DE4007298A1 - Ueberwachungseinrichtung fuer einen sicherheitszaun - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Überwachungseinrichtung gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1.

Bei bekannten Zahnüberwachungssystemen besteht eine Überwachungszone aus zwei Ankerposten, zwischen denen horizontale Überwachungsspanndrähte befestigt sind. Bewegungen und Längenänderungen derselben werden über Führungselemente umgelenkt und von einem in der Zonenmitte angeordneten Sensorpfosten aufgenommen. In diesem ist für jeden Überwachungsspanndraht eine separate Sensoreinheit integriert, so daß eine nachgeschaltete Auswerteeinheit jeden einzelnen Sensor getrennt bewerten kann. Bewegungen an den Spanndrähten und somit an den Sensoren bewirken eine Veränderung des Datenverkehrs zwischendem Sensor und einer Auswerteeinheit, die die eingehenden Daten überwacht und beim Überschreiten bestimmter zeitlicher und wertmäßiger Kriterien Alarm auslöst.

Bei den bekannten Zahnüberwachungssystemen sind als Sensoren für die einzelnen Überwachungsspanndrähte elektromechanische Wandler in Form von elektrischen Schaltern oder Dehnungsmeßstreifen vorgesehen.

Schalter haben den Nachteil, daß sie bei langsamen Bewegungen sehr unempfindlich sind, während sie auf schnelle Bewegungen empfindlich reagieren. Außerdem arbeiten sie temperaturabhängig, und sie ermöglichen keine Ruhestromüberwachung.

Demgegenüber führen Dehnungsmeßstreifen nur zu sehr kleinen Widerstandsänderungen, und die analoge Übertragung sowie Auswertung ist äußerst fehleranfällig, beispielsweise infolge von Hochfrequenzstörungen.

Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Überwachungseinrichtung der im Oberbegriff von Anspruch 1 genannten Art so auszubilden, daß sie bei einfachem Aufbau eine zuverlässige, störungsfreie Sicherheitsüberwachung ermöglicht.

Zur Lösung der gestellten Aufgabe zeichnet sich eine Überwachungseinrichtung der im Oberbegriff von Anspruch 1 genannten Art erfindungsgemäß durch die im Kennzeichen dieses Anspruchs aufgeführten Merkmale aus. Der durch den Überwachungsspanndraht beeinflußte Schwingkreis ermöglicht eine problemlose Ruhezustandsüberwachung und eine störungsfreie digitale Signalübertragung sowie -auswertung. Da die Schwingfrequenz in einem definierten Bereich liegt, der unter Berücksichtigung der äußeren Randbedingungen günstig gewählt werden kann, lassen sich äußere Störeinflüsse einfach und sicher unterdrücken.

Außerdem lassen sich mit der Einrichtung wesentlich größere Signal-Rausch-Verhältnisse erzielen, die diejenigen bei Dehnungsmeßstreifen um das 10fache übersteigen. Insgesamt arbeitet die neue Überwachungseinrichtung wesentlich zuverlässiger und störungsfreier als bisherige Systeme.

Eine besonders bevorzugte Weiterbildung ergibt sich aus Anspruch 2, weil sich die Induktivität einer Schwingkreis-Spule sehr einfach, genau und reproduzierbar verändern läßt.

In diesem Zusammenhang sind die Weiterbildungen der Ansprüche 3-6 bevorzugt, weil nur ein der stationären Spule zugeordneter Körper oder Spulenkern, insbesondere aus Ferrit, beweglich anzuordnen und mit dem Überwachungsspanndraht mechanisch zu verbinden ist. Die Spule und die damit elektrisch verbundene Elektronik können somit bewegungsgeschützt und vor äußeren Umgebungseinflüssen sicher untergebracht werden.

Während die Verwendung von Ferrit zwar bevorzugt ist, können für den beweglichen Körper oder Spulenkern auch andere magnetisierbare Materialien eingesetzt werden, die zu einer Veränderung des Spulenmagnetfeldes geeignet sind.

Eine zweckmäßige Alternative ergibt sich aus Anspruch 7, wobei auch ein Kondensator definiert und reproduzierbar verändert werden kann, wenngleich dieses wegen des Dielektrikums etwas schwieriger als bei Spulen ist.

In diesem Zusammenhang haben sich die Weiterbildungen der Ansprüche 8-11 als zweckmäßig erwiesen, da sich hiermit eine einfache, kleine und für Sensoren zweckmäßige Bauform erzielen läßt.

Die Weiterbildung von Anspruch 12 stellt eine weitere Alternative dar, wenngleich hiermit gewisse Probleme verbunden sind, weil das Verändern eines ohmschen Widerstandes im allgemeinen auch mit einem mechanischen Verschleiß verbunden ist. Dennoch ist auch eine solche Version vorteilhaft, weil sie mit Hilfe des Schwingkreises ebenfalls eine digitale und somit störungsfreie Signalübertragung sowie -auswertung ermöglicht.

Die Weiterbildungen der Ansprüche 13-19 ermöglichen mit Hilfe des elastischen Gliedes eine reproduzierbare zuverlässige Ankopplung des beweglichen Abschnitts an den stationären Wandlerabschnitt. Dadurch ergibt sich eine definierte Grundposition des beweglichen Abschnitts, aus der dieser vom Überwachungsspanndraht abgelenkt werden kann. Somit ist auch ein definierter Grundschwingungszustand des Schwingkreises gewährleistet. Das beständige elastische Glied kann verschiedenartig aufgebaut sein und die zu verbindenden Teile schützen, beispielsweise vor Feuchtigkeitseinflüssen. Die Konsistenz des elastischen Gliedes kann so gewählt werden, daß auch sehr kleine und schnelle Veränderungen am Überwachungsspanndraht zu Signalveränderungen führen und somit eine große Überwachungsempfindlichkeit entsteht, die ihrerseits durch die elektronische Auswertung den gewünschten Bedürfnissen angepaßt werden kann, beispielsweise durch Einstellen einer geeigneten Alarmschwelle.

Gemäß der Weiterbildung von Anspruch 20 kann der Überwachungsspanndraht am Sensor bzw. Wandler in einfacher Weise angeklemmt werden. Dadurch ergeben sich einfache Montage- sowie Wartungsbedingungen.

Bei der Weiterbildung der Ansprüche 21 und 22 befindet sich die Elektronik im stationären, geschützten Bereich des Wandlers, was die Zuverlässigkeit begünstigt und die Signalübertragung zu anderen Stellen erleichtert.

Die Weiterbildungen der Ansprüche 23 und 24 begünstigen die Montage und die Stabilität des Wandlers.

Bei den bevorzugten Ausführungsformen gemäß den Ansprüchen 25-28 erfolgt eine digitale Auswertung der Schwingfrequenz, die ihrerseits vorzugsweise im Sprachbereich von etwa 90-500 Hz liegen sollte, damit eine problemlose Ausfilterung von Störgrößen möglich ist.

Als Schwingkreis eignen sich besonders integrierte Bausteine, deren wesentlich größere Schwingfrequenzen durch Frequenzteilung auf den erwünschten Bereich vermindert werden können.

Die erfindungsgemäße Einrichtung ermöglicht eine sehr sensible, zuverlässige und störungsfreie Überwachung. Die einzelnen Wandler sind nicht nur wie bisher gegenüber horizontalen, sondern auch gegenüber vertikalen Veränderungen am Überwachungsspanndraht empfindlich, was die Sicherheit weiter erhöht. Da Störeinflüsse, wie diejenigen von Starkstromnetzen und Hochfrequenzquellen, leicht ausgefiltert werden können, ergibt sich ein sehr zuverlässiges System, das auch kleinste Zaunbeeinflussungen erfassen kann, falls das erwünscht ist. Andererseits lassen sich problemfrei gewisse Signalschwellen oder andere Maßnahmen vorsehen, die eine ungewollte Signalgabe verhindern.

Die Erfindung wird nachfolgend an zeichnerisch dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 eine Überwachungseinrichtung nach der vorliegenden Erfindung in einer schematischen Gesamtansicht und

Fig. 2-5 mehrere Ausführungsformen eines elektromechanischen Wandlers für die erfindungsgemäße Einrichtung.

Gemäß Fig. 1 weist ein elektromechanischer Wandler 10 einen als Block dargestellten Schwingkreis 11 auf. Dieser kann beispielsweise als integrierter Baustein ausgebildet und mit einer Versorgungsgleichspannung U versorgt sein.

Im vorliegenden Fall weist der Schwingkreis 11 eine externe Spule 12 auf, die mit einem beweglichen Spulenkern 13, zum Beispiel aus Ferrit, magnetisch gekoppelt ist.

Der Spulenkern 13 ist über eine mechanische Verbindung 14 aneinen Überwachungsspanndraht 16 angeschlossen, wie z. B. angeklemmt.

Der Überwachungsspanndraht 16 ist Bestandteil eines Sicherheitszaunes, dessen übrige Teile fortgelassen sind. Mehrere horizontale Spanndrähte 16 sind zwischen nicht dargestellten Ankerpfosten eingespannt, und die Wandler 10 befinden sich an einem dazwischen angeordneten, ebenfalls nicht dargestellten Sensorpfosten. Jeder Sensor oder Wandler 10 ist mit einem Überwachungsspanndraht 16 so gekoppelt, daß die Schwingfrequenz des Schwingkreises 11 beeinflußbar ist.

In Fig. 1 ist dargestellt, daß alternativ, oder zusätzlich, zu der veränderbaren Spule 12 auch ein veränderbarer Kondensator 18 oder ohmscher Widerstand 20 des Schwingkreises 11 vorgesehen sein können.

Der Schwingkreis 11, oder eine hiermit verbundene Elektronik, erzeugen Ausgangsimpulse, die zu einer Auswerteeinheit 22 gelangen, welche ihrerseits zumindest in bestimmten Alarmsituationen für eine besondere Signalgabe sorgt. Die Impulsfolge-Frequenz liegt vorzugsweise im Sprachfrequenzbereich, damit ein einfaches Ausfiltern von niederfrequenten und höherfrequenten Störsignalen möglich ist. Im Ruhezustand erzeugt der Schwingkreis 11 ein definiertes digitales Signalmuster, das immer dann gestört, d. h. verändert wird, wenn sich am Überwachungsspanndraht 16 eine mechanische Veränderung ergibt, die zu einer Änderung der Induktivität der Spule 12 führt.

Die Ausführungsformen der Fig. 2 und 3 arbeiten induktiv, während diejenigen der Fig. 4 und 5 kapazitiv arbeiten. Hierbei sind einander entsprechende Teile mit gleichem Bezugszeichen belegt. Alle dargestellten Ausführungsvarianten weisen an einem beweglichen Abschnitt des Sensors oder Wandlers ein Klemmstück 26 mit einer Klemm-Mutter 28 zum Festklemmen des Überwachungsspanndrahtes 16 auf.

Außerdem besitzen die Wandler an der Stirnseite ihres stationären Abschnitts eine Montageplatte 30 zum Festlegen des Wandlers an irgendeinem Bauteil, wie an einem Sensorpfosten. Im stationären Abschnitt befindet sich ferner eine Platine 34 mit der zugehörigen Elektronik innerhalb einer schützenden Vergußmasse 36. Diese Platine ist in geeigneter, teils nicht dargestellter Weise, auf elektrischem Wege mit einer veränderbaren Spule oder einem veränderbaren Kondensator verbunden.

Gemäß Fig. 2 besitzt der Wandler 24 ein sich an die Montageplatte 30 anschließendes, gehäuseartiges Führungsrohr 32, das die Platine 34 mit der Vergußmasse 36 und einen stationären Halbschalenkern 38 mit einer nicht dargestellten Spule aufnimmt. Dem stationären Halbschalenkern 38 ist ein beweglicher Halbschalenkern 40 unmittelbar benachbart. Der Halbschalenkern 40 ist über ein bewegliches Verbindungsglied 42 mit dem Klemmstück 26 verbunden. Eine elastische Hülse 44 wie eine solche aus Gummi, umgibt das Führungsrohr 32 und das Verbindungsglied 42 derart, daß das letztere mit dem Halbschalenkern 40 gegenüber dem stationären Abschnitt des Wandlers beweglich, wie kippbar, ist. Mechanische Veränderungen am Überwachungsspanndraht 16 können sich somit auf eine Positionsänderung des Halbschalenkerns 40 auswirken, was wiederum zu einer Änderung der Induktivität der Spule und somit der Schwingfrequenz führt.

Die Ausführungsform aus Fig. 3 unterscheidet sich von derjenigen aus Fig. 2 im wesentlichen dadurch, daß ein mit der Montageplatte 30 verbundenes und die Platine 34 mit der Vergußmasse 36 aufnehmendes Gehäuse 48 des Wandlers 46 in einer stirnseitigen Aussparung eine stationäre Spule 50 trägt.

Dieser ist ein innerer beweglicher Spulenkern 52 zugeordnet, der über ein stiftartiges Verbindungsglied 42 mit dem Klemmstück 26 verbunden ist. Der Spulenkern 52 und das Verbindungsglied 42 sind über eine die Aussparung des Gehäuses 48 ausfüllende elastische Masse, wie eine solche aus Gummi, mit dem stationären Wandlerabschnitt verbunden.

Auch hierbei führt eine Bewegung oder Positionsänderung des Spulenkerns 52 zu einer Änderung der Induktivität der Spule 50.

Die Ausführungsform aus Fig. 4 unterscheidet sich von derjenigen aus Fig. 3 im wesentlichen dadurch, daß statt einer Spule und eines Spulenkerns bei diesem Wandler 56 eine ebene stationäre Kondensatorplatte 58 und eine dieser benachbarte, bewegliche ebene Kondensatorplatte 60 vorgesehen sind. Beide Platten sind elektrisch mit der Platine 34 verbunden.

Im vorliegenden Fall kann die elastische Masse 54 gleichzeitig auch das Dielektrikum für den Kondensator bilden. In jedem Fall führt eine Bewegung bzw. Positionsänderung der Kondensatorplatte 60 zu einer Änderung der Kapazität des Kondensators und somit zu einer Änderung der Schwingfrequenz.

Die Ausführungsform aus Fig. 5 unterscheidet sich von derjenigen aus Fig. 4 im wesentlichen dadurch, daß eine stationäre ringförmige Kondensatorplatte 64 und innerhalb derselben eine bewegliche Kondensatorplatte 66 vorgesehen sind, die ebenfalls ringförmig sein kann. Beide Kondensatorplatten sind elektrisch mit der Platine 34 verbunden. Auch hierbei führt eine Bewegung oder Positionsänderung der Kondensatorplatte 66 zu einer Kapazitäts- und somit Schwingfrequenzänderung.

Die dargestellten Wandler beinhalten zweckmäßige Ausführungsformen und können vielfältig abgewandelt werden.

Claims (28)

1. Überwachungseinrichtung für einen Sicherheitszaun, wobei jeder von vorzugsweise mehreren längs des Sicherheitszaunes verlaufenden, mit diesem verbundenen und mechanisch vorgespannten Überwachungsspanndrähten mit jeweils einem elektromechanischen Wandler der Einrichtung mechanisch zu verbinden ist, der die Positions- bzw. Bewegungszustände des zugehörigen Überwachungsspanndrahtes in eine elektrisch auswertbare Größe umwandelt und somit einer hierfür dienenden elektronischen Auswerteeinheit verbunden ist, die vorzugsweise bei Überschreitung einer bestimmten Alarmschwelle eine Alarmsignalgebung auslöst, dadurch gekennzeichnet, daß der elektromechanische Wandler (10; 24; 46; 56; 62) einen elektronischen Schwingkreis (10) veränderbarer Schwingfrequenz aufweist und daß zumindest eines seiner die Schwingfrequenz beeinflussenden Glieder (12; 18; 20) durch mechanische Beeinflussung elektrisch veränderbar ausgebildet ist sowie mit dem Überwachungsspanndraht (16) so gekoppelt ist, daß die Schwingfrequenz von dessen Positions- bzw. Bewegungszustand abhängt, und daß die elektronische Auswerteeinheit (22) diese Schwingfrequenz oder eine hiervon abgeleitete Größe auswertet.

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das die Schwingfrequenz beeinflussende Glied als eine elektromagnetische Spule (12) mit mechanisch veränderbarer Induktivität ausgebildet ist.

3. Einrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Spule (12) stationär ausgebildet ist und in ihrem Magnetfeldbereich einen mit dem Überwachungsspanndraht (16) mechanisch fest verbundenen sowie hiermit beweglichen Körper (13; 40; 52) aus magnetisierbarem Material aufweist.

4. Einrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß ein geteilter Spulenkern aus zwei einander benachbarten Halbschalenkernen (38, 40) besteht, von denen einer stationär angeordnet ist sowie die Spule aufnimmt und der andere beweglich angeordnet ist.

5. Einrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß ein beweglicher, wie stiftförmiger, Spulenkern (52) durch die Spule (50) greift.

6. Einrichtung nach einem der Ansprüche 3-5, gekennzeichnet durch eine Ausbildung des Körpers (13) oder Spulenkerns (40; 52) aus Ferrit.

7. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das die Schwingfrequenz beeinflussende Glied als ein Kondensator (18) mit mechanisch veränderbarer Kapazität ausgebildet ist.

8. Einrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Kondensator (18) eine stationäre Kondensatorplatte (58; 64) und eine die benachbarte, mit dem Überwachungsspanndraht (16) mechanisch fest verbundene sowie hiermit bewegliche Kondensatorplatte (60; 66) aufweist.

9. Einrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Kondensatorplatten (58, 60) als ebene Scheiben ausgebildet sind.

10. Einrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die stationäre Kondensatorplatte (64) als Metallring oder Metallkern und die bewegliche Kondensatorplatte (66) als innerer Metallkern oder äußerer Metallring ausgebildet sind.

11. Einrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Kondensatorplatten als konzentrische Metallringe ausgebildet sind.

12. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das die Schwingfrequenz beeinflussende Glied als ohmscher Widerstand (20) mit mechanisch veränderbarem Widerstandswert ausgebildet ist.

13. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1-12, dadurch gekennzeichnet, daß ein beweglicher Abschnitt (26, 40; 26, 52; 26, 60; 26, 66) des Wandlers (24, 46; 56; 62) mit einem stationären Abschnitt des Wandlers über ein elastisches Glied (44; 54) verbunden ist.

14. Einrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß das elastische Glied (44; 54) aus Gummi oder einer gummiartigen Masse besteht.

15. Einrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß das elastische Glied (44; 54) aus Neopren oder Silikon besteht.

14. Einrichtung nach Anspruch 14 oder 15, dadurch gekennzeichnet, daß das elastische Glied (44; 54) wasserdicht ausgebildet ist und die beweglichen sowie stationären Abschnitte des Wandlers wasserdicht verbindet.

17. Einrichtung nach einem der Ansprüche 13-16, dadurch gekennzeichnet, daß das elastische Glied (44; 54) ozonbeständig ausgebildet ist.

18. Einrichtung nach einem der Ansprüche 13-17, dadurch gekennzeichnet, daß das elastische Glied (44) hülsenförmig ausgebildet ist und die stationären sowie beweglichen Abschnitte (38, 40) des Wandlers (24) umgibt.

19. Einrichtung nach einem der Ansprüche 13-17, dadurch gekennzeichnet, daß das elastische Glied (54) radial zwischen den stationären und beweglichen Abschnitten des Wandlers (46; 56; 62) angeordnet ist.

20. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1-19, dadurch gekennzeichnet, daß ein beweglicher Abschnitt des Wandlers (24; 46; 56; 62) als Klemmstück (26, 28) für einen Überwachungsspanndraht (16) ausgebildet oder mit einem Klemmstück verbunden ist.

21. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1-20, dadurch gekennzeichnet, daß ein stationärer Abschnitt des Wandlers (24; 46; 56; 62) eine Platine (34) aufnimmt, deren Elektronik den Schwingkreis (10) aufweist und mit dem die Schwingfrequenz beeinflussenden Glied elektrisch verbunden ist.

22. Einrichtung nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, daß die Platine (34) innerhalb einer Vergußmasse (36) angeordnet ist.

23. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1-22, gekennzeichnet durch eine Montageplatte (30) an einer Stirnseite des Wandlers (24; 46; 56; 62).

24. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1-23, dadurch gekennzeichnet, daß ein stationärer Abschnitt des Wandlers als Gehäuse (32; 48) ausgebildet ist.

25. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1-24, dadurch gekennzeichnet, daß der Schwingkreis (10) oder eine hiermit verbundene Elektronik eine Impulsfolge erzeugt, deren Impulsabstand und/ oder Impulsdauer ein Maß für die Schwingfrequenz und damit für den Positions- bzw. Bewegungszustand des Überwachungsspanndraht (16) ist.

26. Einrichtung nach Anspruch 25, dadurch gekennzeichnet, daß die Impulsfolge-Frequenz im Bereich von etwa 90-500 Hz liegt.

27. Einrichtung nach Anspruch 26, dadurch gekennzeichnet, daß der Schwingkreis (10) als integrierter Baustein ausgebildet ist sowie im Megahertz-Bereich arbeitet und die Impulsfolgefrequenz durch Frequenzteilung entsteht.

28. Einrichtung nach einem der Ansprüche 25-27, dadurch gekennzeichnet, daß dem Schwingkreis (10) ein Bandpaß nachgeschaltet ist.