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Kennwort: "Ultraschallabtastung"
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Steuereinrichtung für eine selbsttätig bewegbare Drehflügeltür Die
Erfindung betrifft eine Steuereinrichtung für eine selbsttätig bewegbare Drehflügeltür
mit einer eine Sende- und Empfangseinrichtung umfassenden Sperrvorrichtung, die
bei Erfassen eines Hindernisses die Bewegung der Drehflügeltür sperrt.
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Derartige Steuervorrichtungen sind bekannt. Sie werden verwendet,
um bei Durchgang durch den Türbereich ein automatisches Öffnen und Schließen der
Tür zu gewährleisten. Die Sperrvorrichtung verhindert, daß beim Öffnungsvorgang
die Tür gegen Hindernisse oder Gegenstände stößt, die in der Bewegungsbahn der Tür
liegen, und zwar dadurch, daß der Bewegungsantrieb der Tür abgeschaltet wird. Derartige
Sperrvorrichtungen arbeiten mit einer fotoelektrischen Einrichtung zum Abtasten
der in der Bewegungsbahn liegenden Gegenstände. Es hat sich nun gezeigt, daß die
fotoelektrische Abtastung nicht ausreichend ist, um auch in allen Bedienungsfällen
eine Sperrung der Bewegung der Drehflügeltür zu erreichen, falls ein Hindernis auftaucht.
Darüber hinaus hat es sich gezeigt, daß, falls die fotoelektrische Ahtastung im
sichtbaren Bereich arbeitet, bei Auftreten von Rauch- oder Nebelschwaden die Bewegung
der Drehflügeltür hemmt, so daß, obwohl kein Hindernis in der Bewegungsbahn der
Tür liegt, ein automatisches Öffnen der Tür nicht möglich ist.
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Dies ist im höchsten Grade unerwünscht. Schließlich sind derartige
fotoelektrische Einrichtungen relativ störanfällig.
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Aufgabe der Erfindung ist es, eine Steuereinrichtung der eingangs
genannten Art so zu gestalten, daß sie überaus funktionssicher ist und selbst in
Extremfällen noch eine sichere Steuerung erlaubt. Darüber hinaus soll die Steuereinrichtung
wohlfeil herzustellen sein.
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Dies geschieht erfindungsgemäß dadurch, daß die Sende-und Empfangseinrichtung
der Sperrvorrichtung aus einer Ultraschall-Sende- und Empfangseinrichtung aufgebaut
ist. Durch die Ultraschall-Sende- und Empfangseinrichtung ist eine überaus leichte
Erfassung von Gegenständen in der Bewegungsbahn der Tür gegeben. Eine solche Einrichtung
ist kostengünstig herzustellen und ist überaus betriebssicher. Schließlich erlaubt
eine solche Sperrvorrichtung selbst bei ungünstigen Umgebungsbedingungen noch eine
sichere Überwachung der Tür.
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Bei einem besonderen Ausführungsbeispiel der Erfindung arbeitet die
Ultraschall-Sende- und Empfangseinrichtung im Impuls-Echo-Laufzeitverfahren. Hierdurch
können die Sende-und Empfangseinrichtungen unmittelbar nebeneinander angeordnet
werden, wodurch sich eine einfache Unterbringung der Einrichtung ergibt. Darüber
hinaus ist durch das Impuls-Echo-Laufzeitverfahren gewährleistet, daß nur dem Impuls
entsprechende reflektierte Strahlungen zur Auswertung in die Empfangseinrichtung
gelangen. Das Laufzeit verfahren bietet die Möglichkeit, einzustellen, wie weit
die Überwachungstiefe gegeben sein soll. Denn durch die Laufzeit des Impulses ist
nunmehr an der Empfangseinrichtung einstellbar, nach welcher Zeit des gesendeten
Impulses das.Impuls-Echo noch aufgenommen werden soll.
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Hierdurch wird gewährleistet, daß je nach Verwendungs-
zwecks
unterschiedliche Überwachungsbreiten für die Sperrvorrichtung gegeben sind. Durch
das Impuls-Echo-Laufzeitverfahren ist schließlich gewährleistet, daß lediglich für
eine ganz bestimmte Zeit nach gesendetem Impuls die Empfangseinrichtung eingeschaltet
ist, und zwar nur für eine ganz bestimmte Zeitdauer. Andere Impulse oder reflektierte
Ultraschallstrahlung gelangen nicht mehr auf die Empfangseinrichtung. Ein derartiges
Verfahren arbeitet überaus sicher.
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Günstigerweise sind Empfangs- und Sendeschallwandler der Ultraschall-Sende-
und Empfangseinrichtung im Bereich der Schwenkachse auf einer Seite der Tür angebracht.
Durch die Anbringung im Bereich der Schwenkachse wird gewährleistet, daß die Sende-
und Impulseinrichtung sich nach Bewegung der Drehflügeltür mitbewegt, so daß bei
Auftreten eines Hindernisses eine überaus sichere Sperrung der Drehflügeltürbewegung
möglich ist. Durch die Mitbewegung der Empfangs- und Sendeschallwandler wird außerdem
gewährleistet, daß nur ein schmaler sektorförmiger Winkelbereich zur Überwachung
dient, so daß eine genaue Überwachung der Türbewegung möglich ist. Falls die Drehflügeltür
von einer mittleren Ausgangslage nach beiden Seiten bewegbar ist oder aber wenn
auch bei Rückbewegung der Tür in ihre Ausgangsstellung mögliche Hindernisse erkannt
werden sollen, empfiehlt es sich, Empfangs- und Sendeschallwandlerpaare auf jeder
Seite der Tür anzubringen.
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Vorteilhafterweise sind mehrere Empfangs- und Sendeschallwandlerpaare
vertikal übereinander im Bereich der Schwenkachse der Drehflügeltür vorgesehen.
Durch diese Möglichkeit ist eine optimale Erfassung auch in der Höhe der Tür gegeben.
Es werden somit nicht nur Gegenstände, die als Hindernisse auf dem Boden liegen,
erkannt,
Vielmehr ist es nunmehr auch möglich, falls ein sperriger
Gegenstand in einem höheren Bereich in die Drehflügeltürbahn hineinragt, diesen
sicher zu erkennen. Günstigerweise sind die Schallwandler in unterschiedlichen Winkellagen
an die Tür anbringbar, um so je nach Verwendungszweck die günstigste Anbringungsart
zu erzielen. Insbesondere von Vorteil ist, wenn die Schallwandler in vertikaler
oder horizontaler Lage verstellbar sind, um somit auch nachträglich eine optimale
Überwachungsbreite und -tiefe schaffen zu können.
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Bei einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung senden die auf
einer Seite der Tür angeordneten Schallwandler der Schallwandlerpaare der Ultraschall-Sende-
und Empfangseinrichtung abwechselnd ihre Sendeimpulse aus.
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Hierdurch wird gewährleistet, daß lediglich die zu den Sendeschallwandlern
zugeordneten Empfänger jeweils nur eine Reflektion vom eigenen Sendeschallwandler
erfassen.
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Unter Verwendung der wechselnden Aus sendungen und des Laufzeitverfahrens
ergibt sich eine optimale Anpassung an die jeweiligen Betriebsbedingungen.
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Bei einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung ist der Abstrahl-
und Empfangsbereich der Schallwandler der Ultraschall-Sende- und Empfangseinrichtung
in Draufsicht auf die Tür sektorförmig ausgebildet. Durch diese Anordnung ist für
die Drehbewegung der Tür ein optimaler Überwachungsbereich für die'reflektierte
Strahlung gegeben.
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Günstig ist es hierbei noch, wenn nach einem einstellbaren Winkel
der Drehbewegung der Drehflügeltür die Ultraschall-Sende- und Empfangseinrichtung
abschaltbar ist. Hierdurch ist es auch möglich, durch Einstellen des Sektorwinkels
bei der Türöffnungsbewegung die Türbewegungsbahn vollständig abzustasten und noch
bevor die Tür in ihrer Endlage ist, die Sende- und Empfangseinrichtung abzuschalten.
So werden störende Einflüsse, beispiels-
weise von irgendwelchen
Gegenständen, die nicht in der Bewegungsbahn der Tür liegen, wohl aber im Abstrahlbereich
der Sende- und Empfangseinrichtung, nicht erfaßt. Bei einer solchen Anordnung ist
es auch möglich, daß der sektorförmige Abstrahl- und Empfangsbereich der Sende-
und Empfangseinrichtung nach einem einstellbaren Drehwinkel der Tür auf einen kleineren
Sektorwinkelbereich umschaltbar ist. Hierdurch ist eine sichere Überwachung gegeben,
da nahezu während des gesamten Bewegungsablaufes der Tür, die Sende- und Empfangseinrichtung
eingeschaltet ist.
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Bei einem besonderen Ausführungsbeispiel der Erfindung sind die auf
unterschiedlichen Seiten der Tür angeordneten Schallwandlerpaare jeweils auf der
Seite aktivierbar, nach der sich die Tür bewegt. Auf diese Weise wird bei einem
solchen Ausführungsbeispiel die Türbewegung dahingehend überwacht, daß jeweils nur
mögliche, in der Bewegungsbahn der Tür vorhandene Hindernisse erfaßt werden.
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Auf der Zeichnung ist die Erfindung in mehreren Ausführungsbeispielen
dargestellt, und zwar zeigen: Fig. 1 eine eingebaute Tür in verschiedenen bis Schließstellungen,
Fig. 4 Fig. 5 eine Seitenansicht der Tür, Fig. 6 ein weiteres Ausführungsbeispiel
der Tür als Doppeldrehflügeltür, Fig. 7 Schaltplan der erfindungsgemäßen Steuereinrichtung.
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Die in den Fig. 1 bis 4 dargestellte Tür ist als Drehflügeltür 10
ausgebildet. Sie ist um eine Achse 11 von einer Schließstellung (Fig. 1) in eine
Öffnungsstellung (Fig. 4) überführbar. Hierbei wird die Drehflügeltür über einen
Antrieb 12 bewegt. Dieser Antrieb 12 wird über eine nicht näher gekennzeichnete,
bekannte Steuereinrichtung in Betrieb gesetzt. Diese Steuereinrichtung erfaßt eine
Person, die auf die Tür zugeht, und öffnet die Tür selbsttätig. Um nun zu verhindern,
daß bei diesem Öffnungsvorgang der Tür in der Bewegungsbahn 13 der Tür befindliche
Personen oder Gegenstände durch das Öffnen beschädigt werden können, sind im Bereich
der Drehachse 11 der Drehflügeltür Schallwandlerpaare 14 einer Ultraschall-Sende-
und Empfangseinrichtung vorgesehen.
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Diese Schallwandlerpaare 14 sind beiderseits der Tür vorgesehen. Sie
umfassen einen Sendeschallwandler Swl bzw. Sw2 sowie einen Empfangsschallwandler
Ewl bzw. Ew2. Die Sende-und Empfangsschallwandler sind nun so aufgebaut, daß sie
mit Ultraschall im sogenannten Impuls-Echo-Laufzeitverfahren arbeiten. Zu diesem
Zweck wird von einem Sendeschallwandler in bestimmten Zeitabständen ein Impuls ausgesandt.
Befinden sich nun Gegenstände in der Ultraschallimpulsbahn, so werden diese reflektiert
und von dem Empfangswandler der Schallwandler wahrgenommen und zur Steuerung der
Sperrvorrichtung verwertet. Durch die Laufzeit des Sendeimpulses sowie des reflektierten
Impulses ist die Überwachungstiefe der Sperrvorrichtung vorgegeben.
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Dies geschieht dadurch, daß nach einer bestimmten Zeitdauer, die der
Laufzeit und somit der durchlaufenen Strecke des Impulses und des reflektierten
Impulses entspricht, die Empfangsvorrichtung sperrt und kein Impuls mehr aufgenommen
wird, und zwar so lange, bis ein neuer Impuls gesendet wird.
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Die Zeit, wie lange Empfangsschallwandler aufnehmen kann, ist einstellbar.
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Das Schallwandlerpaar Swl, Ewl; Sw2, Ew2 weist nun einen sektorförmigen
Überwachungsbereich 15 auf (in gestrichelten
Linien dargestellt).
Darüber hinaus können die Schallwandlerpaare so geschaltet werden, daß sie einen
weiteren Überwachungsbereich 16 mit einem geringeren Winkelbereich (in ausgezogener
Linie dargestellt) einnehmen können.
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Zum Bewegungsablauf sei nun auf folgendes hingewiesen. In Fig. 1 in
der Schließstellung der Tür überwacht die Sperrvorrichtung über das Schallwandlerpaar
14 einen bestimmten Abschnitt der Bewegungsbahn 13 der Tür 10. Solange sich ein
Gegenstand oder eine Person im Bereich dieses Überwachungsbereiches 15 befindet,
kann über den Türantrieb 12 der Tür 10 die Drehflügeltür nicht geöffnet werden.
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Im folgenden sei nun angenommen, daß keine reflektierten Impulse zur
Empfangseinrichtung gelangen und daß eine Person sich der Tür nähert. Die Steuereinrichtung
erhält dann den Öffnungsbefehl und setzt den Antrieb 12 zur Öffnung der Tür in Bewegung.
Durch das Öffnen der Drehflügeltür werden die Schallwandlerpaare 14 mitgeschwenkt,
ebenso der Überwachungsbereich 15. Sobald nun ein Gegenstand oder eine Person von
dem Überwachungsbereich erfaßt wird, wird über die Sperrvorrichtung der Antrieb
gesperrt und die Türbewegung hört auf. Sollte der Überwachungsbereich keine Person
oder Gegenstand erfassen, so geht die Türöffnung weiter. Nach einem bestimmten Winkel
der Türbewegung wird der Überwachungsbereich 15 abgeschaltet und die Schallwandlerpaare
14 überwachen nur noch den kleineren Überwachungsbereich 16 (Fig. 2).
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Bei der weiteren Türbewegung erfolgt dann schließlich ein vollständiges
Abschalten des Überwachungsbereiches 16 (Fig. 3). Die Tür wird dann bis zu ihrer
Öffnungsstellung (Fig. 4) über den Antrieb 12 bewegt werden.
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Nach einer bestimmten Zeitdauer bewegt der Antrieb 12 die Drehflügeltür
10 in ihre Schließstellung zurück. Hierbei wird über ein weiteres Schallwandlerpaar
14 die Rückbewegung der
Drehflügeltür überwacht. Sobald sich ein
Gegenstand oder eine Person im Überwachungsbereich befindet, stoppt selbsttätig
die Bewegung der Drehflügeltür.
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In Fig. 5 ist nun dargestellt, daß auf einer Seite der Drehflügeltür
zwei Schallwandlerpaare 14 vorgesehen sind. Diese Schallwandlerpaare sind, wie die
Fig. zeigt, unterschiedlich in ihrer Vertikalen zur Tür geneigt, so daß sich ein
unterschiedlicher Überwachungsbereich für jedes Schallwandlerpaar ergibt. Hierdurch
entsteht insgesamt aber ein Überwachungsbereich 15 bzw. 16,der 3/4 der Tür einnimmt,
so daß nahezu alle Gegenstände in der Bewegungsbahn der Tür erfaßt werden können.
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Bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 6 ist eine sogenannte Doppel-Drehflügeltür
vorhanden. Hierbei sind auf jeder Drehflügeltür im Bereich der Drehachse Schallwandlerpaare
14 vorgesehen. Die Steuerung jeder Drehflügeltür ist ähnlich wie bei der einflügeligen
Tür. Es wird zu diesem Zweck auf die dortige Beschreibung hingewiesen. Es sei hier
nur bemerkt, daß zum Unterschied lediglich auf einer Seite der Türen Schallwandlerpaare
vorgesehen sind. Beim Schließen der Türen erfolgt also keine Überwachung. Zu diesem
Zweck kann aber die Rückführung der Tür so vorgesehen sein, daß sie mit einer sehr
geringen Geschwindigkeit erfolgt, so daß etwaige Personen, die zufällig im Bereich
der Türbewegung sind, nicht verletzt werden können.
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Im folgenden sei nun an einer Prinzipskizze die Erfindung näher erläutert
(vergl. Fig. 7). Es soll davon ausgegangen werden, daß die erfindungsgemäße Sperrvorrichtung
zwei Schallwandlerpaare 14 umfaßt, die in der Skizze mit Ewl, Swl; Ew2, Sw2 bezeichnet
sind. Jedes Schallwandlerpaar besteht jeweils aus einem Sendeschallwandler Swl sowie
einem Empfangsschallwandler Ewl bzw. aus einem Sendeschallwandler Sw2 und einem
Empfangsschallwandler Ew2.
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Über den Sendeschallwandler Swl, Sw2 wird nun über einen Sender Sd',
Sd", der von einer Steuerlogik beeinflußt wird, ein bestimmter Sendeimpuls ausgesendet,
und zwar von einer genau vorher abgestimmten Zeitdauer. Dieser Sendeimpuls wird
im Empfangsschallwandler Ewl, Ew2, sofern eine Reflektion des Sendeimpulses vorliegt,
- also ein Gegenstand in dem Überwachungsbereich liegt -, empfangen, dort über einen
Verstärker V zu einem Schaltteil S weitergeleitet.
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Dieses Schaltteil S hat die Aufgabe, lediglich empfangene Impulse
mit bestimmter Größe weiterzulassen. Der Durchgang wird für kleinere Impulse gesperrt.
Von dem Schaltteil S gelangt der empfangene Impuls zu einer sogenannten Und-Schaltung
U. Diese Und-Schaltung zeigt am Ausgang lediglich dann ein Signal an, wenn an beiden
Eingängen ein Signal vorhanden ist. Wie nun aus der Schaltskizze zu erkennen ist,
ist der zweite Eingang mit der Steuerlogik L über ein einstellbares Zeitglied verbunden.
Über die Steuerlogik L sind die nacheinander gesendeten Impulse einstellbar. Über
das Zeitglied wird dann die Verzögerungszeit eingestellt, bis zu welchem Zeitpunkt
ein von dem Empfangssensor ermittelter Impuls weitergeleitet wird. Das Und-Glied
ist also nur dann für einen empfangenen Impuls durchlässig, wenn zu gleicher Zeit
über das Zeitglied an dem weiteren Eingang ein Signal liegt.
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Von dem Und-Glied wird gegebenenfalls der Empfangsimpuls über einen
sogenannten Flip-Flop F und einer Umkehrstufe N (NAND-Glied) zu einem Auswertglied
T weitergeleitet.
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In diesem Auswertglied T und einem weiteren nachgeschalteten Schaltglied
W erfolgt nun, je nachdem, ob Impulse aus dem Empfangswandler oder Signale aus der
Steuereinrichtung für den Antrieb der Drehflügeltür gegeben sind, der Antrieb für
die Drehflügeltür. Liegt ein Empfangssignal vor, so kann der Antrieb nicht eingeschaltet
werden; liegt kein Empfangssignal vor, so kann bei Eintreffen eines Steuersignales
aus der Steuereinrichtung der Antrieb die Tür in Bewegung setzen.
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Es sei hier bemerkt, daß in dem Auswertglied T eine Integration der
Empfangsimpulse erfolgt, die so ausgelegt ist, daß erst bei einer gewissen Anzahl
von hintereinander empfangenen Impulsen - in der bevorzugten Ausführung fünf empfangene
Impulse, was einer Zeitverzögerung von 0,25 sec entspricht - das Schaltglied W zur
Sperrung des Türantriebes aktiviert wird. Auf diese Weise wird die Störsicherheit
der Schaltung gegenüber zufälligen Schaltereignissen erhöht.
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Es sei hier noch erwähnt, daß die Steuerlogik über einen getakteten
Regelkennliniengenerator R den Vorverstärker V ansteuert, dessen Verhalten über
die Zeit von einem Zeitglied t abhängig ist. Dadurch wird die natürliche Dämpfung,
die das Ultraschallsignal während der Laufzeit erfährt, kompensiert, und zwar werden
die Amplitudenwerte der Empfangsimpulse der Laufzeit durch entsprechendes Regelverhalten
des Verstärkers unterschiedlich stark verstärkt, so daß durch diese Regelung im
Zusammenspiel mit dem Schaltglied S die gewünschte Form des Überwachungsbereiches
erzielt wird.
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Wie bereits erwähnt, sind die dargestellten Ausführungsformen nur
beispielsweise Verwirklichungen der Erfindung.
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Diese ist nicht darauf beschränkt. Vielmehr sind noch mancherlei Änderungen
möglich. So könnte statt der zwei gezeigten Schallwandlerpaare an einer Seite der
Tür auch lediglich ein Sensorenpaar oder bei entsprechender Größe der Tür auch mehr
als zwei Sensorenpaare vorhanden sein. Weiter kann der Antrieb für die Drehflügeltür
auch so gestaltet sein, daß die Drehflügeltür nach beiden Seiten öffnen kann. Weiter
sei noch hervorgehoben, daß die Sensorenpaare so an der Tür angeordnet sein können,
daß auch eine nachträgliche Verstellung der Sensorenpaare sowohl in vertikaler als
auch in horizontaler Richtung möglich
ist, um den Überwachungsbereich
verändern zu können.
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Statt der gezeigten Schallwandlerpaare können auch Einzelschallwandler
ander Tür angeordnet werden. Schließlich sei noch hervorgehoben, daß die einzelnen
Sendeschallwandler auch unterschiedliche Impulse aussenden können, die dann vom
jeweiligen Empfangsschallwandler entsprechend der Steuerlogik ausgewertet werden
können. Zum Abschluß sei erwähnt, daß die Sperrvorrichtung zur Überwachung des Bewegungsbereiches
der Tür nur dann eingeschaltet zu werden braucht, wenn in der Steuereinrichtung
für den Türantrieb ein Signal zum Türöffnen vorliegt.