dieser Sicherheitsleisten ist ein sogenannter kapazitiver Einklemmschutz. Eine der oben beschriebenen Vorrichtung ähnliche Gummi- oder Kunststoffleiste wird mit entsprechenden Elektroden versehen, wie dies z. B. in 1 dargestellt ist. Diese reagieren auf die Kapazitätsänderung bei Annäherung eines Körperteils, z. B. eines Fingers. Der Grund für die Kapazitätsänderung ist der elektrisch leitfähige Wasseranteil im menschlichen Körper. Nachteilig ist, dass diese Systeme daher nicht nur auf die Annäherung z. B. einer Hand reagieren, sondern auch auf Spritzwasser oder Betauung bzw. auf Raureif.
Wesentlich in Erscheinung tritt bei bisherigen Systemen auch die Kapazität zwischen dem zweiten leitfähigen Element 1.3 und der Trägerfläche 1.1 aus Metall oder Kunststoff wie z. B. dem Fahrzeugchassis. Verschiedene Verfahren versuchen daher, die Kapazität zwischen dem zweiten leitfähigen Element 1.3 und der Trägerfläche 1.1 als Masse dadurch zu verringern, das sie das erste leitfähige Element 1.5 als sogenanntes „active ground" beschalten. Dazu wird das am zweiten leitfähigen Element 1.3 anliegende Signal hochohmig abgenommen und über einen Buffer niederohmig an das erste leitfähige Element 1.5 gelegt. Dies verringert zwar die Kapazität zwischen dem zweiten leitfähigen Element 1.3 und der Massefläche 1.1, hilft jedoch nicht wesentlich gegen den Einfluss von Feuchtigkeit.
Offenbarung der Erfindung
Ausgehend von diesem Stand der Technik ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen kapazitiven Einklemmschutz zu schaffen, der nicht auf Spritzwasser, Betauung oder Raureif reagiert.
Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruches 1 sowie durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruches 9 gelöst.
Die Detektionsempfindlichkeit z. B. bei einer Handannäherung nimmt bei der beschriebenen Erfindung auch bei Anwesenheit von Wassertropfen auf der Oberfläche der Sicherheitsleiste nicht ab. Dadurch, dass sich beide leitfähigen Elemente in einer Leiste im Wesentlichen auf dem gleichen Potenzial befinden, wird auch das empfan gende Element zum aussendenden Element und dasselbe gilt für äußerlich an der Leiste befindliche Wassertropfen. Durch die mögliche Erfassung kleinster Änderungen können dennoch äußere Einflüsse als Kapazitätsänderungen zuverlässig erfasst werden.
Vorteilhaft können die bisher eingesetzten taktilen Sicherheitsleisten verwendet werden, wobei dann eine Annäherung einer Hand kapazitiv in einer gewissen Entfernung zur Leiste, z. B. 50 mm, erfasst wird, während ein eingebrachter nichtleitender und nicht kapazitiv wirksamer Gegenstand wie bisher taktil, also durch mechanisches Zusammendrücken und dadurch erfolgende Berührung der leitfähigen Sektoren erkannt wird. Verzichtet man jedoch auf die taktile Sicherheit, kann die Sicherheitsleiste auch als kompaktes Element, d. h. ohne Hohlraum ausgeführt werden.
Weitere Vorteile ergeben sich aus den Unteransprüchen und der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele.
Kurzbeschreibung der Figuren
In Folgenden wird die Erfindung an Hand von in den beigefügten Figuren dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigen:
1, 2 eine taktile Sicherheitsleiste nach dem stand der Technik in einer Schnittansicht und in perspektivischer Ansicht,
3 eine Anordnung bestehend aus zwei relativ zueinander beweglichen erfindungsgemäßen Sicherheitsleisten,
4 eine Anordnung gemäß 3, bei der eine Sicherheitsleiste durch ein dünnes leitfähiges flächiges Element ersetzt ist,
5 ein Blockschaltbild einer Schaltung zur Erfassung von kapazitiven Änderungen an der Sicherheitsleiste,
6 ein Blockschaltbild gemäß 5, in der die Summationswiderstände durch Impedanzwandler ersetzt sind,
7 ein Blockschaltbild gemäß 5 mit einer Schaltung zur Überwachung der Sicherheitsleiste auf mechanische Beschädigungen,
8 ein Blockschaltbild gemäß 5 bei einer Lösung gemäß 4,
9 den Regelwert für das Ausführungsbeispiel der 5 ohne und bei einer Handannäherung,
10 eine erfindungsgemäße Sicherheitsleiste im Schnitt mit stark vereinfacht dargestellten Feldlinien,
11 eine Darstellung gemäß 10 mit Wassertropfen oder Feuchtigkeitsfilm auf der Oberfläche der Sicherheitsleiste.
12 eine Sicherheitsleiste im Schnitt nach dem Stand der Technik mit stark vereinfacht dargestellten Feldlinien des aussendenden Elementes,
13 eine Darstellung gemäß 12 mit Wassertropfen oder Feuchtigkeitsfilm auf der Oberfläche der Sicherheitsleiste.
Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele
Bevor die Erfindung im Detail beschrieben wird, ist darauf hinzuweisen, dass sie nicht auf die jeweiligen Bauteile der Vorrichtung sowie die jeweiligen Verfahrensschritte beschränkt ist, da diese Bauteile und Verfahren variieren können. Die hier verwendeten Begriffe sind lediglich dafür bestimmt, besondere Ausführungsformen zu beschreiben und werden nicht einschränkend verwendet. Wenn zudem in der Beschreibung oder in den Ansprüchen die Einzahl oder unbestimmte Artikel verwendet werden, bezieht sich dies auch auf die Mehrzahl dieser Elemente, solange nicht der Gesamtzusammenhang eindeutig etwas Anderes deutlich macht.
1, 2 zeigen eine taktile Sicherheitsleiste im Durchschnitt und in der perspektivischen Ansicht. Auf einer Trägerfläche 1.1 aus Metall oder Kunststoff, die z. B. das metallene Chassis eines Automobils sein kann, befindet sich eine handelsübliche Sicherheitsleiste. In der Regel wird die Sicherheitsleiste über eine Klebeschicht 1.4 am Chassis befestigt. Innerhalb des nicht leitenden Gummikörpers 1.2 befinden sich zwei elektrisch leitfähige Elemente, das erste leitfähige Element 1.5 und das zweite leitfähige Element 1.3. Der Hohlraum 1.6 isoliert im Normalfall die leitfähigen Elemente 1.5 und 1.3. Druck auf die Oberkante dieser Leiste verformt sie in der Art, das sich die beiden Elemente 1.5 und 1.3 berühren und einen elektrischen Kontakt bil den. Eine Elektronik wertet diesen Kontakt aus und reversiert z. B. einen Antriebsmotor.
Bisherige kapazitive Systeme können zwar auch die leitfähigen Elemente 1.3 bzw. 1.5 einer Sicherheitsleiste zum Detektieren einer Handannäherung nutzen. Ein Vergleich zwischen bisherigen kapazitiven Messsystemen zum Erkennen einer Handannäherung und der hier vorgestellten Erfindung verdeutlicht jedoch die Wirkungsweise und den wesentlichen Vorteil der neuen Erfindung:
Bei bisherigen kapazitiven Sensoren wird ein elektrisch leitfähiges Element 12.3 direkt mit einer entsprechenden Sensorelektronik 12.1 (12) verbunden. Diese lässt z. B. eine bestimmte Elektrizitätsmenge über einen Widerstand direkt in das leitfähige Element 12.3 fließen und bestimmt dann die Spannung an ihm. Verändert sich die umgebende Kapazität, so verändert sich auch die Spannung am aussendenden Element 12.3. 12 zeigt in stark vereinfachter Form die bei einem solchen System auftretenden Feldlinien 12.2 des aussendenden Elementes 12.3.
13 zeigt in vereinfachter Form, dass Wassertropfen 11.1 oder ein Feuchtigkeitsfilm auf der Oberfläche der Sicherheitsleiste zwischen dem Element 12.3 und der Trägerfläche 1.1, z. B. dem Autochassis in erheblichem Maße die Kapazität verändern, so dass der Wasserfilm als deutliche Störung in Erscheinung tritt. Die Feldlinien 12.2 werden im Wesentlichen über den Weg von Wassertropfen zu Wassertropfen 11.1 direkt zur Trägerfläche 1.1 abgeleitet. Die Detektionsempfindlichkeit nimmt in diesem Fall stark ab.
Wesentlich in Erscheinung tritt bei bisherigen Systemen auch die Kapazität zwischen dem zweiten leitfähigen Element 1.3 und der Trägerfläche 1.1 aus Metall oder Kunststoff wie z. B. dem Fahrzeugchassis. Verschiedene Verfahren versuchen daher, die Kapazität zwischen dem zweiten leitfähigen Element 1.3 und der Trägerfläche 1.1 als Masse dadurch zu verringern, das sie das erste leitfähige Element 1.5 als sogenanntes „active ground" beschalten. Dazu wird das am zweiten leitfähigen Element 1.3 anliegende Signal hochohmig abgenommen und über einen Buffer niederohmig an das erste leitfähige Element 1.5 gelegt. Dieses verringert zwar die Kapazi tät zwischen dem zweiten leitfähigen Element 1.3 und der Trägerfläche 1.1, hilft jedoch nicht wesentlich gegen den Einfluss von Feuchtigkeit.
Die hier vorgestellte Erfindung verwendet als Basiselement auch eine solche Sicherheitsleiste. Die Erfindung beschränkt sich jedoch nicht auf diese Anordnung, auch andere Anordnungen der leitfähigen elektrischen Elemente sind möglich.
Dabei wird von folgender Überlegung ausgegangen: ein elektrisches Wechselsignal von zum Beispiel 70 KHz wird an das erste leitfähige Element 1.5 angelegt. Die Form des ersten leitfähigen Elements 1.5 ist gemäß 1 vorzugsweise flächig. Das Signal kann ein Rechteck- oder sinusförmiges Signal sein oder auch nur Pulsform aufweisen. Die Art des Signals hat keinen Einfluss, es muss nur von der nachfolgenden Elektronik entsprechend ausgewertet werden können. Die Treiberstufe für das elektrische Signal sollte entsprechend niederohmig sein, damit Kapazitäten zwischen dem ersten leitfähigen Element 1.5 und der Trägerfläche 1.1 nicht in Erscheinung treten. Im zweiten leitfähigen Element 1.3 erscheint über den kapazitiven Einfluss zwischen dem ersten leitfähigen Element 1.5 und dem zweiten leitfähigen Element 1.3 nahezu das gleiche Signal wie am aussendenden ersten leitfähigen Element 1.5.
Ein direkter Masseeinfluss zwischen zweiten leitfähigen Element 1.3 und Trägerfläche 1.1 tritt aufgrund des dazwischen liegenden aktiv treibenden, ersten leitfähigen Elements 1.5 nicht auf. Einzig die Kapazität gegenüber der umgebenden Luft oder in der Nähe der Sicherheitsleiste befindliche, aber nicht unter oder in unmittelbarer Nähe der leitfähige Flächen des ersten leitfähigen Elements 1.5 liegende weitere leitfähige Flächen, z. B. Teile des Fahrzeugchassis, treten in Erscheinung. Da diese aber in der Regel größere Abstände zum zweiten leitfähigen Element 1.3 aufweisen als eine zu detektierende Hand 1.7, treten sie kaum in Erscheinung.
10 verdeutlicht die Wirkungsweise. In grob vereinfachter Form sind die Feldlinien 10.1, ausgehend vom ersten leitfähigen Element 1.5, dargestellt. Ein Teil der Feldlinien des Taktsignals 5.13 treffen auf das zweite leitfähige Element 1.3. Da dieses Element keine wesentliche Verbindung zu einem weiteren Potenzial, z. B. der umgebenden Massefläche hat, baut sich in ihm nahezu die gleiche Signalspannung wie am aussendenden ersten leitfähigen Element 1.5 auf. Daher wird auch das zweite leitfähige Element 1.3 wiederum zu einem abstrahlenden Element. Wassertropfen 11.1 auf der Oberfläche der Sicherheitsleiste gemäß 11 nehmen ähnlich dem Element 1.3 die Feldlinien 10.1 auf und bilden wiederum ein abstrahlendes Element. Daher tritt bei Feuchtigkeit und Regentropfen keine Abnahme der Taktsignalspannung am Element 1.3 auf.
Eine Handannäherung verändert jedoch die Kapazität des zweiten leitfähigen Elements 1.3 zu einem Bezugspotenzial, z. B. der umgebenden Massefläche. Dadurch ändert sich auch der Spannungswert des empfangenen Taktsignals 5.13 am zweiten leitfähigen Element 1.3, was dann mittels geeigneter Elektronik ausgewertet werden kann. In der Praxis hat sich ergeben, das bei einer dichten Benetzung der Oberfläche mit Regentropfen bei einer Bedeckung von 50% kein Einfluss auf die Taktsignalspannung am zweiten leitfähigen Element 1.3 auftrat. Eben so wenig, wenn eine Betauung oder Raureif die Oberfläche benetzte. In allen Fällen war bei entsprechender Auswerteelektronik eine Handannäherung bei 50 mm Abstand detektierbar.
Es ergibt sich damit ein Verfahren zum Schutz gegen ein Einklemmen von Gegenständen oder Körperteilen 1.7 zwischen wenigstens zwei relativ zueinander beweglichen Teilen, von denen wenigstens einem Teil 1.1, 3.1 wenigstens eine Leiste 1.2, 3.2 zugeordnet ist. Die Leiste weist wenigstens zwei voneinander beabstandete, sich in Längsrichtung der Leiste erstreckende, leitfähige Elemente 1.3, 1.5 auf, die beide in der Leiste angeordnet sind. Damit ist sichergestellt, dass durch äußere Einflüsse hervorgerufene Kapazitätsänderungen durch eine Sensorelektronik 5.0 zur Erzeugung eines Ausgangssignals 5.16 in Folge veränderter Verhältnisse der leitfähigen Elemente zueinander abgegriffen werden können. Das wenigstens eine erste leitfähige Element 1.5 sendet ein Signal aus, das von wenigstens einem zweiten leitfähigen Element 1.3 durch den kapazitiven Einfluss des ersten leitfähigen Elements 1.5 empfangen wird, das im Wesentlichen auf demselben elektrischen Potenzial wie das erste leitfähige Element 1.5 das empfangene Signal ebenfalls aussendet.
Ideal für die Realisierung der oben beschriebenen Erfindung hat sich das HALIOS-Verfahren gemäß der EP 706 648 B1 für die Erstellung der Sicherheitsleiste heraus gestellt, dass in den 5–8 eingebunden ist. Es dient hier als Ausführungsbeispiel einer empfindlichen Sensorelektronik 5.0 für eine kapazitive Sicherheitsleiste.
5 bis 8 verdeutlichen die Wirkungsweise. Ein Taktgenerator 5.8 liefert ein erstes Taktsignal 5.13 an einen ersten Amplitudenregler 5.10 und ein zweites invertiertes Taktsignal 5.12 an einen zweiten Amplitudenregler 5.9. Der niederohmige Ausgang des ersten Amplitudenreglers 5.10 ist an das erste leitfähige Element 1.5 angeschlossen. Dieses überträgt aufgrund kapazitiver Effekte das erste Taktsignal 5.13 auf das leitfähige Element 1.3. Über den hochohmigen Summationswiderstand 5.4 wird das Signal des leitfähigen Elementes 1.3 auf den Eingang des Wechselspannungsverstärkers 5.5 gegeben. Das zweite, zum ersten Taktsignal 5.13 invertierte Taktsignal 5.12 wird über den zweiten Amplitudenregler 5.9 auf die Referenzreihenkapazität 5.1 und über einen zweiten hochohmigen Summationswiderstand 5.2 auf den Eingang des Wechselspannungsverstärkers 5.5 gegeben. Die Referenzreihenkapazität 5.1 sollte in etwa die gleiche Größe wie die Kapazität der leitfähigen Elemente 1.5 und 1.3 zueinander aufweisen. Eine auftretende Kapazität des ersten leitfähigen Elements 1.3 gegenüber der Umgebung, z. B. dem Fahrzeugchassis, kann durch den Parallelkondensator 5.3 ausgeglichen werden. Die Summationswiderstände 5.2 und 5.4 sollten vorzugsweise hochohmig sein und gleiche Werte aufweisen.
Bei entsprechender Amplitudenregelung heben sich die zuvor summierten Taktsignale 5.12 und 5.13 am Eingang des vorzugsweise als Wechselspannungsverstärker ausgebildeten Verstärkers 5.5 auf. Da der Verstärker 5.5 am Eingang im Idealfall nach dem gegenseitigen Auslöschen der Taktsignale lediglich Rauschen sieht, kann er sehr hoch verstärken, bzw. als hochverstärkender Begrenzerverstärker ausgeführt werden.
Das Ausgangssignal 5.14 des Verstärkers 5.5 wird dem Synchrondemodulator 5.6 zugeführt. Die den beiden Taktsignalen 5.12 und 5.13 zuordenbaren Ausgangssignale des Synchrondemodulators 5.6 werden vom integrierenden Komparator 5.7 auf Amplitudenunterschiede untersucht. Der Komparator kann als hochverstärkende Vergleicherschaltung ausgeführt sein. Jede noch so kleine Abweichung der Ein gangsspannungen 5.15 und 5.17 führt zu einer entsprechenden Abweichung des Regelwertes 5.16 vom momentanen Wert. Die Amplitudenregler 5.9 und 5.10 werden mittels Invertierstufe 5.11 gegeneinander mit dem Regelwert 5.16 invertiert angesteuert. Steigt die Ausgangsamplitude eines Amplitudenreglers an, so fällt sie im anderen entsprechend ab. Somit wird das Eingangssignal des Wechselspannungsverstärkers 5.5 ständig auf „Null" gehalten, d. h., es sind keinerlei taktsynchrone Signalanteile enthalten.
Nähert sich z. B. eine Hand der Sicherheitsleiste, verändert sich die Kapazität des zweiten leitfähigen Elements 1.3 gegenüber der Umgebung. Diese zusätzliche Kapazität wirkt zusammen mit der Kapazität zwischen den leitfähigen Elementen 1.5 und 1.3 ähnlich einem kapazitiven Spannungsteiler und die Spannung am Element 1.3 nimmt entsprechend ab. Diese Abnahme führt am Eingang des Verstärkers 5.5 zur unvollständigen Auslöschung der Taktsignale 5.12 und 5.13. Nach der Synchrondemodulation im Synchrondemodulator 5.6 und Auswertung der Abweichung der Unterschiede in den separierten Signalanteilen der Eingangsspannungen 5.15 und 5.17 führt dies zu einer Abweichung des Regelwertes 5.16.
9 zeigt den Regelwert 5.16 für das Ausführungsbeispiel 5 ohne eine Handannäherung. Erfolgt eine Annäherung einer Hand, verändert sich der Regelwert 5.16 hin zu einem höheren Regelwert 9.3. Die Abweichung im Regelwert 5.16 wird so lange gegenüber einem vorherigen Wert ansteigen bzw. abfallen, bis sich wieder am Eingang des Wechselspannungsverstärkers 5.5 das Taktsignal 5.13 und das invertierte Taktsignal 5.12 vollständig aufheben.
Im Ausführungsbeispiel steigt der Regelwert bei Handannäherung an. Eine zeichnerisch nicht dargestellte Auswertelogik kann dann z. B. mittels eines Schwellwertes 9.2 eine Auswertung des Regelwertes 5.16 vornehmen. Wird der Schwellwert 9.2 überschritten, gilt dies als „Einklemmrisiko" und eine mechanische Bewegung kann entsprechend gestoppt bzw. reversiert werden.
Mit dieser Anordnung kann die Annäherung an oder das Aufliegen eines beliebigen kapazitiv wirksamen Gegenstandes auf einer Sicherheitsleiste detektiert werden.
Im Übrigen können die im Ausführungsbeispiel beschriebenen Summationswiderstände 5.2 bzw. 5.4 auch durch Kondensatoren bzw. Reihenschaltungen aus Widerstand und Kondensator ersetzt werden. Vorteilhaft können die Summationswiderstände 5.2 und 5.4 gemäß 6 auch durch Impedanzwandler 6.3 bzw. 6.4 mit hochohmigen Eingang ausgeführt werden. Durch die aktive Beschaltung wird das Nutzsignal am zweiten leitfähigen Element 1.3 nicht belastet.
Eine Möglichkeit zur Überwachung der Sicherheitsleiste auf mechanische Beschädigungen zeigt das Ausführungsbeispiel der 7. Die Auswerteelektronik der Leitungsüberwachung 7.4 stellt eine Spannung bereit, die über die Widerstände 7.2 und 7.3 am Eingang einer Auswerteschaltung 7.5 zu entsprechenden Spannungen führen. Am mechanischen Ende der Sicherheitsleiste befindet sich der Abschlusswiderstand 7.3'. Eine Unterbrechung des Stromflusses durch eine mechanische Beschädigung führt zu einer Spannungsveränderung am Eingang der Auswerteschaltung 7.5. Gleiches gilt für ein mechanisches Zusammendrücken der Sicherheitsleiste, so dass die elektrisch leitenden Elemente 1.5 und 1.3 sich berühren. Beide Zustände führen zu einer entsprechenden Ausgangsinformation 7.6. der Leitungsüberwachung. Die Kondensatoren 7.1 dienen lediglich als Abblockkondensatoren zur Gleichspannungsentkoppelung.
Die beschriebene Erfindung bietet noch einen weiteren Vorteil:
Bei einem Einklemmschutz am Beispiel bei einer automatisch schließenden Fahrzeugscheibe fährt eine, im Verhältnis zu einem Finger kapazitiv wenig wirksame Glasscheibe auf die Sicherheitsleiste zu. Der Regelwert 5.16 verändert sich dadurch entsprechend wenig. Anders ist es, wenn der Einklemmschutz z. B. bei einer metallischen Heckklappe angebracht wird. Das Schließen dieser Heckklappe führt naturgemäß insbesondere bei kleinen Abständen von metallischer Heckklappe zum ersten leitfähigen Element 1.3 (1) zu einer starken Veränderung der Kapazität. Die dadurch entstehende Änderung der Regelwertes 5.16 kann so groß werden, dass die zusätzliche Wertänderung durch einen die Sicherheitsleiste berührenden kleinen Kinderfinger überdeckt würde.
Zur Unterdrückung einer Regelwertveränderung beim Schließen der Heckklappe kann die Sicherheitsleiste in mindestens zwei Bereiche, die vorzugsweise symmetrisch zur schließenden Heckklappe angebracht sein sollten, aufgeteilt werden. Dazu wird der im Ausführungsbeispiel der 5 vorgesehene Referenzzweig, bestehend aus Referenzreihenkapazität 5.1 und Parallelkondensator 5.3, durch den zweiten Bereich der Sicherheitsleiste ersetzt. Ein Schließen der Heckklappe wirkt sich dann auf beide Bereiche gleich aus, so dass nur die Differenz gemessen werden muss. Im Ausführungsbeispiel bedeutet das im Einklemmfall eine Regelwertabweichung hin zu höheren oder zu niedrigeren Werten. Ohne einen „Finger" verändern sich die Kapazitätswerte beider Bereiche der Sicherheitsleiste beim Schließen der Heckklappe gleich, sodass der Regelwert 5.16 sich nicht verändert.
Eine Alternative zu dieser Lösung zeigt 3. Eine weitere Sicherheitsleiste 3.2 wird am beweglichen Element 3.1 angebracht. Die aussendenden leitfähigen Elemente 1.5 und 3.3 sind elektrisch miteinander verbunden, ebenso die empfangenden Elemente 1.3 und 3.5. Beim Schließen der Heckklappe nähern sich die beiden Sicherheitsleisten. Eine Änderung der Signalspannung am leitenden Element 2.5 oder 1.3 durch eine Kapazitätsänderung erfolgt jetzt aus vorbenannten Gründen nicht mehr. Lediglich ein mechanisches Zusammendrücken der Sicherheitsleiste sollte vermieden werden.
Eine weitere Vereinfachung dieser Schaltungsanordnung ergibt sich gemäß 4, wenn die schließende Heckklappe, das bewegliche Element 3.1 nur mit einem dünnen leitfähigen flächigen Element 4.2 versehen ist. Eine nicht leitende Fläche, z. B. ein Klebestreifen 4.1, isoliert das leitfähige flächige Element 4.2 gegenüber der Metallfläche des beweglichen Elementes 3.1. Elektrisch sind das leitfähige Element 4.2 und das erste leitfähige Element 1.5 über Leitung 8.1 verbunden. Jedoch kann das leitfähige Element 4.2 auch über einen Spannungsteiler an das Signal für das leitfähige Element 1.5 angeschlossen sein, um eventuelle Signalabschwächungen z. B. durch den Summationswiderstand 5.4 (5) auszugleichen. Eine weitere Möglichkeit besteht auch darin, das leitfähige Element 4.2 auf das gleiche elektrische Potenzial wie das zweite leitfähige Element 1.3 zu legen. Dazu wird das Signal am zweiten leitfähigen Element 1.3 hochohmig abgenommen und über einen Impedanzwandler an das leitfähige Element 4.2 gelegt. Maßgeblich ist jedoch, dass bei Schließen der Heckklappe, also bei Annähern des leitfähigen Elements 4.2 an die Sicherheitsleiste 1.2 keine Änderung des Regelwertes 5.16 stattfindet. Ein Finger im Einklemmbereich verändert die Kapazität des Elementes 1.3 gegenüber der Umgebung und wird daher sicher erkannt.
Die hier beschriebene Anordnung kann selbstverständlich auch für Dreh- und Schiebetüren sowie alle weiteren Anwendungen im Bereich Einklemmschutz oder Personen Früherkennung, bei der es auf Unabhängigkeit von Spritzwasser oder Feuchtigkeit ankommt, eingesetzt werden.

1.1: Trägerfläche
1.2: Gummikörper der Sicherheitsleiste
1.3: zweites elektrisch leitfähiges Element
1.4: Klebeschicht
1.5: erstes elektrisch leitfähiges Element
1.6: Hohlraum
1.7: sich annähernder Finger
3.1: bewegliches Element, z. B. Heckklappe
3.2: weitere Sicherheitsleiste
3.3: erstes leitfähige Element der zweiten Sicherheitsleiste
3.4: Kleber der zweiten Sicherheitsleiste
3.5: zweites leitfähige Element der zweiten Sicherheitsleiste
4.1: Klebestreifen
4.2: leitfähiges flächiges Element
5.0: Sensorelektronik
5.1: Referenzreihenkapazität
5.2: Summationswiderstand
5.3: Parallelkondensator
5.4: Summationswiderstand
5.5: Wechselspannungsverstärker
5.6: Synchrondemodulator
5.7: integrierender Komparator
5.8: Taktgenerator
5.9: zweiter Amplitudenregler
5.10: erster Amplitudenregler
5.11: Invertierstufe
5.12: zweites invertiertes Taktsignal
54.13: erstes Taktsignal
5.14: Vorverstärker-Ausgangssignal
5.15: separierter Signalanteil eines ersten Taktsignals
5.16: Regelwert
5.17: separierter Signalanteil eines zweiten Taktsignals
6.3: Impedanzwandler
6.4: Impedanzwandler
7.1: Abblockkondensator
7.2: Widerstand
7.3': Abschlusswiderstand
7.4: Auswerteelektronik der Leitungsüberwachung
7.5: Auswerteschaltung
7.6: Ausgangsinformation der Leitungsüberwachung
8.1: Leitung
9.2: Schwellwert
9.3: höherer Regelwert bei Annäherung einer Hand
10.1: Feldlinien des aussendenden Elementes 1.5
11.1: Wassertropfen
12.1: Sensorelektronik
12.2: Feldlinien des aussendenden Elementes 11.3
12.3: Aussendendes Element

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

- DE 19632592 C2 [0002]
- EP 706648 B1 [0035]

Claims

Verfahren zum Schutz gegen ein Einklemmen von Gegenständen oder Körperteilen (1.7) zwischen wenigstens zwei relativ zueinander beweglichen Teilen, von denen wenigstens einem Teil (1.1, 3.1) wenigstens eine Leiste (1.2, 3.2) zugeordnet ist, die wenigstens zwei voneinander beabstandete, sich in Längsrichtung der Leiste erstreckende, leitfähige Elemente (1.3, 1.5) aufweist, die beide in der Leiste angeordnet sind, sowie mit einer Sensorelektronik (5.0) zur Erzeugung eines Ausgangssignals in Folge des durch äußere Einflüsse veränderbaren Verhältnisses der leitfähigen Elemente zueinander, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens ein erstes leitfähiges Element (1.5) ein Signal aussendet, das von wenigstens einem zweiten leitfähigen Element (1.3) durch den kapazitiven Einfluss des ersten leitfähigen Elements (1.5) empfangen wird, das im Wesentlichen auf demselben elektrischen Potenzial wie das erste leitfähige Element (1.5) das empfangene Signal ebenfalls aussendet.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite leitfähige Element (1.3) hochohmig an die Sensorelektronik (5.0) gekoppelt wird.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das erste leitfähige Element (1.5) niederohmig an die Sensorelektronik (5.0) angekoppelt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Sensorelektronik (5.0) eine taktile, geometrische Veränderung der leitfähigen Elemente zueinander als weiteres Ausgangssignal für den Einklemmschutz erfasst.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass an jedem der wenigstens zwei relativ zueinander beweglichen Teile eine Leiste (1.2, 3.2) angeordnet wird, wobei die Leisten elektrisch parallel zueinander geschalten sind.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass an wenigstens einem Teil (3.1) der wenigstens zwei relativ zueinander beweglichen Teile ein vorzugsweise flächiges leitfähiges Element (4.2) isoliert gegenüber dem Teil angeordnet ist, das zum ersten leitfähigen Element (1.5) parallel geschalten ist.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Taktsteuerung (5.8) ein Taktsignal an das erste leitfähige Element (1.5) leitet und ein invertiertes Taktsignal als elektrisches Signal mit dem vom zweiten leitfähigen Element (1.3) empfangenen Signal überlagert.
Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Taktsteuerung (5.8) dem ersten leitfähigen Element (1.5) das Taktsignal zur Aussendung zuleitet, das vom zweiten leitfähigen Element (1.3) empfangen wird, wobei das empfangene Signal durch äußere Einflüsse beeinflusst und mit dem invertierten Taktsignal überlagert ein Eingangssignal bildet, und dass das Eingangssignal taktweise so zergliedert wird, dass an den Eingängen eines Vergleichers (5.7) das taktweise zerlegte Signal zur Bildung eines Vergleichswerts als Regelwert (5.16) ansteht, und dass im Signalgang des Taktsignals und/oder des invertierten Taktsignals wenigstens ein Amplitudenregler (5.9, 5.10) vorgesehen ist, der zur Regelung der Amplitudenwerte der Taktsignale den Regelwert (5.16) so verwendet, dass die Amplituden des taktweise zerlegten Eingangssignals zueinander im Wesentlichen gleich groß sind, so dass das Eingangssignal keine taktsynchronen Anteile enthält.
Einklemmschutz zum Schutz gegen ein Einklemmen von Gegenständen oder Körperteilen (1.7) zwischen wenigstens zwei relativ zueinander beweglichen Teilen, von denen wenigstens einem Teil (1.1, 3.1) wenigstens eine Leiste (1.2, 3.2) zugeordnet ist, die wenigstens zwei voneinander beabstandete, sich in Längsrichtung der Leiste erstreckende, leitfähige Elemente (1.3, 1.5) aufweist, die beide in der Leiste angeordnet sind, sowie mit einer Sensorelektronik (5.0) zur Erzeugung eines Ausgangssignals in Folge des durch äußere Einflüsse veränderbaren Verhältnisses der leitfähigen Elemente zueinander, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens ein erstes leitfähiges Element (1.5) als aussendendes Element zum Aussenden eines Signals ausgebildet ist und dass wenigstens ein zweites leitfähiges Element (1.3) durch den kapazitiven Einfluss des ersten leitfähigen Elements (1.5) als empfangendes Element ausgebildet ist, das sich im Wesentlichen auf demselben elektrischen Potenzial wie das erste leitfähige Element (1.5) befindet und als aussendendes Element das empfangene Signal ebenfalls aussendet.
Einklemmschutz nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite leitfähige Element (1.3) hochohmig an die Sensorelektronik (5.0) gekoppelt ist.
Einklemmschutz nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass das erste leitfähige Element (1.5) niederohmig an die Sensorelektronik (5.0) angekoppelt ist.
Einklemmschutz nach einem der Ansprüche 9 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die hochohmige Ankopplung über einen aktiven Impedanzwandler oder über wenigstens eines der Elemente bestehend aus einem Widerstand und einem Kondensator erfolgt.
Einklemmschutz nach einem der Ansprüche 9 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Sensorelektronik (5.0) so ausgebildet ist, dass sie die taktile, geometrische Veränderung der leitfähigen Elemente zueinander als weiteres Ausgangssignal für den Einklemmschutz erfasst.
Einklemmschutz nach einem der Ansprüche 9 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass das erste leitfähige Element (1.5) ein flächiges Element ist.
Einklemmschutz nach einem der Ansprüche 9 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass an jedem der wenigstens zwei relativ zueinander beweglichen Teile eine Leiste (1.2, 3.2) angeordnet ist, wobei die Leisten elektrisch parallel zueinander geschalten sind.
Einklemmschutz nach einem der Ansprüche 9 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass an wenigstens einem Teil (3.1) der wenigstens zwei relativ zueinander beweglichen Teile ein vorzugsweise flächiges leitfähiges Element (4.2) isoliert gegenüber dem Teil angeordnet ist, das zum ersten leitfähigen Element (1.5) mit im Wesentlichen gleichen Signal elektrisch parallel geschalten ist.
Einklemmschutz nach einem der Ansprüche 9 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass das aktiv treibende, erste leitfähige Element (1.5) zwischen einer Trägerfläche (1.1) für die Leiste und dem zweiten leitfähigen Element (1.3) angeordnet ist.
Einklemmschutz nach einem der Ansprüche 9 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass eine Taktsteuerung (5.8) vorgesehen ist, die ein Taktsignal an das erste leitfähige Element (1.5) leitet und ein invertiertes Taktsignal als elektrisches Signal mit dem vom zweiten leitfähigen Element (1.3) empfangene Signal überlagert.
Einklemmschutz nach einem der Ansprüche 9 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass die Leiste (1.2, 3.2) in wenigstens zwei gleiche, vorzugsweise symmetrisch zueinander angeordnete Teile aufgeteilt ist, die sich gegenseitig referenzieren.
Einklemmschutz nach Anspruch 18 oder 19, dadurch gekennzeichnet, dass die Taktsteuerung (5.8) so in der Sensorelektronik (5.0) eingebunden ist, dass dem ersten leitfähige Element (1.5) das Taktsignal zur Aussendung zugeleitet ist, das vom zweiten leitfähigen Element (1.3) empfangen wird, wobei das empfangene Signal durch äußere Einflüsse beeinflusst und mit dem invertierten Taktsignal überlagert ein Eingangssignal bildet, und dass ein Synchrondemodulator (5.6) zur taktweisen Zuordnung des Eingangssignals so vorgesehen ist, dass an den Eingängen eines Vergleichers (5.7) das taktweise zerlegte Signal zur Bildung eines Vergleichswerts als Regelwert (5.16) ansteht, und dass im Signalgang des Taktsignals und/oder des invertierten Taktsignals wenigstens ein Amplitudenregler (5.9, 5.10) vorgesehen ist, der zur Regelung der Amplitudenwerte der Taktsignale den Regelwert (5.16) so verwendet, dass die Amplituden des taktweise zerlegten Eingangssignals zueinander im Wesentlichen gleich groß sind, so dass das Eingangssignal keine taktsynchronen Anteile enthält.