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Die Erfindung bezieht sich auf einen kapazitiven Sensor zur Detektion eines Objekts, insbesondere eines Körperteils einer Person oder eines Gegenstandes sowie auf eine Kollisionsschutzvorrichtung mit einem solchen Sensor.
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Kapazitive Sensoren werden in der Fahrzeugtechnik insbesondere im Rahmen einer Kollisionsschutzvorrichtung eingesetzt. Eine solche Kollisionsschutzvorrichtung dient allgemein zur Detektion eines Hindernisses in einem Öffnungsbereich eines Fahrzeugteils, das gegenüber einem festen Rahmen zwischen einer Öffnungsstellung und einer Schließstellung beweglich ist. Bei dem – nachfolgend auch als „Verstellelement” bezeichneten – Fahrzeugteil handelt es sich insbesondere um eine Fensterscheibe oder eine Heckklappe. Ferner kann das zu überwachende Fahrzeugteil bzw. Verstellelement auch eine Seitentür, eine Kofferraum- oder Motorraumklappe, ein Schiebedach oder ein Klappverdeck sein. Kollisionsschutzvorrichtungen werden dabei insbesondere dann eingesetzt, wenn das jeweils zugeordnete Fahrzeugteil motorisch bewegt ist.
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Als Öffnungsbereich wird der Raum bezeichnet, den das Verstellelement während einer Verstellbewegung durchstreift. Zu dem Öffnungsbereich des Verstellelements gehört insbesondere der Raumbereich, der zwischen einer Schließkante des Verstellelements und einer in der Schließstellung des Verstellelements an dieser anliegenden korrespondierenden Kante des Rahmens angeordnet ist.
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Beim Schließen von Verstellelementen eines Fahrzeugs, insbesondere einer Fahrzeugscheibe oder Heckklappe, besteht generell die Gefahr, dass Körperteile oder sonstige Gegenstände des Verstellelements zwischen der Schließkante des Verstellelements und der Karosserie eingeklemmt werden. Die in diesem Anwendungsfall auch als Einklemmschutzvorrichtung bezeichnete Kollisionsschutzvorrichtung dient zur Vermeidung eines solchen Einklemmfalls und der daraus resultierenden Gefahr eines Personen- und/oder Sachschadens, indem die Kollisionsschutzvorrichtung Hindernisse im Öffnungsbereich erkennt und in diesem Fall die Schließbewegung stoppt oder reversiert.
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Eine solche Kollisionsschutzvorrichtung kann des Weiteren – bei ausschwenkenden Verstellelementen – auch eingesetzt werden, um Hindernisse zu erkennen, die der Öffnung des Verstellelements im Wege stehen. Auch in diesem Anwendungsfall stoppt oder reversiert die Kollisionsschutzvorrichtung die Bewegung des Verstellelements, wenn sie ein solches Hindernis erkennt, um einen Sachschaden infolge einer Kollision des Verstellelements mit dem Hindernis zu vermelden.
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Es wird hierbei zwischen indirekten und direkten Kollisionsschutzvorrichtungen unterschieden. Eine indirekte Kollisionsschutzvorrichtung erkennt den Einklemm- oder Kollisionsfall anhand einer Überwachung einer Betriebsgröße des das Verstellelement antreibenden Stellmotors, insbesondere an einem abnormalen Anstieg des Motorstroms oder einer abnormalen Abnahme der Motordrehzahl. Eine direkte Kollisionsschutzvorrichtung umfasst üblicherweise einen oder mehrere Sensoren, die eine für die Anwesenheit bzw. Abwesenheit eines Hindernisses im Öffnungsbereich charakteristische Messgröße erfassen, sowie eine Auswerteeinheit, die anhand dieser Messgröße entscheidet, ob ein Hindernis im Öffnungsbereich vorliegt und gegebenenfalls entsprechende Gegenmaßnahmen auslöst. Unter den direkten Kollisionsschutzvorrichtungen unterscheidet man wiederum Systeme mit so genannten Berührungssensoren, die die Anwesenheit eines Hindernisses erst anzeigen, wenn das Hindernis den Sensor bereits berührt, und Systeme mit berührungslosen Sensoren, die ein Hindernis bereits in einem gewissen Abstand zu dem Sensor detektieren. Zu den berührungslosen Sensoren gehören insbesondere so genannte kapazitive Sensoren.
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Ein kapazitiver Sensor umfasst eine Elektrodenanordnung mit einer oder mehreren Elektroden, über die ein elektrisches Feld im Öffnungsbereich des Verstellelements aufgebaut wird. Ein Hindernis im Öffnungsbereich wird durch Überwachung der Kapazität der Elektrodenanordnung erkannt. Hierbei wird ausgenutzt, dass ein Hindernis, insbesondere ein menschliches Körperteil, das von dem Sensor erzeugte elektrische Feld und somit die Kapazität der Elektrodenanordnung beeinflusst.
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In einer üblichen Bauform eines solchen kapazitiven Sensors umfasst die Elektrodenanordnung dieses Sensors mindestens eine Sendeelektrode, die mit einem Signalerzeugungsschaltkreis verschaltet ist, sowie eine Empfangselektrode, die mit einem Empfangsschaltkreis verbunden ist. Ein solcher Sensor misst die zwischen der Sendeelektrode und der Empfangselektrode gebildete Kapazität oder eine damit korrelierende Messgröße.
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Eine zur Überwachung des Öffnungsbereichs einer Heckklappe vorgesehene Kollisionsschutzvorrichtung bzw. Einklemmschutzvorrichtung mit einem solchen Sensor ist aus
DE 20 2007 008 440 U1 bekannt.
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Als Sendesignal wird hierbei meist ein elektrisches Wechselsignal herangezogen, das mit einer vorgegebenen Sendefrequenz oszilliert. Als Signalerzeugungsschaltkreis wird in diesem Fall beispielsweise ein elektronischer Schwingkreis eingesetzt.
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Bei einer Kollisionsschutzvorrichtung mit einem solchen kapazitiven Sensor kann es zu Detektionsfehlern kommen, wenn die Sendefrequenz gestört ist, d. h. wenn die Empfangselektrode mit einem externen Wechselfeld beaufschlagt wird, dessen Frequenz gleich oder ähnlich zu der Sendefrequenz des Sensors ist. Ein solcher Detektionsfehler kann einerseits darin resultieren, dass die Kollisionsschutzvorrichtung fälschlicherweise einen Einklemmfall detektiert und die Bewegung des Verstellelements – objektiv grundlos – stoppt oder reversiert. Ein solcher Detektionsfehler kann andererseits aber auch darin resultieren, dass ein tatsächlich vorliegender Einklemmfall durch die Kollisionsschutzvorrichtung nicht erkannt wird.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen störunanfälligen kapazitiven Sensor zur Detektion eines Objekts sowie eine zugehörige Kollisionsschutzvorrichtung, insbesondere zur Detektion und Vermeidung eines Einklemmfalls oder einer sonstigen Kollision eines beweglichen Fahrzeugteils mit einem Objekt anzugeben.
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Bezüglich des kapazitiven Sensors wird diese Aufgabe erfindungsgemäß gelöst durch die Merkmale des Anspruchs 1. Bezüglich der Kollisionsschutzvorrichtung wird diese Aufgabe erfindungsgemäß gelöst durch die Merkmale des Anspruchs 9. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche oder ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung.
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Der erfindungsgemäße Sensor umfasst danach eine Elektrodenanordnung, die mindestens eine Sendeelektrode und mindestens eine Empfangselektrode umfasst. Der Sensor umfasst außerdem einen Empfangsschaltkreis, der der mindestens einen Empfangselektrode nachgeschaltet ist. Der Empfangsschaltkreis dient zur Verarbeitung eines Empfangssignals, das unter Wirkung eines von der mindestens einen Sendeelektrode emittierten elektrischen Felds in der Empfangselektrode erzeugt wird.
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Der Empfangsschaltkreis weist hierbei erfindungsgemäß in einer Parallelschaltung sowohl einen hochohmigen Empfängereingang als auch einen niederohmigen Empfängereingang auf. Die beiden Empfängereingänge sind dabei vorzugsweise alternativ zueinander betreibbar. Der Empfangsschaltkreis ist mit anderen Worten vorzugsweise derart ausgebildet, dass das in der Empfangselektrode erzeugte Empfangssignal alternativ über den hochohmigen Empfängereingang oder über den niederohmigen Empfängereingang geleitet werden kann.
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Als Empfängereingang ist hierbei allgemein ein Schaltungsteil des Empfangsschaltkreises bezeichnet, über den die Empfangselektrode innerhalb des Empfangsschaltkreises mit einem Bezugspotential verbunden ist. Insbesondere ist als Empfängereingang hierbei ein Schaltungsteil des Empfangsschaltkreises bezeichnet, über den ein der Kapazität entsprechendes elektrisches Signal der Empfangselektrode abgegriffen werden kann, um durch die Empfangsschaltung in eine für die Weiterverarbeitung geeignete physikalische Größe (z. B. eine elektrische Spannung) umgewandelt zu werden.
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Der Erfindung liegt die Überlegung zugrunde, dass Störungen des Empfangssignals unterschiedlicher elektrodynamischer Natur sein können. Insbesondere können solche Störungen sowohl durch magnetische Nahfeldstörungen, also fluktuierende Magnetfelder in der Umgebung der Empfangselektrode, als auch durch elektrische Nahfeldstörungen, also fluktuierende elektrische Felder in der Umgebung der Empfangselektrode verursacht sein. Herkömmliche Empfangsschaltkreise von kapazitiven Sensoren reagieren hierbei unterschiedlich sensibel auf die verschiedenen Störungsarten, wobei die Toleranz oder Anfälligkeit eines bestimmten Empfangsschaltkreises maßgeblich von dem Schaltungstyp des jeweiligen Empfangsschaltkreises abhängt. So sind erkanntermaßen Empfangsschaltkreise mit einem hochohmigen Empfängereingang vergleichsweise robust gegenüber magnetischen Störfeldern, nachteiligerweise aber empfindlich gegen elektrische Störungen, während Empfangsschaltkreise mit niederohmigen Empfängereingang erkanntermaßen tolerant gegenüber elektrischen Störfeldern sind, nachteiligerweise aber empfindlich auf magnetische Störungen reagieren.
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Die erfindungsgemäße Parallelschaltung sowohl eines hochohmigen Empfängereingangs als auch eines niederohmigen Empfängereingangs ermöglicht hierbei vorteilhafterweise, die Vorteile des jeweiligen Schaltungsprinzips unter gleichzeitiger Vermeidung der Nachteile synergetisch zu nutzen.
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In bevorzugter Ausbildung ist der hochohmige Empfängereingang durch eine Potentialmessschaltung gebildet. Als Potentialmessschaltung wird hierbei insbesondere ein sogenannter Spannungsfolger eingesetzt. Der niederohmige Empfängereingang ist dagegen in zweckmäßiger Ausführung durch eine Verschiebestrommessschaltung gebildet, die wiederum insbesondere als Transimpedanzverstärker ausgebildet ist.
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Innerhalb des Empfangsschaltkreises ist den beiden Empfängereingängen bevorzugt eine Auswerteschaltung nachgeschaltet, die aus einem Ausgangssignal des jeweils betriebenen Empfängereingangs eine Kapazitätsmessgröße ermittelt. Als Kapazitätsmessgröße wird hierbei ein – grundsätzlich beliebig definierbares – analoges oder digitales Signal verstanden, dass eine Information über die zwischen Sendeelektrode und Empfangselektrode gebildete elektrische Kapazität beinhaltet. Die Kapazitätsmessgröße kann den Wert der Kapazität unmittelbar wiedergeben. Bei der Kapazitätsmessgröße kann es sich aber auch um eine mit der Kapazität direkt oder indirekt proportionale Messgröße handeln. Weiterhin kann die Kapazitätsmessgröße mit der zu messenden Kapazität in einer nichtlinearen (beispielsweise quadratischen, exponentiellen oder logarithmischen) Beziehung stehen.
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Der Sensor umfasst weiterhin vorzugsweise eine Steuereinheit, die dazu eingerichtet ist, eine Störung des Empfangssignals zu erkennen und in diesem Fall zwischen den Empfängereingängen zu wechseln, d. h. den gerade betriebenen (aktiven) Empfängereingang außer Betrieb zu nehmen und den jeweils anderen Empfängereingang in Betrieb zu setzen. Die Steuereinheit ist hierbei insbesondere der Auswerteschaltung nachgeschaltet und zur Erkennung der Störung anhand der von dieser erzeugten Kapazitätsmessgröße eingerichtet. Die Steuereinheit analysiert hierbei insbesondere den zeitlichen Verlauf der Kapazitätsmessgröße und ist dazu eingerichtet, bei einer für den ordnungsgemäßen Betrieb des Sensors anormalen Fluktuation der Kapazitätsmessgröße auf das Vorliegen einer Störung zu schließen und entsprechend zwischen den Sensoreingängen zu wechseln. Alternativ hierzu kann die Steuereinheit im Rahmen der Erfindung grundsätzlich allerdings auch dazu eingerichtet sein, die Störung anhand des Ausgangssignals des jeweils aktiven Empfängereingangs oder unmittelbar anhand des Empfangssignals zu erkennen.
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In einer alternativen Ausführung des Sensors wechselt die Steuereinheit unabhängig von der Erkennung einer Störung zeitlich alternierend zwischen dem hochohmigen Empfängereingang und dem niederohmigen Empfängereingang. Insbesondere schaltet die Steuereinheit periodisch in schnellem Wechsel zwischen beiden Empfängereingängen hin und her. Kritische Signaländerungen, die auf einen Kollisions- oder Einklemmfall hindeuten könnten, werden von der Steuereinheit oder einer anderweitigen Überwachungseinheit der Kollisionsschutzvorrichtung vorzugsweise dabei nur dann berücksichtigt, wenn sie unter Verwendung beider Empfängereingänge erfasst werden.
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Die Steuereinheit ist insbesondere als Mikrocontroller mit einer darin lauffähig implementierten Steuersoftware ausgebildet.
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Der vorstehend beschriebene Sensor ist insbesondere Bestandteil einer Kollisionsschutzvorrichtung. Diese umfasst zweckmäßigerweise eine Überwachungseinheit, die die von dem Sensor ermittelte Kapazitätsmessgröße auf kollisionsverdächtige Ereignisse, insbesondere schnelle und/oder starke Signaländerungen untersucht und ggf. eine Stellbewegung des zugeordneten Kraftfahrzeugteils, beispielsweise einer Fahrzeugscheibe oder einer Heckklappe stoppt oder reversiert.
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Bei der Überwachungseinheit handelt es sich vorzugsweise um einen Mikrocontroller mit einer darin implementierten Überwachungssoftware. Die Funktion der Kollisionseinheit kann hierbei mit der Funktion der Steuereinheit des Sensors in einer gemeinsamen Hardware, insbesondere einem gemeinsamen Mikrocontroller integriert sein.
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Nachfolgend wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand einer Zeichnung näher erläutert. Darin zeigen:
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1 in einem schematischen Blockschaltbild eine Einklemmschutzvorrichtung zur Erkennung und Vermeidung eines Einklemmfalls bei einem beweglichen Fahrzeugteil, mit einem kapazitiven Sensor, der einen Sendeelektrode, eine Empfangselektrode sowie einen der Empfangselektrode nachgeschalteten Empfangsschaltkreis umfasst,
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2 in einem vereinfachten elektrischen Schaltbild einen hochohmigen Empfängereingang (Potentialdetektor) und einen niederohmigen Empfängereingang (Verschiebestromdetektor) des Sensors und
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3 in Darstellung gemäß 2 eine alternative Ausführung des hochohmigen und niederohmigen Empfängereingangs des Sensors.
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Einander entsprechende Teile und Größen sind in allen Figuren stets mit gleichen Bezugszeichen versehen.
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1 zeigt in schematischer Darstellung eine Einklemmschutzvorrichtung 1 für ein (nicht näher dargestelltes) bewegliches Verstellelement, insbesondere eine Seitenscheibe oder eine motorisch bewegte Heckklappe. Die Einklemmschutzvorrichtung 1 umfasst einen kapazitiven Sensor 2 sowie eine Überwachungseinheit 3.
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Der Sensor 2 basiert auf einer kapazitiven Messtechnik. Der Sensor 2 umfasst daher eine Elektrodenanordnung 4, durch die ein (lediglich angedeutetes) elektrisches Feld F in einem Öffnungsbereich des Verstellelements erzeugt wird. Die Elektrodenanordnung 4 umfasst mindestens eine Sendeelektrode 5 sowie mindestens eine Gegenelektrode bzw. Empfangselektrode 6. Bevorzugt umfasst die Elektrodenanordnung 4 (in nicht näher dargestellter Weise) eine Mehrzahl von Sendeelektroden 5, die mit einer gemeinsamen Empfangselektrode 6 Wechselwirken.
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Im Betrieb des Sensors 2 wird durch Applikation einer elektrischen Wechselspannung auf die oder jede Sendeelektrode 5 ein elektrisches Feld in dem Öffnungsbereich erzeugt, während über die Empfangselektrode 6 die sich zwischen den Elektroden 5 und 6 ausbildende Kapazität erfasst wird.
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Im Einzelnen umfasst der Sensor 2 zusätzlich zu der Elektrodenanordnung 4 einen Frequenzgenerator 7, ein Schaltelement 8, einen Empfangsschaltkreis 9 sowie eine Steuereinheit 10. Der Empfangsschaltkreis 9 ist wiederum gebildet durch einen hochohmigen Empfängereingang, der nachfolgend als Potentialdetektor 11 bezeichnet ist, einen niederohmigen Empfängereingang, der nachfolgend als Verschiebungsstromdetektor 12 bezeichnet ist, sowie eine Auswerteschaltung 13.
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Im Betrieb des Sensors 2 erzeugt der Frequenzgenerator 7, der beispielsweise durch einen elektronischen Schwingkreis gebildet ist, ein Sendesignal ST in Form einer sinusförmigen elektrischen Wechselspannung mit einer Sendefrequenz fS, die beispielsweise aus einem Frequenzbereich von etwa 100 kHz bis 10 MHz ausgewählt ist. Der Frequenzgenerator 7 gibt das Sendesignal ST auf die Sendeelektrode 5, die unter Wirkung des Sendesignals ST das elektrische Feld F emittiert.
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Sofern der Sensor 2 mehrere Sendeelektroden 5 umfasst, ist dem Frequenzgenerator 7 und der Elektrodenanordnung 4 vorzugsweise ein (nicht näher dargestellter) Zeitmultiplexer zwischengeschaltet, der das Sendesignal ST zeitlich alternierend auf jeweils eine der mehreren Sendeelektroden 5 gibt.
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Unter Wirkung des elektrischen Feldes F wird in der Empfangselektrode 6 ein ebenfalls mit der Sendefrequenz fS oszillierende elektrisches Wechselsignal erzeugt, die nachfolgend als Empfangssignal SE bezeichnet ist. Das Empfangssignal SE wird zunächst dem Schaltelement 8 zugeleitet, das das Empfangssignal SE alternativ entweder dem Potentialdetektor 11 oder dem Verschiebungsstromdetektor 12 zuleitet. Das Schaltelement 8 kann hierbei reversibel zwischen dem Potentialdetektor 11 und dem Verschiebungsstromdetektor 12 schalten und somit beide Empfängereingänge wechselweise in Betrieb setzen bzw. außer Betrieb nehmen.
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In seinem aktiven, d. h. durch das Schaltelement 8 beschalteten Zustand erzeugt der hochohmige Potentialdetektor 11 als Ausgabesignal A1 ein elektrisches Spannungssignal, dessen Betrag proportional zu der (zeitabhängigen) elektrischen Spannung des Empfangssignals SE ist.
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Der niederohmige Verschiebungsstromdetektor 12 erzeugt als Ausgabesignal A2 dagegen ein Spannungssignal, dessen Betrag proportional zu der (zeitabhängigen) Stromstärke des durch das Empfangssignal SE hervorgerufenen Verschiebungsstroms ist.
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Das Ausgabesignal A1 bzw. A2 des jeweils aktiven Empfängereingangs wird der Auswerteschaltung 13 zugeführt. Die Auswerteschaltung 13 erzeugt aus dem jeweiligen Ausgabesignal A1 bzw. A2 eine kapazitätsproportionale Messgröße K.
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Die Messgröße K wird der Steuereinheit 10 zugeführt, die durch einen Mikrocontroller mit einer darin implementierten Steuersoftware gebildet ist. Unter Ablauf dieser Steuersoftware berechnet die Steuereinheit 10 ein Maß für die zeitliche Fluktuation der Messgröße K. Beispielsweise unterzieht die Steuereinheit 10 die Messgröße K einer numerischen Hochpassfilterung und berechnet aus dem verbleibenden Wechselanteil der Messgröße K einen quadratischen zeitlichen Mittelwert. Alternativ hierzu können auch ein Spitze-Spitze-Wert eines durch Hochpassfilterung aus der Messgröße K bestimmten Störsignals oder bestimmte Spektralanteile einer Schnellen Fourier-Transformation (Fast Fourier Transform, kurz: FFT) der Messgröße K ermittelt werden.
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Das resultierende Maß für die zeitliche Fluktuation der Messgröße K vergleicht die Steuereinheit 10 mit einem hinterlegten Schwellwert. Sofern der Schwellwert überschritten wird, steuert die Steuereinheit 10 durch Abgabe eines Steuersignals C das Schaltelement 8 an, das hierauf zwischen den Empfängereingängen, also dem Potentialdetektor 11 und dem Verschiebungsstromdetektor 12 wechselt.
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Die Messgröße K wird des Weiteren der Überwachungseinheit 3 zugeführt. Die Überwachungseinheit 3, die ebenfalls durch einen Mikrocontroller mit einer darin implementierten Überwachungssoftware gebildet ist, vergleicht die Messgröße K mit einem hinterlegten Auslöseschwellwert. Bei Schwellwertüberschreitung gibt die Überwachungseinheit 3 ein Auslösesignal A aus, das auf einen möglichen Einklemmfall hinweist, und unter dessen Wirkung die Bewegung des der Einklemmschutzvorrichtung 1 zugeordneten Verstellelements reversiert wird.
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Die Steuereinheit 10 und die Überwachungseinheit 3 können – abweichend von der Darstellung gemäß 1 – auch in einem gemeinsamen Mikrocontroller integriert sein.
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In einer alternativen Ausführung der Einklemmschutzvorrichtung 1 veranlasst die Steuereinheit 10 das Schaltelement 8, unabhängig von dem Wert und dem zeitlichen Verlauf der Messgröße K zeitlich alternierend in periodischem Wechsel zwischen dem Potentialdetektor 11 und dem Verschiebungsstromdetektor 12 zu schalten. Die Überwachungseinheit 3 gibt das Auslösesignal A hierbei nur dann aus, wenn die Messgröße K den vorgegebenen Auslöseschwellwert sowohl im Betrieb des Potentialdetektors 11 als auch im anschließenden oder vorausgehenden Betrieb des Verschiebungsstromdetektors 12 überschreitet.
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Der Potentialdetektor 11 ist gemäß 2 insbesondere durch einen Spannungsfolger gebildet. Kernbestandteil dieses Spannungsfolgers ist ein Operationsverstärker 14, dessen nicht-invertierender Eingang mit dem Empfangssignal SE belegt ist, und dessen Ausgang mit dem invertierenden Eingang rückgekoppelt ist.
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Der Verschiebungsstromdetektor 12 ist gemäß 2 zweckmäßigerweise als Transimpedanzverstärker ausgebildet. Kernbestandteil des Transimpedanzverstärkers ist hierbei ein weiterer Operationsverstärker 15, dessen Ausgang über einen ohmschen Widerstand 16 auf den invertierenden Eingang rückgekoppelt ist, dem auch das Empfangssignal SE zugeführt ist. Der nicht-invertierender Eingang des Operationsverstärkers 15 ist auf Masse M gelegt.
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In dem Schaltbild gemäß 2 ist zusätzlich eine optionales weiteres Schaltelement 17 dargestellt, das dem Potentialdetektor 11 und dem Verschiebungsstromdetektor 12 nachgeschaltet ist und als Signalweiche für die selektive und ungestörte Zuleitung jeweils eines der Ausgabesignale A1 oder A2 an die Auswerteschaltung 13 dient. Das Schaltelement 17 ist hierbei mit dem Schaltelement 8 gekoppelt, so dass beide Schaltelemente 8 und 13 stets synchron geschaltet werden.
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In einer in 3 dargestellten Schaltungsvariante sind der Potentialdetektor 11 und der Verschiebungsstromdetektor 12 durch ein und denselben Operationsverstärker 18 gebildet, der die Operationsverstärker 14 und 15 gemäß 2 ersetzt. Die unterschiedliche Funktion dieses Operationsverstärkers 18 als Spannungsfolger (und somit als Teil des Potentialdetektors 11) oder als Transimpedanzverstärker (und somit als Teil des Transimpedanzverstärkers) wird dabei ausschließlich durch verschiedene Beschaltung des Operationsverstärkers 18 erzielt. Das Schaltelement 8 umfasst hierzu zwei Teilschalter 19a und 19b, die durch steuerungstechnische oder mechanische Kopplung stets synchron miteinander geschaltet werden.
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In der Beschaltung als Spannungsfolger ist – wie in 3 dargestellt – nicht-invertierende Eingang des Operationsverstärkers 18 über den Teilschalter 19a mit dem Empfangssignal SE belegt, während der invertierende Eingang des Operationsverstärkers 18 über den Teilschalter 19b mit dem Ausgang des Operationsverstärkers 18 kurzgeschlossen ist. Dabei überbrückt der Teilschalter 19b insbesondere den zwischen den invertierenden Eingang und den Ausgang des Operationsverstärkers 18 geschalteten Widerstand 16.
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In der – in 3 durch gestrichelte Schalterstellungen der Teilschalter 19a und 19b angedeuteten – Beschaltung als Transimpedanzverstärker ist der nicht-invertierende Eingang des Operationsverstärkers 18 über den Teilschalter 19a auf Masse M gelegt, während das Empfangssignal SE über den Teilschalter 19b auf den invertierenden Eingang des Operationsverstärkers 18 gelegt ist.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Einklemmschutzvorrichtung
- 2
- Sensor
- 3
- Überwachungseinheit
- 4
- Elektrodenanordnung
- 5
- Sendeelektrode
- 6
- Empfangselektrode
- 7
- Frequenzgenerator
- 8
- Schaltelement
- 9
- Empfangsschaltkreis
- 10
- Steuereinheit
- 11
- Potentialdetektor
- 12
- Verschiebungsstromdetektor
- 13
- Auswerteschaltung
- 14
- Operationsverstärker
- 15
- Operationsverstärker
- 16
- Widerstand
- 17
- Schaltelement
- 18
- Operationsverstärker
- 19a, b
- Teilschalter
- A
- Auslösesignal
- A1
- Ausgabesignal
- A2
- Ausgabesignal
- C
- Steuersignal
- fS
- Sendefrequenz
- F
- (elektrisches) Feld
- K
- Messgröße
- M
- Masse
- SE
- Empfangssignal
- ST
- Sendesignal
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 202007008440 U1 [0009]
