DE2719955C2

DE2719955C2 - Feldsensor zum Erkennen von Personen oder Gegenständen, insbesondere vor Aufzug-Schiebetüren

Info

Publication number: DE2719955C2
Application number: DE2719955A
Authority: DE
Inventors: Hans 6090 Rüsselsheim Kraus
Original assignee: MAN Maschinenfabrik Augsburg Nuernberg AG
Current assignee: MAN AG
Priority date: 1977-05-04
Filing date: 1977-05-04
Publication date: 1982-12-02
Also published as: FR2389568A1; AT364796B; ATA281878A; NL7804832A; BE866412A; DK194378A; US4240528A; DE2719955A1; FR2389568B1

Description

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Die Erfindung bezieht sich auf einen Feldsensor zum Erkennen von Personen oder Gegenständen vor sich geradlinig bewegenden, motorisch angetriebenen Kanten. Im besonderen ist der Feldsensor nach der Erfindung zum Erkennen von Personen vor den Vorderkanten von Aufzug-Schiebetüren bestimmt.

Bei sich geradlinig bewegenden motorisch angetriebenen und automatisch gesteuerten Kanten, insbesondere an Schiebetüren von Aufzügen besteht die Gefahr, daß sich auch noch während des Schließens der Schiebetüre eine Person oder ein Transportwagen im Türrahmen befindet. Wenn auch für solche Fälle entsprechende Sicherungen eingebaut werden, die eine Verletzung der Person oder Beschädigung des Transportwagens ausschließen, so wird in solchen Fällen eine erhebliche Zeit benötigt, bis die Schiebetüre wieder in Offenstellung zurückgeführt wird und Jamit den eingeklemmten Gegenstand freigibt und bis sie schließlich geschlossen werden kann.

Auch heute üblicherweise eingebaute Fotozellen haben den Nachteil, daß beispielsweise eine bereits nahezu geschlossene Schiebetüre bei Erkennen eines Gegenstandes wieder voll öffnet und der Schließvorgang erst nach entsprechender Umschaltung erneut eingeleitet wird, wodurch ein erheblicher Zeitverlust entsteht, der bei stark beanspruchten Anlagen nicht tragbar ist. Weiter haben Fotozellen den Nachteil, daß sie einen Gegenstand nur erkennen, wenn er sich in gleicher Höhe mit ihnen befindet.

Es ist durch die DE-OS 15 48 169 bekanntgeworden, die Anwesenheit einer menschlichen Hand in einem gefährdeten Bereich einer Werkzeugmaschine elektrisch abzutasten, indem die Kapazitätsänderung, die bei Anwesenheit der Hand zwischen zwei Elektroden entsteht, ausgewertet und zur Überwachung herangezogen wird. Eine derartige Anordnung und insbesondere auch die in dieser Patentschrift offenbarte Schaltung ist nur zur Überwachung eines genau festgelegten Raumbereiches mit starren Elektroden und nicht für sich bewegende Kanten geeignet.

Weiter ist durch die US-PS 32 01 774 eine entsprechende elektrisch arbeitende Sensoreinrichtung bekanntgeworden, bei der ebenfalls eine Kapazitätsänderung einer einzigen Elektrode innerhalb eines Meßschwingkreises ausgewertet wird, wobei die Signalbildung durch die Änderung der Rückkopplungsimpedanz im Bereich eines kritischen Wcnes zur Aufrechterhaltung der Schwingungen eines Schwingkreises geändert wird. Auch diese Einrichtung ist nicht für sich bewegende Elektroden geeignet.

Auch der Feldsensor zum Erkennen von Personen oder Gegenständen an sich geradlinig bewegenden Kanten gemäß vorliegender Erfindung soll von dem Prinzip der Feldänderung ausgehen, wobei gegenüber der vorbekannten Anordnung die Vorderkante der Aufzugschiebetüre zwei mit einem Oszillator verbundene Antennenkondensatoren aufweist, wodurch die durch ein vor den Kanten befindliches Objekt bedingte, asymmetrische Kapazitätsänderung über eine Verstärker-und Schaltanordnung die Schließbewegung der Aufzugschiebetüren unterbricht. Eine derartige Anordnung soll gemäß der Erfindung so weitergebildet werden, daß auch bei der durch die Bewegung der Kanten auftretenden mechanischen Beanspruchung eine zuverlässige und schnelle Bildung eines Steuersignales ermöglicht wird und die im Interesse einer großen Betriebssicherheit eine kompakte Bauweise erlaubt. Dabei soll der Feldsensor auf berührungslose Art jegliche Gegenstände sicher erkennen und ein sofortiges Anhalten der sich bewegenden Kante oder Schiebetüre gewährleisten und ggf. eine geringfügige Rückbewegung auslösen, ohne daß jeweils die Endlage der Kante bzw. Schiebetüre angefahren werden muß.

Diese Aufgabe wird mit einem Feldsensor mit den Merkmalen des Oberbegriffes durch die Merkmale des

kennzeichnenden Teiles dieses Anspruches gelost.

Vorteilhafte Weiterbüuuiigen ergeben sich aus den Unteransprüchen,

Der Feldsensor nach der Erfindung arbeitet sicher und erkennt jeden vor der sich bewegenden Kante befindlichen Gegenstand rechtzeitig, wobei rJic Gi-Sße desselben keine Rolle spielt.

Zur Reduzierung von Störstrahiungen und insbescn dere ^r Verhinderung der Beeinflussung von beispielsweise Herzschrittmachern ist es vorteilhaft, den Oszillator mit derart geringer Energie zu betreiben, daß zur weiteren Verarbeitung der Schwingungen ein zusätzliche· Wis-irker erforderlich ist. Diesem Verstärker werden dann zwei gleiche Schaltungen nachgeschaltet, von denen die eine eine positive und die andere eine negative Gleichspannung erzeugt, welche dann einem weiteren Verstärker zugeführt werden.

Die beiden Schwingkreise bestehen aus je einem Kondensator und einer Induktivität. Sie sind auf die gleiche Frequenz abgestimmt und als Schaltkriterien dienen die Bedingungen Schwingen bei Nichtbeeinflussung oder symmetrischer Beeinflussung der Elektroden bzw. Nichtschwingen bei unsymmetrische.¹· Beeinflussung.

Ferner wird nach der Erfindung vorgeschlagen, daß zur Erhöhung der Schaltempfindlichkeit beide Schwingkreise mit geringfügiger Verstimmung betrieben werden, wobei als Schaltkriterien bei unsymmetrischer Beeinflussung einmal die Bedingung keine Schwingung oder die Bedingung überhöhte Amplitude benutzt wird.

Schließlich wird erfindungsgemäß noch vorgeschlagen, daß der Schaltpunkt bei Betätigung und der Schaltpunkt beim Wiedereinschalten als Ende der Öffnungsbewegung der Tür durch die geeignete Dimensionierung von Widerständen festgelegt werden kann.

Weitere Einzelheiten der Erfindung können aus der nachfolgenden Beschreibung eines in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispieles entnommen werden. Es zeigt

Fig. 1 eine einseitig schließende Schiebetür, in deren Rahmen sich gerade eine Person befindet,

F i g. 2 eine doppelseitige Schiebetür, zwischen deren Türflügel ein Transportwagen steht,

Fig.3 die Vorderkante eines Türflügels mit einem Teil der erfindungsgemäßen Einrichtung im Schnitt,

Fig.4 einen Schnitt IV-IV durch den vergrößerten Ausschnitt in Fig. 3,

F i g. 5 das physikalische Prinzip des erfindungsgemäßen Feldsensors,

F i g. 6 bis 8 die den Schaltvorgang auslösende Änderung der Feldlinien bei Annäherung der Vorderkante einer Schiebetür an verschiedene Gegenstände,

Fig.9 ein Schaltschema d«;r gesamten Anordnung nach der Erfindung,

Fig. IO bis 14 verschiedene Resonanzkurven, wie sie bei der Betätigung der Einrichtung auftreten können.

In Fig. 1 bewegt sich gerade eine nur schematisch angedeutete Person 1 durch den Rahmen 2 einer einseitig schließenden, zum Teil bereits geschlossenen Schiebetür 3. In dieser Situation spricht der Feldsensor bereits an.

Das gleiche gilt für den in Fig.2 dargestellten Fall, wo beide Türflügel der Schiebetür 3 durch den zwischen ihnen befindlichen Transportwagen 4 in ihrer Schließbewegung angehalten werden. Es wird als selbstverständlich angesehen, daß die Rahmen 2 und die Schiebetüren 3 aus Metall besteher, und den Vorschriften entiprechend geerdet sind.

Gemäß den F ί g, 3 inil 4 ist an der Vorderkante der

Schiebetür 3 ein Rahmen 5 vorgesehen, in dem zwei gleichlange, isolierte Elek'ro ■ η ö. 7 eingeim". ήηύ. Die Vorderkante der Schiebetür 3 seiu^t weiü eine ;ius !suiK-, material bestehende Abdeckung8 auf.

In F i g. 5 ist der geerdete Rahmen 2 angedeutet. In du! .ildu dargestellten Schiebetür befinden sich dk: Elektroden 6, 7. Die obere Elektrode 6 ist mit einem

ίο Schwingkreis, gebildet aus einem Kondensator 10 und einer Induktivität It verbunden, während die untere Elektrode 7 mit einem zweiten Schwingkreis, gebildet aus einem Kondensator 13 und einer induktivität i4 verbunden ist. Zwei Kondensatoren 12 und 15 sind Koppelkondensatoren und dienen lediglich der galvanischen Trennung. Schließlich bilden die Elektroden 6, 7 gegenüber dem Türrahmen 2 Kondensatoren, die mit 62 und 63 bezeichnet und nur strichliert angedeutet sind. Der Kondensator 62 ist dem Kondensator 10 und der

J₀ Kondensator 62 dem Kondensator 13 parallel geschaltet.

Die beiden beschriebenen Schwingkreise sind auf die gleiche Frequenz abgestimmt Durch dit bewegung der Schiebetür 3 ändert sich die Kapazität dei durch die Elektroden 6,7 gegenüber dem geerdeten Türrahmen 2 gebildeten Kondensatoren 62, 63 gleichmäßig. Damit ändert sich aber auch die Frequenz der beiden Schwingkreise entsprechend. Da diese Änderung in beiden Schwingkreisen jedoch symmetrisch verläuft,

j„ wird kein Schaltvorgang ausgelöst. Befindet sich hingegen eine Person 1, ein Transportwagen 4 o. ä. vor einer Elektrode 6 oder 7, so bedeutet dies eine veränderte Kapazität und damit eine veränderte frequenz für den zugehörigen Schwingkreis. Eine derartige unsymmetrische Veränderung der Schwingkreisfrequenzen hat ein Abreißen der Oszillatorschwingungen zur Folge und löst damit einen Schaltvorgang aus. Die einen Schaltvorgang auslösende Wirkung bei Annäherung der Vorderkante der Schiebetür 3 an eine Person oder einen Gegenstand beruht auf der mit der Änderung der Feldlinienlänge verbundenen Änderung der Kapazität des aus der Schiebetür 3 und aus den Elektroden 6,7 gebildeten Kondensatoren 62,63.

Fig.ö zeigt eine solche Anordnung ohne Beeinflussung, während Fig.7 eine Beeinflussung durch ein leitendes Material 60 und Fig.8 eine Beeinflussung durch ein Isoliermaterial 61 mit höherer Dielektrizitätskonstante als Luft bzw. deren isolierenden Abdeckung 8 (Fig.3 und 4) zeigt. Der Abstand zwischen der Vorderkante der Schiebetür 3 und der einen Schaltvorgang auslösenden Person 1 oder eines anderen Gegenstandes ist in einem Bereich durch die Rückkopplungswirkung der OszilU.-torschaltung einstellbar.
In F i g. 9 ist die gesamte Schaltanordnung aufgezeigt, durch die es möglich wird, zwischen symmetrischer und unsynmtbischer Feldänderung zwischen den Elektroden 6,7 und dem Rahmen 2 bzw. vor den Elektroden 6,7 und der Vorderkante dtr Schiebetür 3 zu unterscheiden. Die Elektrode 6 ist wieder mit dem Schwingkreis,

jo gebildet aus dem Kondensator 10 und der Induktivität 11, verbunden, während die Elektrode 7 mit dem aus dem Kondensator 13 und der Induktivität 14 gebildeten Schwingkreis in Verbindung steht. Sowohl in der Ausbildung der Elektroden 6, 7 als auch im Aufbau der

,-, Schwingkreise sind beide Systeme vollkommen gleichartig, lediglich zum Ausgleich von Fertigungstoleranzen ist der Kondensator 13 "instellbar ausgeführt. M^:i ihr.· wird die Frequenz des zweiten Schwingkreises auf die

—^Mn^M?

des ersten Schwingkreises abgestimmt. Zwischen die beiden Schwingkreise ist ein aus bekannten Elementen 16 bis 21 gebildeter Verstärker geschaltet. Die Widerstände 16, 17 und 18 dienen dabei der Arbeitspunkteinstellung, während der Kondensator 19 den Widerstand 18 für den Wechselstrom kurzschließt. Ein Rückkopplungswiderstand 22 dient zur Erhöhung des Eingangswiderstandes von Transistor 20 und macht gleichzeitig die Schaltung unempfindlicher gegenüber Exemplarstreuungen derselben. Ansonsten ist der Verstärker so dimensioniert, daß in ihm nur ein sehr geringer Strom fließt.

Der Abgriff der Induktivität Il ist über den Kondensator 12 mit dem Kollektor des Transistors 20 und der Abgriff der Induktivität 14 über den Kondensator 15 mit der Basis des Transistors 20 verbunden.

Die erläuterte Schaltung bildet zusammen mit der aus einem Kondensator 23. einem Widerstand 24 und einem Einsisüwidorstsnd 25 bcstchpnHrn ^a11^ fion unteren Abgriff der Induktivität 14 wirkenden ohmschen Rückkopplung einen Oszillator, der mit zwei völlig gleichen Schwingkreisen aufgebaut ist. Der Schaltpunkt der beschriebenen Einrichtung läßt sich abhängig von der Einstellung der Rückkopplung durch den Eirstellwiderstand 25 verändern.

Aus Gründen der Umweltbeeinflussung durch Störstrahlung, eine normale Antennenwirkung tritt bei der benutzten Frequenz und den Elektrodenabmessungen noch nicht auf, und um eine Beeinflussung von beispielsweise Herzschrittmachern zu vermeiden, arbeitet der Oszillator mit äußerst geringer Energie. Aus diesem Grund ist zur weiteren Signalverarbeitung der aus den Elementen 26 bis 32 gebildete Zwischenverstärker notwendig. Dem Zwischenverstärker 26 bis 32 sind zwei Gleichrichterschaltungen nachgeschaltet. Die eine Gleichrichterschaltung besteht aus den Elementen 33 bis 39 und dient zur Erzeugung einer positiven Gleichspannung, während die andere Gleichrichterschaltung durch die Elemente 40 bis 47 gebildet wird und zur Erzeugung einer negativen Gleichspannung dient.

Die bei schwingendem Oszillator am Kollektor des Transistors 29 vorhandene Wechselspannung wird durch die Schaltelemente 33 bis 39 gleichgerichtet und einem Verstärker 48 zugeführt. Dieser Verstärker 48 ist im vorliegenden Beispiel ein sogenannter OTA (Operational Transconductance Amputier), der als programmierbarer Schalter benutzt wird. Durch die Widerstände 49, 50 und 53 lassen sich der untere und der obere Schaltschwellenwert und damit die Schalthysterese : einstellen.

Der Wider^rtand 53 ist der Lastwiderstand des Verstärkers 48. während der Widerstand 51 zur Voreinstellung des Arbeitspunktes dient. Das Ausgangssignal Λ für die nachfolgende, nicht zum Umfang der 5 Erfindung gehörende Steuerung führt bei nicht betätigtem Feldsensor, d. h. bei schwingendem Oszillator ein O-(low) Alisgangssignal und bei betätigtem Feldsensor, d. h. bei nicht schwingendem Oszillator ein L-(high) Ausgangssignal. *

Funktionsweise

Eine Person 1 und ein Gegenstand 4 wird von der sich schließenden Schiebetür 3 im eingestellten Schaltab-. stand von den Elektroden 6 bzw. 7 erkannt. Die Oszillatorschwingung reißt ab. Der untere Schaltschwellenwert des Verstärkers 48 wird unterschritten und die Tiirsteuerung schaltet auf Öffnen um. Die Vorderkante der Schiebetür 3 mit den Elektroden 6 und 7 bewegt sich

> von der Person 1 bzw. von dem Gegenstand 4 weg. Der Oszillator beginnt wieder zu schwingen. Di·; Amplitude wächst mit größer werdender Entfernung bis der obere Schwellenwer! 'los Verstärkers 48 überschritten wird. Damit wird das Öffnen der Schiebetür 3 wieder abgeschaltet. Es ist /weckmäßig, mit einer hier nicht weiter erläuterten Zeitverzögerung die Schiebetür 3 in dieser Position kurzzeitig stehen zu lassen, worauf der Schließvorgang wieder beginnt.

Grundsätzlich sind zwei verschiedene Einstellmöglirhkoiten vorhanden:

1. Einstellmoglichkeit

Die beiden Schwingkreise sind auf die gleiche Frequenz abgestimmt. In Fig. 10 ist dies durch die

> beiden ausgezogenen Resonanzkurven 64, 65 dargestellt. Durch symmetrische Beeinflussung beim Schließen der Schiebetür werden für beide Schwingkreise durch das Größerwerden der Kapazität die Resonanzkurvn in die gestrichelten Lagen 64', 65' nach links

) verschoben.

Bei unsymmetrischer Betätigung, dies ist in F i g. 11 gezeigi, wandert bei einer Beeinflussung der unteren Elektrode 7 die Resonanzfrequenz 65 des zugehörigen Schwingkreises nach links und die Oszillatorschwingung reißt ab. Das Entsprechende geschieht, wenn der Einfluß auf die obere Elektrode 6 eifolgt (nicht dai gestellt).

2. Einstellmöglichkeit

Die beiden Schwingkreise sind wie in Fig. 12 gezeigt, etwas versetzt einzustellen, so daß eine Amplitude 66 mittlerer Größe am Kollektor des Transistors 29 erzeugt wird.

Falls die unsymmetrische Beeinflussung an der Elektrode 7 erfolgt, wandert die Resonanzfrequenz 65 des unteren Schwingkreises nach links und die Schwingung reiSt ab. Dies ist in F i g. 13 angedeutet.

Falls die unsymmetrische Beeinflussung an der Elektrode 6 erfolgt, wandert die Resonanzfrequenz 64 des zugehörigen Schwingkreises nach links und es wird am Kollektor von Transistor 29 eine hohe Amplitude 67 erzeugt. Dies ist in Fi g. 14 angedeutet.

Da anschließend an den aus den Schaltelem. nten 26 bis 32 gebildeten Verstärker sowohl eine positive wie auch eine negative Gleichspannung erzeugt wird, überschreitet die negative Gleichspannung die Z-Diodenspannung von 46 und schaltet den Verstärker 48.

Die zweite Einstellmöglichkeit bringt eine höhere Empfindlichkeit als die erste, sie ist aber auch schwieriger einzustellen.

Hierzu 4 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Feldsensor zum Erkennen von Personen oder Gegenständen vor sich geradlinig bewegenden, motorisch angetriebenen Kanten, insbesondere vor den Vorderkanten von Aufzug-Schiebetüren mit zwei mit einem Oszillator verbundenen Antennenkondensatoren, deren durch ein davor befindliches Objekt bedingte, asymmetrische Kapazitätsänderung über eine Verstärker- und Schaltanordnung die ι ο Schließbewegung der Aufzug-Schiebetüren unterbricht, gekennzeichnetdurch zwei getrennte, mit jeweils einem der beiden an derselben Kante in unterschiedlicher Höhe angeordneten Antennenkondensatoren (6, 7) verbundene, jeweils aus einer Kapazität (10, 13) und einer Induktivität (11, 14) bestehende Schwingkreise (10,11,13,14), von denen der eine (13, 14) zusammen mit einer Rückkopplungs- und einer wenigstens einen Transistor (20) umfassenden Verstärkereinrichtung (14', 23 und 16 bis 22) den eigentlichen Oszillator bildet, und der andere, gleiche oder nahezu gleiche Grundfrequenz aufweisende Vergleichsschwingkreis (10, 11) derart mit dem ersten gekoppelt ist, daß das Schwingverhalten des Oszillators durch eine asymmetrische Kapazitätsänderung der Antennenkondensatoren beeinflußt wird.

2. Feldsensor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Oszillatorschwingkreis (13, 14) einen Regelkondensator (13) umfaßt.

3. Feldsensor nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Rückkopplungseinrichtung (14', 25) ein Potentiometer f25) umfaßt

4. Feldsensor nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß dem Oszillator ein Zusatzverstärker (26 bis 32) nachgeschaltet ist.

5. Feldsensor nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß dem Zusatzverstärker Gleichrichterschaltungen (33 bis 39 und 40 bis 47) nachgeschaltet sind, von denen die eine eine positive und die zweite to eine negative Gleichspannung erzeugt, und daß diese Gleichspannung einem Operationsverstärker (48) zugeführt werden.

6. Feldsensor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltkriterien die Bedingungen ts ,keine Schwingung« und »erhöhte Amplitude« im Oszillator benutzt werden.

7. Feldsensor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Schaltkriterien die Bedingungen ,Schwingen« und »NichtSchwingen« des Oszillators benutzt werden.

8. Feldsensor nach Anspruch 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Schaltpunkt bei Betätigung und der Schaltpunkt beim Einschalten als Ende der Öffnungsbewegung der Kante (3, 5) durch die Dimensionierung von Widerständen (49, 50, 53) festlegbar ist.