-
"Kapazitiver Fühler für automatische Türen Die vorliegende Erfindung
befaßt sich mit Steueranordnungen für automatisch gesteuerte Türen und insbesondere
mit automatischen Fahrstuhltüren. Es ist allgemein üblich, in automatischen Türen
Schutzvorrichtungen einzubauen, uizu verhindern, daß die Benutzer der Türen eingeklemmt
oder von den sich bewegenden Türen getroffen werden. Als solche Vorrichtungen benutzt
man mechanisch arbeitende Fühlerleisten, Photozellen, Ultraschallgeräte und auf
kapazitiver Messung beruhende Fühler. Von den aufgezählten Vorrichtungen sind die
auf kapazitiver Grundlage arbeitenden am vorteilhaftesten. Als deren Vorteil kann
ein architektonischgünstiges Aussehen angeführt werden, indem sämtliche Teile der
Apparatur der Sicht entzogen eingebaut werden können. Ein zweiter Vorzug der kapazitiven
Fühler ist hohe Zuverlässigkeit, da die Vorrichtung ohne mechanisch bewegliche und
dem Verschleiß ausgesetzte Teile gebaut werden kann.
-
Die vorliegende Erfindung betrifft einen kapazitiven Fühler für
automatische
Türen, der eine Steuervorrichtung eines Türmotors, wie z.B. ein Relais, steuert
und der von einem aus mindestens zwei in den Türpfosten angebrachten Antennen bestehenden
Kondenstator, von einer Spannungsquelle, von welcher den Antennen eine Wechselspannung
zugeführt wird und von einem Verstärker gebildet wird, mit welch letzteren die Antennen
und die Steuervorrichtung derart verbunden sind, daß die von kapazitiven Störungen
in den Antennen hervorgerufenen Spannungsunterschiede der Steuervorrichtung zugeführt
werden.
-
Kapazitive Fühler dieser Art sind u.a. durch die folgenden Schriften
bekannt: US-PS 3 370 677 und GB-PS 1 108 884. In beiden Apparaturen wird der kapazitive
Fühlvorgang mittels einer Messbrücke bewerkstelligt. Die erstgenannte Vorrichtung
arbeitet nach folgendem Prinzip:Am Rande der Tür befindet sich eine Schirmplatte,
die mit einer tonfrequenten Meßspannung versorgt wird. Am Türrand, der außerhalb
der Schirmplatte verbleibt, ist die Fühlerplatte befestigt, in der von der Schirmplatte
her eine Spannung induziert wird. Mit Hilfe eines Kondensaton wird von einem höheren
Potential an der Fühlerplatte eine Zusatzspannung derart erzeugt, daß die Spannung
zwischen der Schirmplatte und der Fühlerplatte Null ist, wenn sich die Antenne in
der Ruhelage befindet. Wenn die Antenne durch eine äußere Erdkapazität gestört wird,
entsteht zwischen der Fühlerplatte und der Schirmplatte eine Spannungsdifferenz,
durch die man erkennen kanz daß sich eine Störungsursache zwischen den Türhälften
befindet, und man kann anhand dieses Umstandes das Schließen der Türen
verhindern.
-
Die Vorrichtung- gemäß. der genannten GB-PS weist zwei Fühlplatten
auf, die bei Ruhelage der Antennen gleiches Potential führen.Die Schirmplatte liegt
auf einem etwas yerschiedenen Potential, das von einem ein Wechselsignal.mit Tonfrequenzen
speisenden Oszillator bezogen wird. Wenn die Antennen gestört werden, entsteht zwischen
den Fühlerplatten ein Potentialunterschied und auf diese Weise erhält man im Verstärker
ein Wechselstromsignal.
-
Ein Nachteil der Vorrichtung gemäß der erstgenannten US-PS besteht
in den Schwierigkeiten, die sich aus der Veränderung der Apparatureigenschaften
ergeben. Diese treten z.B. so zutage, daß die von den Fahrstuhlschachttüren hervorgerufenen
Erdkapazitäten den mechanischen'Toleranzen zufolge in verschiedenen Stockwerken
verschieden sind. Hierbei kann man die Empfindlichkeit der Apparatur nicht sonderlich
hoch einstellen, da man sonst ein falsches Signal zur Türsteuerung- erhalten würde.
Die Feuchtigkeit ebenso wie von den Antennen an den Rändern der Tür empfangeneSchläge
verändern auch die Kapazitåtsverhältnisse und und schränken die EmpSindlichkeit
ein. Ein zweiter Nachteil der Apparatur ist die Empfindlichkeit in bezug auf die
Kapazität zwischen der Schirmplatte und der Fühlerplatte. Diese Kapazität soll möglichst
gering im Vergleich mit der zu messenden Erdkapazität sein, damit ein hinreichendes
Signal erzielt wird. Die Forderung geringer Kapazität führt zu einer mechanisch
kostspieligen und damit unvorteilhaften Antennenbauweise.
-
Der Fühler gemäß der zweiten angeführten GB-PS 1 108 884 weist die
gleichen oben erwähnten Nachteile auf, d.h. die Apparatur ist Störungen gegenüber
empfindlich, welche die in den mechanischen Vorrichtungen selbst stattfindenden
Veränderungen und die Kapazitätsverhältnisse verursachen. Ein weiterer Nachteil
bei der besagten britischen Vorrichtung ist der Potentialunterschied zwischen der
Schirmspannung und der Meßantenne. Obgleich man mittels der Schirmspannung die Einwirkung
der störenden Erdkapazität kann, kann so darf die Kapazität der die Schirmspannung
führenden Teile in bezug auf die Meßantennen nicht hoch sein, da diese Kapazität
das erhältiche Meßsignal abschwächt. Daher ist die Verwendung von Koaxialleitern
mit Schirmspannung in der Übertragung des Meßsignals von der Antenne zum Verstärker
beschränkt. Um die Empfindlichkeit zu steigern, muß man den Verstärker an einem
mechanisch umständlichen Ort anbringen, wie z.B. in unmittelbarer Nähe der Fühlerleiste
an der beweglichen Tür. Wenn zwei bewegliche Türhälften zur Verwendung kommen, werden
zwei getrennte Verstärkerapparaturen benötigt.
-
Die vorliegende Erfindung bezweckt eine Abhilfe dieser Nachteile.
-
Der Fühler für automatische Türen gemäß der Erfindung ist dadurch
gekennzeichnet, daß zum Fühler eine automatische Abstimmeinheit gehört, die aus
einenLvon einem durch den Bewegungszustand der Tür steuerbaren Schalter gesteuerten
Einstell-Haltekreis und einem summierenden Verstärker besteht, die so geschaltet
sind,
daß sich der Einstell-Haltekreis zu Beginn'der Schließbewegung
der Tür so abstimmt, daß nur ein Spannungsunterschied, der von einer kapazitiven
Störung mit während der Schließbewegung veränderlicher Größe herbeigeführt wird,durchden
Einstell-Haltekreis und den Verstärker hindurch zur Steuervorrichtung gelangen kann.
-
Hierbei wird von der Veränderung der Eigenschaften von Bestandteilen
in der Apparatur und von konstanten Änderungen der Kapazitätsverhältnisse in der
Umgebung kein Signal an die Steuervorrichtung und damit keine Störung beim Arbeiten
des Fahrstuhles bewirkt, womit die Steuerung des-Türmotors mit größerer Sicherheit
als zuvor und ohne Störung erfolgt. Fernerhin kann ein erfindungsgemäßer Fühler
zur Fühlarbeit auf größere Entfernung eingestellt werden als dies ohne automatische
Abstimmung möglich ist.
-
Die Erfindung wird nachstehend eingehend anhand eines Beispieles mit
Hinweis auf die beiliegenden Zeichnungen beschrieben.
-
Es zeigen: Fig.1 eine erfindungsgemäße Apparatur im Blockschema, Fig.2
die elektrische Ausführung der Apparatur gemäß Fig.1 mit Hilfe allgemein bekannter
Komponenten, Fig.3 im Querschnitt einen erfindungsgemäßen Fühler in Befestigung
an den automatischen Türen eines Fahrtuhles und
Fig. 4 die Arbeitsweise
des Blocks in Fig. 1.
-
Zur erfindungsgemäßen Vorrichtung, die in Fig.1 dargestellt ist, gehört
ein eine sinusoidale tonfrequente (Größenanordnung 10 kHz) Wechselspannung erzeugender
Oszillator 1. Von diesem wird die Wechselspannung über Abschwächer 2 mit hoher Impedanz
der Fühlerantenne 3 zugeleitet. Desgleichen wird die Wechselspannung über die Spannungsfolgeverstärker
4 den Schirmspannungsantennen 5 zugeführt, die nicht den Kapazitätsvariationen der
Umgebung gegenüber empfindlich sind. Die Apparatur umfaßt ferner als wesentlichen
Bestandteil einen Verstärker 6 gemäß Fig.1.
-
Hierbei ist die Ausgangsspannung des Differentialverstärkers 6 Null,
wenn die äußere Erdkapazität-bei beiden Antennen 3 gleich groß ist. Wenn andererseits
auf die Antennen 3 eine kapazitive Störung einwirkt, z.B. von einer Person oder
dgl. Hindernis verursacht, dann erscheint am Ausgang des Verstärkers 6 eine Wechselspannung
mit der Frequenz des Oszillators 1, deren Amplitude der Größe der störenden Erdkapazität
verhältnisgleieh ist. Der phasenerkennende Detektor 7 mit Synchronisierimpuls-Bildungskreis
14 wandelt die Ausgangsspannung des Verstärkers 7 in eine Gleichc spannung um, deren
Plarität davon abhängig ist, welche der beiden Antennen 3 einer Störung unterliegt.
-
Einen wesentlichen Teil in der Erfindung macht der automatische
Abstimmer
aus, zu dem der von einem durch den Bewegungszustand der Tür steuerbaren Schalter
9 gesteuerte Einstell-Haltekreis 8 und ein summierender Verstärker 10 gehören. Wenn
die Tür offen steht, ist der Schalter 9 offenend die Ausgangsspannung des Einstell-Haltekreises8
folgt der Steuerspannung. Die Verstärkung im Einstell-Haltekreis 8 im Einstellzustand
ist eins, und die Schaltung ist ferner vom Typ, der die Polarität umkehrt. Folglich
liegt bei offenem Schalter 9 am Ausgang des summierenden Verstärkers 10 eine Nullspannung.
Aufgrund dessen ist die Ausgangsspannung des Absolutwertkreises 11 ebenfalls Null,
und das Steuerrelais ist angezogen und läßt den Beginn der Türschließung zu. Hierbei
kann die Schließbewegung der Türen beginnen, selbst wenn am Ausgang des phasenerkennenden
Detektors 7 irgendeine Spannung liegen sollte, die das Vorhandensein einer kapazitiven
Störung anzeigt. Wenn die Schließbewegung beginnt, schließt sich der Schalter 9,
und der Einstell-Haltekreis 8 speichert die Größe der kapazitiven Störung, die beim
Beginn der Schließbewegung bestand. Falls die durch die Störung bewirkte Spannung
am Ausgang des Detektors 7 konstant bleibt, schließen sich die Türen und das Relais
13 fällt nicht ab. Falls sich während der Schließbewegung die Größe der kapazitiven
Störung ändert., erscheint am Ausgang des Verstärkers 10 eine Spannung, und derAbsolutwertverstärker
11 verwandelt diese stets in eine negative Spannung.
-
Sobald die Spannung am Ausgang des Verstärkers 11 den vom Meßkreis
12 festgelegten Schwellenwert unterschreitet, fällt das Relais 13 ab und unterbricht
die Schließbewegung der Türen.
-
Aufgrund der beschriebenen Arbeitsweise ersieht man, daß sich die
Apparatur mittels der röcke 89 10 und 11 automatisch abstimmt, während der Schalter
9 offen ist. Auf diese Weise werden die die Abstimmempfindlichkeit herabsetzenden,
während der Schließbewegung konstanten kapazitiven Störungen ausgeschaltet. Solche
Störungen sind Feuchtigkeitsniederschlag am Türrand, Veränderungen der Antennen
infolge von Stößen oder Schlägen und Ungenauigkeiten in der Fertigung der Antennen.
-
Die Bauweise der in Fig 1 dargestellten erfindungsgemäßen Vorrichtung
geht in Einzelheiten aus Fig. 2 hervor. Hier bilden der Widerstand 15, welcher die
Erdkapazität der Antenne vertritt und der Kondensator 16 einen Abschwächer 2. Die
Operationsverstärker 17 liegen in der wohlbekannten Spannungsfolgeschaltung und
sie stellen die Blöcke 4 inFig. 1 dar. Die Ausgänge der Operationsverstärker sind
an die Mantelleiter der Koaxialkabel 18 geschaltext'und der zur Antenne führende
Leiter ist der Zentralleiter im Koaxialkabel.
-
Weiterhin bilden der Operationsverstärker 19 und die Widerstände 20,
21, 22 und 23 in bekannter Weise einen Differentialverstärker, der den Block 6 in
Fig. 1 vertritt. Der phasenerkennende Detektor, durch Block 7 vertreten, besteht
aus dem Widerstand 24, dem Teil 25, dem Kondensator 26 und dem Teil 27. Der Synchronisierungsimpuls-Bildungskreis,
Block 14, umfaßt den Phasenverschiebungskreis 28 und 29, den Spannungsmeßkreis 30ß31
und 32
sowie den Impulsformerkreis 33,34 und 35. Die Teile 36,
37, 38, 39, 40 und 41 bilden den Einstell-Haltekreis, Block 8. Die Teile 42,43,44
und 45 bilden den summierenden Verstärkungskreis, Block 10. Die Teile 46, 47, 48,
49, 50, 51 und 52 bilden den Absolutwertverstärker, Block 11. Die Teile 53, 54 und
55 bilden den Spannungsmeßkreis, Block 12.
-
Die Schirmspannung der Schirmantennen 5 wird mittels einer Spannungsfolgeschaltung
mit Hilfe des Verstärkers 4 aus der Spannung des Oszillators 1 gebildet. Die Schirmspannung
führenden Teile liegen auf gleichem Potential wie die betreffenden Antenne. Die
Teile mit Schirmspannung haben niedrige Impedanz. Wenn neben die Schirmspannung
eine Antenne gebracht wird, so fließt zwischen diesen kein kapazitiver Strom, d.h.
der Teil mit Schirmspannung bewirkt keine Änderung der Antennenspannung. Andererseits,
wenn man neben die Schirmspannung führenden Teile eine äußere Erdkapazität heranbringt,
so bewirkt dies keine Änderung der Spannung am Schirmspannung führenden Teil. Würde
man die Fühlerantenne 3 ohne Schirmspannung führende Schirmantenne 5 an dem Türrand
anbringen, dann wäre der kapazitive Strom zwischen der Antenne und der Tür groß
im Vergleich mit dem Strom, den die anzuzeigenden kapazitiven Störungen verursachen.
Hieraus würde sich ein hoher Anspruch an die Genauigkeit und Stabilität der Antennenbefestigung
ergeben. Zugleich hätte man auch eine herabgesetzte Fühlemprindlichkeit. Man kann
die Schirmspannung auch so anwenden, wie dies in der Schaltung gemEß-Fig.2 gschehen
ist, und zwar zum Übertragen der hochimpedanten Antennenspannung über
ein
Koaxialkabel von der Antenne 3 zur Elektronikeinheit, die beispielsweise auf dem
Fahrstuhldach plaziert sein kann. Hierbei wird die Schirmspannung auf den Mantel
des Koaxialkabels und die Antennenspannung auf den Zentralleiter gegeben. Auf diese
Weise kann man vermöge der Schirmspannung eine gemeinsame Elektronikeinheit für
die Fühler beider Türhälften verwenden, und diese Elektronikeinheit kann an einem
mit Rücksicht auf Wartung und Installation günstigen Ort untergebracht werden.
-
In Fig.3 ist die genaue Bauweise der Antennen gezeigt. An der Tür
56 des Fahrstuhlkorbes ist eine Isolierplatte 57 befestigt, an welcher weiter die
Schirmspannung führende Platte 5 befestigt ist. Auf der anderen Seite dieser Platte
liegt die Isolierplatte 58, welche die eigentliche Antenne 3 trägt. Zuäußent am
Rande der Tür befindet sich eine Schutzhülle 59 aus isolierendem Material. Hierbei
arbeitet dann die Schirmantenne 5 als Schirmplatte für die Fühlerantenne gemäß dem
oben erwähnten.
-
In Fig.4 ist fernerhin die Arbeitsweise des phasenerkennenden Detektors
7 mittels schematischer Zeichnungen dargestellt. Die im oberen Teil der Figur wiedergegebenen
Spannungen U1, U2 und U3 vertreten verschiedene Gestalten der Ausgangsspannung v-on
Block 6 in Fig.1. Die Spannung U5 im unteren Teil'der Fig.4 gibt diejenige Spannung
wieder, die den Schalter 25 für die Analogspannung in Fig. 2 steuert. Der Schalter
der Analogspannung entnimmt der Ausgangsspannung des Verstärkers 6 Proben im Takt
der Steuerspannung
U5 und gibt diese Proben in den Kondensator
26. Auf diese Weise werden die Wechselspannungen U1, U2 und U3 gemäß Fig.4 in die
entsprechenden Gleichspannungen UT1, UT2 und UT3 umgewandelt, welche im Kondensator
26 liegen und die Ausgangsspannung des Blockes 7 vertreten. Die Notwendigkeit des
phasenerkennenden Detektors hat ihren Grund darin,daß man, wenn das phasengerechte
Meßsignal beim Erscheinen einer störenden Erdkapazität vom positiven Anfangswert
zu einem negativen Wert übergeht, von der den Absolutwert der Spannung liefernden
Detektorschaltung bei einer Störung geeigneter Größe das gleiche Meßsignalwie ohne
äußere Störung erhalten würde. Da der automatische Abstimmer das Meßsystem eingestellt
hat, die kapazitiven Störungen in bezug auf das ursprüngliche Meßsignal zu messen,
würde ohne phasenerkennenden Detektor eine solche Störung der Entdeckungentgehen.
-
Es ist dem Fachmann einleuchtend, daß sich die Erfindung nicht auf
das obenstehend dargestellte Beispiel beschränkt und daß sie vielmehr im Rahmen
der nachstehenden Patentansprüche variieren kann.