DE1942565A1 - Safety mat for controlling a switching process - Google Patents
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Description
"Schaltmatte zur Steuerung eines Schaltvorganges" Die Erfindung betrifft eine Schaltmatte (gegebenenfalls auch in Form einer Schaltschwelle od.dgl.), die durch elastische Formänderung auf elektrischem Wege einen Schaltvorgang, z.B."Switching mat for controlling a switching process" The invention relates to a safety mat (possibly also in the form of a switching threshold or the like.), the a switching process, e.g.
ein offenen oder Schließen einer Tur, die Betätigung eines Lichtsignales, z.B. einer Verkehrsampel, od.dgl. steuert.opening or closing a door, activating a light signal, e.g. a traffic light, or the like. controls.
Es sind Schaltmatten dieser Art bekannt, welche den Schaltvorgang dadurch betätigen, daß zwei im Abstand voneinander angeordnete Kontaktelemente, z.B. in Form von Platten, einzelnen Streifen od.dgl. vorgesehen sind, die beim Betreten oder Befahren der Matte durch Formänderung der Schaltmatte in BerUhrung gebracht werden und dadurch einen Stromkreis schließen. Solche Schaltmatten sind jedoch vielfach nicht zuverlässig genug. Der Kontaktschluß kann, etwa bei ungünstiger Belastung der Matte, infolge von Korrosionserscheinungen an den Kontakten oder aus sonstigen Gründen unvollkommen sein.There are safety mats of this type known, which the switching process actuate by the fact that two spaced apart contact elements, e.g. in the form of plates, individual strips or the like. are provided upon entering or driving on the mat by changing the shape of the safety mat brought into contact and thereby close a circuit. However, such safety mats are many not reliable enough. The contact closure can, for example, in the event of an unfavorable load the mat, as a result of corrosion on the contacts or from other Reasons to be imperfect.
Auch können beim offenen des Kontaktes oder auch beim Schließen desselben Funken erzeugt werden, die unerwUnsoht sind oder Gefahren in sich schließen.This can also be used when the contact is opened or when it is closed Sparks are generated that are unexpected or involve dangers.
Aufgabe der Erfindung ist es vor allem, solche Nachteile auszuschließen und eine Schaltmatte derart auszubilden, daß mit möglichst einfachen, insbesondere auch eine Funkenbildung ausschließenden Mitteln ein zuverlässiges Schalten erreichbar ist.The main object of the invention is to rule out such disadvantages and to design a switching mat in such a way that with the simplest possible, in particular Reliable switching can also be achieved by means that prevent sparking is.
Die Erfindung besteht demgemäß im wesentlichen darin, daß der bei der Formänderung der Schaltmatte sich ändernde elektrische Widerstand derselben zur Steuerung des zu steuernden Schaltvorganges benutzt wird. Kontakte, die innerhalb der Schaltmatte in Berührung miteinander zu bringen sind, sind nicht erforderlich. Die Matte arbeitet vielmehr lediglich durch Formänderung, und es wird ein besonders einfacher Aufbau der Matte ermöglicht.The invention consists essentially in that the at the change in shape of the safety mat, the changing electrical resistance of the same is used to control the switching process to be controlled. Contacts that are within the safety mat are to be brought into contact with each other are not required. Rather, the mat works simply by changing its shape, and it becomes a special one allows easy construction of the mat.
Vorzugsweise weist die Schaltmatte ein elektrisch schwachleitendes Schaltelement (Halbleiterelement) mit großem Ohmschen Widerstand auf, das zwischen zwei elektrisch stark leitenden, insbesondere metallischen Elemeten in einen Stromkreis eingeschaltet ist, dessen Stromstärke unter Anderung des Ohmschen Widerstandes des Schaltelementes durch Änderung des Abstandes der beiden metallischen Elemente ohne gegenseitige metallische Berührung derselben bis zur Auslösung des gesteuerten Schaltvorganges veränderbar ist.The safety mat preferably has an electrically weakly conductive one Switching element (semiconductor element) with a large ohmic resistance that is between two electrically highly conductive, in particular metallic elements in one circuit is switched on, the current intensity of which changes the ohmic resistance of the Switching element by changing the distance between the two metallic elements without mutual metallic contact of the same until the triggering of the controlled switching process is changeable.
Da es sich in der Regel um nur geringe Stromstärkenänderungen handelt, ist die Schaltmatte nach einem weiteren Merkmal der Erfindung als elektronisches Bauteil in einen Verstärkerstromkreis, vorzugsweise mit Transistorverstärkung, eingeschaltet.Since there are usually only small changes in the current strength, is the safety mat according to a further feature of the Invention as electronic component in an amplifier circuit, preferably with transistor amplification, switched on.
In einfachster Weise besteht die Schaltmatte im wesentlichen aus einer zwischen einer Metallplatte und einer Metallfolie oder zwischen zwei Metallfolien zwischengeschalteten, als Schaltelement dienenden Platte aus elastischem nichtmetallischem Material, insbesondere Schaumstoff. Die elastische nichtmetallische Platte kann mit den elektrisch leitenden Elementen von einer elektrisch nicht leitenden gehäuseartigen Hülle wasserdicht umschlossen sein, so daß Jede Beeinträchtigung oder Zerstörungsgefahr durch eindringendes Wasser ausgeschlossen ist. Die Metallfolien können an die Innenseite von Außenplatten oder auf die Außenseite des inneren Schaltelementes angeklebt sein, oder es können die metallischen Elemente auf die Innenseite der Außenplatten oder auf die Außenseite des inneren Schaltelementes als leitende Schichten aufgebracht sein.In the simplest way, the switching mat consists essentially of one between a metal plate and a metal foil or between two metal foils interposed, serving as a switching element plate made of elastic non-metallic Material, especially foam. The elastic non-metallic plate can with the electrically conductive elements of an electrically non-conductive housing-like Sheath to be enclosed in a watertight manner, so that any impairment or risk of destruction is excluded by penetrating water. The metal foils can be attached to the inside be glued from outer plates or onto the outside of the inner switching element, or it can be the metallic elements on the inside of the outer panels or applied to the outside of the inner switching element as conductive layers be.
In einer besonders einfachen konstruktiven Ausführung besteht das steuernde innere Schaltelement aus nichtmetallischem elastischem Material mit eingearbeiteten metallischen bzw.In a particularly simple structural design, there is controlling inner switching element made of non-metallic elastic material with incorporated metallic resp.
elektrisch leitenden Teilchen, so daß das Schaltelement als Halbleiterelement wirkt.electrically conductive particles, so that the switching element as a semiconductor element works.
Durch die Erfindung werden folgende Vorteile erzielt: Eine Schaltmatte der erfindungsgemäßen Art ermöglicht einen einfachen und darum kostensparenden Aufbau. Da eine unmittelbare Kontaktgebung nicht erforderlich ist, kann das nachgiebige Schaltelement zwischen den beiden metallischen bzw. elektrisch leitenden Elementen in besonders einraucher Weise, z.B. als beiderseitig ebene Platte ausgebildet sein, ohne daß die Kontaktgebung zulassende, besonders geformte Öffnungen, Aussparungen od.dgl. erforderlich sind.The invention achieves the following advantages: A safety mat of the type according to the invention enables a simple and therefore cost-saving structure. Since direct contact is not required, the flexible Switching element between the two metallic or electrically conductive elements be designed in a particularly non-smoking way, e.g. as a flat plate on both sides, without specially shaped openings or recesses that allow contact to be made or the like. required are.
Die Erfindung verlangt nur baulich sehr kleine Schaltelemente, insbesondere auch bei voll elektronischer Steuerung, so daß die gesamte Anlage mit den erforderlichen Geräten sehr kleine Abmessungen erhalten kann.The invention requires only structurally very small switching elements, in particular even with fully electronic control, so that the entire system with the necessary Devices can get very small dimensions.
Auch kann mit Hilfe der Elektronik, die mit kleinsten Spannungen und Strömen. auskommt, ein sicherer Schaltimpuls erhalten werden, der so lange andauert, wie die Matte belastet wird. Eine Gefahr der Funkenbildung besteht nicht. Außerdem kann eine gleiche Schaltempfindlichkeit in allen Zonen der Matte bis zum Rand hin erreicht werden, so daß Fehlbelastungen ohne die gewünschte Einleitung des Schaltvorganges praktisch ausgeschlossen sind. Die verwendeten Halbleiter-Bauelemente zeichnen sich durch hohle Zuverlässigkeit aus, und das Schaltprogramm läßt sich sehr variabel ausgestalten.Also can with the help of electronics, which with the smallest voltages and Stream. is sufficient, a safe switching pulse can be received that lasts so long how the mat is loaded. There is no risk of sparking. aside from that can have the same switching sensitivity in all zones of the mat up to the edge can be achieved, so that incorrect loads without the desired initiation of the switching process are practically excluded. The semiconductor components used stand out due to hollow reliability, and the switching program can be very variable shape.
Die Erfindung sei anhand eines Ausführungsbeispieles noch näher erläutert. In der Zeichnung zeigen Fig. 1 einen Schnitt durch eine erfindungsgemäße Schaltmatte in unbelastetem Zustande, Fig. 2 eine gleiche Schnittansicht der Schaltmatte bei örtlicher Belastung derselben, Fig. 3 einen Schaltplan und Fig. 4 ein Blockschaltbild für eine durch zwei Schaltmatten elektronisch gesteuerte Türanlage.The invention will be explained in more detail using an exemplary embodiment. In the drawing, FIG. 1 shows a section through a safety mat according to the invention in the unloaded state, FIG. 2 shows an identical sectional view of the switching mat local loading of the same, FIG. 3 is a circuit diagram and FIG. 4 is a block diagram for a door system electronically controlled by two safety mats.
Zwischen einer Grundplatte lOsus elektrisch nichtleitendem Material, z.B. Gummi oder Kunststoff, und einer oberen Deckplatte 11, die aus gleichem Material bestehen kann und in Jedem Falle elastisch verformbar ist, ist eine vorzugsweise ununterbrochene Schaltplatte 12, insbesondere aus hochelastischem Schaumstoff, z.B. aus Polyätherschaum, Moltoprene oder ähnlichem Material, zwischengeschaltet. Sie bildet das eigentliche Schaltelement, wobei zwischen diesem und den beiden vorerwähnten Platten 10 und 11 Folien aus elektrisch leitendem Material, insbesondere Metallfolien 13 und 14 zwischengelagert sind. Diese Folien sind zweckmäßig an die Platten 10 und 11 angeklebt.Between a base plate there is a lOsus of electrically non-conductive material, e.g. rubber or plastic, and an upper cover plate 11 made of the same material can exist and is elastically deformable in any case, one is preferred uninterrupted circuit board 12, in particular made of highly elastic foam, e.g. made of polyether foam, moltoprene or similar material, interposed. she forms the actual switching element, between this and the two aforementioned Plates 10 and 11 foils made of electrically conductive material, in particular metal foils 13 and 14 are temporarily stored. These foils are expediently attached to the plates 10 and 11 glued on.
Damit die Schaltplatte 12 ihre Funktion einwandfrei erfüllen kann, kann sie - sofern dieses nicht bereits durch das verwendete Material der Fall ist - durch Einlagerung elektrisch leitender Teilchen, Z.B. in Form von Metallstaub, der dem flüssigen Schaumstoff beigegeben wird, oder auf sonstige Weise zu einem Halbleiterelement gemacht werden.So that the circuit board 12 can function properly, it can - if this is not already the case due to the material used - by embedding electrically conductive particles, e.g. in the form of metal dust, the that liquid foam is added, or other Way to be made a semiconductor element.
Zum wasserdichten Abschluß der Schaltplatte 12 sind die beiden Platten 10 und 11 durch äußere Abschlußleisten 15 ringsum miteinander verbunden, wobei die Leisten 15 mit den Platten in geeigneter Weise fest verbunden, z.B. verklebt sind. Rahmenelemente 16, gegebenenfalls in Verbindung mit einer unteren Abschlußplatte 17, die Jedoch auch lediglich zur Abstützung der Grundplatte 10 dienen kann, können die Matte als Einheit tragen. Mit den Folien 13 und 14 sind die elektrischen Leitungen 18 und 19 an den Anschlußstellen 20 und 21 elektrisch leitend verbunden.The two plates are used to seal the circuit board 12 in a watertight manner 10 and 11 connected to each other all around by outer end strips 15, the Strips 15 are firmly connected to the panels in a suitable manner, e.g. are glued. Frame elements 16, optionally in connection with a lower end plate 17, which can, however, also only serve to support the base plate 10 wearing the mat as a unit. With the foils 13 and 14 are the electrical lines 18 and 19 connected in an electrically conductive manner at the connection points 20 and 21.
In Fig. 1 ist die Schaltmatte im unbelasteten Zustande dargestellt. Die als Schaltplatte dienende Schaumstoffplatte 12 weise einen bestimmten Ohmschen Widerstand auf, z.B. etwa 100 Kiloohm. Wird die Matte belastet, Z.B. durch eine Kraft Q, verformt sich die obere Abdeckplatte 11, sowie die obere Folie 14 und überträgt diese Verformung auf die Schaltplatte 12, die im Bereiche 12a der Verformung im Materialgefüge zusammengepreßt wird. Der Ohmsche Widerstand der Schaltplatte 12 zwischen den beiden Leitungen 18 und 19 wird dadurch auf einen kleinen Bruchteil des ursprünglichen Wertes herabgesetzt, z.B.In Fig. 1, the switching mat is shown in the unloaded state. Serving as a circuit board foam plate 12 has a certain ohmic Resistance, e.g. about 100 kiloohms. If the mat is loaded, e.g. by a Force Q, the upper cover plate 11, as well as the upper film 14 is deformed and transfers this deformation on the circuit board 12, which is in areas 12a of the deformation in the Material structure is pressed together. The ohmic resistance of the circuit board 12 between the two lines 18 and 19 is thereby reduced to a small fraction from the original value, e.g.
auf 1 bis 2 Kiloohm. Diese Widerstandsänderung und die dadurch bewirkte änderung der Stromstärke in dem Stromkreis 18,13, 12,14,19 wird zur Auslösung des gewUnschten Schaltvorganges benutzt.to 1 to 2 kilo ohms. This change in resistance and the one caused by it Change in the current strength in the circuit 18,13, 12,14,19 is used to trigger the desired switching process used.
In Fig. 3 ist ein beispielsweises Schaltschema fAr eine erfindungsgemäße Schaltmatte dargestellt.In Fig. 3 is an exemplary circuit diagram for an inventive Safety mat shown.
Sie ist in dem Schaltplan mit Ma als regelbarer Ohmscher Widerstand angedeutet. Sie ist z.B. an ein Wechselstromnetz N über einen Gleichrichter G angeschlossen und liegt in einem Stromkreis, der Verstärker, z.B. Transistoren Tr 1 und Tr 2 enthält. Mit C1 und C2 sind Kondensatoren, mit R1 bis R13 unterschiedliche Ohmsche Widerstände bezeichnet.It is in the circuit diagram with Ma as an adjustable ohmic resistance indicated. It is connected to an alternating current network N via a rectifier G, for example and lies in a circuit containing amplifiers such as transistors Tr 1 and Tr 2. With C1 and C2 are capacitors, with R1 to R13 different ohmic resistances designated.
Die Schaltung ist derart vorgesehen, daß die durch die Schaltmatte hervorgerufene Widerstandsveränderung in eine eindeutige Schaltstellung des betätigten Hilfsrelais umgewandelt wird. Der Schaltvorgang läuft etwa folgendermaßen ab: In Ruhelage der Schaltmatte ist durch entsprechende Bemessung der einzelnen Widerstände der Transistor Tr 1 durchgesteuert, d.h. er läßt einen Strom von R6 nach R7 durch, wobei er den Transistor Tr2 sperrt, so daß durch diesen kein Strom hindurchfließt. Das Relais Re ist stromlos.The circuit is provided in such a way that the switching mat caused change in resistance in a clear switching position of the actuated Auxiliary relay is converted. The switching process proceeds roughly as follows: In The neutral position of the safety mat is determined by the appropriate dimensioning of the individual resistances the transistor Tr 1 is turned on, i.e. it lets a current from R6 to R7 through, whereby it blocks the transistor Tr2 so that no current flows through it. The relay Re is de-energized.
Unterschreitet bei Belastung der Matte Ma deren elektrischer Widerstand einen bestimmten Wert die Schaltschwelle, wird der Transistor Trl in den Sperrbereich gesteuert und Transistor Tr2 beginnt zu öffnen, d.h. er läßt Strom durch. Durch die z.B. vorgesehene an sich bekannte RUckkopplungsschaltung (Trigger- oder Flip-Flop-Schaltung) wird der Transistor Trl schnell gesperrt und Transistor Tr2 ganz geöffnet, und das Relais Re zieht an. Dieser Vorgang spielt sich in Bruchteilen einer Sekunde ab und hat daher ein sprungartiges Umschalten des Relais zur Folge. Schleichende Kontakte sind dadurch ausgeschaltet; entweder zieht das Relais nach Überschreiten der Schaltschwelle an oder es bleibt abgefallen.If the mat Ma is under load, its electrical resistance falls below its electrical resistance a certain value the switching threshold, the transistor Trl in the blocking range controlled and transistor Tr2 begins to open, i.e. it lets current through. By the e.g. provided feedback circuit known per se (trigger or flip-flop circuit) the transistor Trl blocked quickly and transistor Tr2 completely open and the relay Re picks up. This process takes place in fractions one second and therefore causes the relay to switch abruptly. Creeping contacts are thereby switched off; either the relay pulls The switching threshold is exceeded or it remains dropped.
Umgekehrt verläuft der Abschaltvorgang nach Entlasten der Matte mit gleichzeitiger Widerstandserhöhung und damit Verringerung der Stromstärke. Die Transistoren kehren in ihren ursprünglichen Zustand zurück, und das Relais ist stromlos.Conversely, the switch-off process takes place after the mat is relieved of the load simultaneous increase in resistance and thus reduction in current strength. The transistors return to their original state and the relay is de-energized.
Im Stromkreis des Verstärkers kann eine Vorrichtung zur stufenlosen Empfindlichkeitsregelung der Matte eingebaut sein, mit der sich die Schaltempfindlichkeit (Schaltschwelle) verändern läßt.In the circuit of the amplifier can be a device for stepless Sensitivity control of the mat be built in, with which the switching sensitivity (Switching threshold) can be changed.
Gewünschtenfalls kann auch der Verstärkerschaltkreis ein Zeitrelais enthalten, durch das eine gewünschte Ein- oder Ausschaltverzögerung hervorgerufen werden kann. Das Zeitrelais kann zur Regelung der Verzögerung regelbar sein. Es kann unmittelbar mit den Verstärkern zusammenwirken.If desired, the amplifier circuit can also be a timing relay which causes a desired switch-on or switch-off delay can be. The timing relay can be adjustable to regulate the delay. It can interact directly with the amplifiers.
Anstelle besonderer Metallfolien kann auch ein Schaltelement, insbesondere eine Kunststoffplatte, vorgesehen sein, die auf beiden Seiten mit einem Metalluberzug versehen oder in sonstiger Weise elektrisch leitend gemacht ist. Die Schaumitoft- Schaltplatte 12 kann aus einem laufend hergestellten, beim AuSschäumen mit leitfähigen Partikeln versetzten rollbaren Band durch Abschneiden hergestellt werden.Instead of special metal foils, a switching element, in particular a plastic plate, may be provided, covered with a metal cover on both sides is provided or made electrically conductive in any other way. The Schaumitoft Circuit board 12 can be made of a continuously produced, when foaming with conductive particles offset rollable tape can be made by cutting.
Fig. 4 zeigt ein Blockschaltbild mit einer Tür T, die durch zwei Schaltmatten M1 und M2 steuerbar ist und durch eine Vorrichtung S, die mit dem Türschließer vereinigt sein kann, betätigt wird. Die Schaltmatte M1 wirkt hierbei über einen Verstärker V1, die Schaltmatte M2 über einen Verstärker V2 auf die Betätigungsvorrichtung S unter Vermittlung eines Wendeschützes W und eines Netzteiles NT. Im übrigen können andere bekannte SchaltmUglichkeiten angewandt sein, durch die ein beliebiger Schaltvorgang von den Schaltmatten gesteuert werden kann.Fig. 4 shows a block diagram with a door T through two safety mats M1 and M2 is controllable and by a device S, which unites with the door closer can be operated. The safety mat M1 acts here via an amplifier V1, the switching mat M2 via an amplifier V2 to the actuating device S mediated by a reversing contactor W and a power supply unit NT. By the way, you can other known switching possibilities can be applied through which any switching operation can be controlled by the safety mats.
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