DE4334785C2 - Lichtschrankenanordnung für die Überwachung von Durchgängen, insbesondere Türen, wie z. B. Fahrstuhltüren, mit einer Vielzahl von Einzellichtschranken - Google Patents
Lichtschrankenanordnung für die Überwachung von Durchgängen, insbesondere Türen, wie z. B. Fahrstuhltüren, mit einer Vielzahl von EinzellichtschrankenInfo
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Description
Die Erfindung bezieht sich auf eine Lichtschrankenanordnung für die
Überwachung von Durchgängen, insbesondere Türen, wie z. B. Fahrstuhl
türen, bei der in Abständen voneinander mehrere, im wesentlichen in
einer Ebene liegende Lichtstrahlen, die jeweils Einzellichtschranken bil
den, den lichten Durchgang durchqueren und bei Unterbrechung nur ei
nes Lichtstrahls ein Signal abgegeben wird und für jeden Lichtstrahl
ein elektrooptischer Sender und ein optoelektrischer Empfänger vorge
sehen ist.
Lichtvorhänge, bestehend aus einer Vielzahl von im wesentlichen zuein
ander parallel verlaufenden Lichtschranken, oder aber auch Lichtgitter,
die aus einer gekreuzten Anordnung von zwei Lichtvorhängen bestehen,
werden nach dem Stand der Technik aus Einzellichtschranken aufgebaut.
Dabei sind die optoelektronischen und auch die elektronischen Bauele
mente jeder einzelnen Lichtschranke unmittelbar in Nähe des Ortes an
geordnet, wo das Licht der Lichtschranke erzeugt und wo es aufgenom
men (empfangen) wird. Dies führt zu einem erheblichen Aufwand und bei
besonderen Anforderungen an die Lichtschrankenanordnung, beispiels
weise bei Einsatz in explosionsgefährdeten Bereichen dazu, daß jede ein
zelne Lichtschranke in einem separaten, druckgekapselten Gehäuse ein
gegossen ist, was zu hohen Kosten, einem hohen Gewicht und einem ho
hen Herstellungsaufwand führt. Weiterhin haben die bekannten Anord
nungen den Nachteil, daß die Sender- und Empfängergehäuse jeder Ein
zellichtschranke relativ voluminös sind, dies führt zu Problemen, wenn
sie an Durchlässen montiert werden sollen, weil sie die lichte Weite des
Durchlasses entweder einschränken oder aber in die Wände des Durch
lasses eingearbeitet werden müssen, was aufwendig ist. Insbesondere
aber sind die Montagearbeiten beim Aufbau einer Lichtschrankenanord
nung aus vielen Einzellichtschranken erheblich und zeitaufwendig.
Aus der Offenlegungsschrift DE 30 39 563 A1 ist ein Lichtgitter zu Überwa
chungszwecken z. B. an Maschinen bekannt, dessen Lichtbündel nacheinan
der mittels von einer Steuereinrichtung beaufschlagten Lichtverteilereinheit
auf mehrere, sendeseitig je einen Lichtleiter enthaltende optische Kanäle
lenkbar ist. Nachteilig an der beschriebenen Vorrichtung ist ihr hoher Platz
bedarf. Weiterhin eignet sich diese Vorrichtung nur eingeschränkt zum Ein
satz in explosionsgefährdeten Umgebungen, da die verwendeten elektrischen
Bauteile nicht gekapselt sind. Schließlich ist sie aufgrund ihres Aufbaus
aufwendig in der Justage und daher kostenintensiv in der industriellen Fer
tigung.
Die Offenlegungsschrift DE 21 58 182 beschreibt eine lichtelektronische An
ordnung zum Personenschutz, die auf der Verwendung von Lichtleiterfasern
beruht. Sie ist nur eingeschränkt für einen Einsatz in explosionsgefährdeten
Bereichen geeignet, da eine Kapselung der elektrischen/elektronischen
Bauteile nicht vorgesehen ist. Aufgrund ihrer Konstruktion, die auf einer
Vielzahl bewegter optischer Komponenten beruht, ist die offenbarte Anord
nung nur mit erhöhtem Aufwand in Durchgängen, insbesondere Türen, zu
installieren. Weiterhin weist die offenbarte Anordnung Kostennachteile bei
der Produktion und Installation auf, da das System, welches einzeln zu
montierende Reflektoren benötigt, aufwendig vor Ort installiert und justiert
werden muss, so dass eine weitgehende Vorfertigung beim Hersteller nicht
möglich ist.
Schließlich ist in der Offenlegungsschrift DE 35 25 314 A1 eine Messeinrich
tung zur Erfassung von Messgrößen mittels optischer Sensoren gezeigt, die
durch Verwendung von Glasfasern eine Kapselung der elektrischen/elek
tronischen Komponenten ermöglicht und sich daher für einen Einsatz in ex
plosionsgefährdeten Bereichen eignet.
Hier setzt nun die Erfindung ein. Sie hat es sich zur Aufgabe gemacht,
die Lichtschrankenanordnung der eingangs genannten Art dahingehend
weiterzubilden, daß sie einerseits sehr schmal baut und bei weitgehen
der Vorfertigung beim Hersteller mit wenigen Maßnahmen an einem
Durchgang befestigt und ausgerichtet werden kann, und daß sie anderer
seits auch für Sondereinsätze, insbesondere in explosionsgefährdenden
Bereichen, günstiger als die vorbekannten Anordnungen ist.
Gelöst wird diese Aufgabe augehend von der Lichtschrankenanordnung
der eingangs genannten Art dadurch, daß die Sender und die Empfänger
in einem Gehäuse angeordnet sind, daß von jedem einzelnen Sender und
von jedem einzelnen Empfänger aus dem Gehäuse jeweils ein Lichtwellen
leiter entweder zu einer ersten oder zu einer zweiten Leiste führt, daß
die Leisten Auslässe für die Lichtstrahlen haben und gegenüberliegend
am Durchgang angeordnet sowie so ausgerichtet sind, daß jeweils einem
Auslaß einer Leiste ein Auslaß der anderen Leiste gegenüberliegt, daß
hinter den Auslässen Umlenkspiegel vorgesehen sind, und daß zwischen
jedem Umlenkspiegel und dem Ende eines zugehörigen Lichtwellenleiters
eine Sammellinse angeordnet ist.
Ein wesentliches Merkmal der Erfindung besteht darin, daß die optoelek
tronischen Bauelemente, also die Sender und Empfänger, in dem einen
Gehäuse zusammengefaßt sind. Dieses Gehäuse kann an beliebiger Stelle
angeordnet werden, ohne daß es den Durchgang selbst beeinträchtigt.
Vom Gehäuse führen von jedem einzelnen Sender und von jedem einzeln
en Empfänger je ein Lichtwellenleiter zu einer ersten und einer zweiten
Leiste. In diesen sind die korrespondierenden Auslässe vorgesehen, die
paarweise einander zugeordnet sind. Jedem Auslaß ist ein Ende eines
Lichtwellenleiters zugeordnet, und zwar bei jedem Paar einmal ein
Lichtwellenleiter eines Senders und einmal ein Lichtwellenleiter eines
Empfängers. Zwischen jedem Ende eines Lichtwellenleiters und dem Aus
laß der Leiste befinden sich eine Sammellinse und ein Umlenkspiegel.
Dadurch können die Lichtwellenleiter innerhalb der Leiste praktisch
geradlinig geführt werden, da die Umlenkung zu den zwischen den Lei
sten verlaufenden Lichtstrahlen durch die Spiegel erfolgt. Weiterhin
wird durch die Sammellinsen eine gute Bündelung der Lichtstrahlen und
eine Anpassung an die Austritts- und Eintrittskegel der Lichtwellenlei
ter erreicht. Die Leisten lassen sich industriell fertigen, die Fertigung
kann mit sehr hoher Präzision erfolgen, so daß nachträgliche Justie
rungsarbeiten an den Einzellichtschranken nicht notwendig sind, es
vielmehr ausreicht, die beiden Leisten einer Lichtschrankenanordnung
zueinander zu justieren. Die beiden Leisten einer Lichtschrankenanord
nung sind bevorzugt baugleich.
Als vorteilhaft hat es sich erwiesen, in Längsrichtung der Leisten ab
wechselnd eine Sender- und eine Empfängerfunktion vorzusehen. Dadurch
ist die Richtung der Lichtstrahlen der Lichtschrankenanordnung von
oben nach unten alternierend. Es ist aber auch möglich, in einer Leiste
nur Empfänger und in der anderen Leiste nur Sender vorzusehen.
Schließlich ist auch jede Mischform zwischen diesen beiden Lösungen
möglich.
Vorzugsweise wird sichtbares Licht, insbesondere Licht im roten Spek
tralbereich, verwendet. Einerseits gibt es für diesen Frequenzbereich
preisgünstige Lichtwellenleiter, nämlich monofile Lichtwellenleiter aus
Kunststoff, andererseits ist die Empfindlichkeit von Silizium-Fototransi
storen hoch, es gibt preisgünstige optische Bauelemente, also Spiegel
und Linsen und schließlich auch leistungsstarke lichtemittierende Dio
den (LED). Durch Verwenden sichtbaren Lichtes läßt sich der bauteilemä
ßige Aufwand und auch die Justierung vereinfachen, da keine Nachweis
mittel für nicht sichtbares Licht, wie beispielsweise für IR-Licht, benö
tigt werden.
Als besonders vorteilhaft hat es sich erwiesen, das nur eine Gehäuse, in
dem alle optoelektronischen Sender und Empfänger angeordnet sind, ex
plosionsgeschützt auszuführen und in diesem Gehäuse nur die elektroop
tischen Sender und Empfänger anzuordnen, vorzugsweise einzugießen.
Ihre Anschlußleitungen sind über eine Sammelleitung mit einem entfernt
untergebrachten Steuergerät zu verbunden. Dieses Steuergerät muß dann
nicht selbst explosionsgeschützt sein, vielmehr kann es an einem Ort
untergebracht werden, der nicht zum explosionsgefährdeten Bereich ge
hört. In diesem Sinne sieht die Erfindung in der soeben besprochenen,
speziellen Ausführung eine Dreiteilung vor, nämlich (erstens) zwei Lei
sten, die über Lichtwellenleiter mit dem (zweitens) einen (einzigen) Ge
häuse verbunden sind, in dem sich nur die optoelektronischen Bauteile
befinden und ein (drittens) Steuergerät, das an unkritischer (nicht ex
plosions- oder sonstwie gefährdeter) Stelle angeordnet ist und über eine
Vielfachleitung mit dem Gehäuse verbunden ist.
Der besondere Vorzug der Erfindung liegt darin, daß die Leisten, also
diejenigen Teile der Lichtschrankenanordnung, die am Durchgang selbst
in Erscheinung treten, mit relativ kleinem Querschnitt und damit stark
reduziertem Platzbedarf ausgebildet werden können. Es genügt beispiels
weise ein Querschnitt der Leisten von 20 × 40 mm.
Weitere Vorteile und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den übri
gen Ansprüchen sowie der nun folgenden Beschreibung eines nicht ein
schränkend zu verstehenden Ausführungsbeispiels, das unter Bezugnahme
auf die Zeichnung näher erläutert wird. In dieser zeigen:
Fig. 1 eine perspektivische Darstellung einer Aufzugskabine, deren Öff
nung durch eine Lichtschrankenanordnung nach der Erfindung
abgesichert ist und die sich in einem explosionsgefährdeten Be
reich befindet, oberhalb von ihr in einem nicht explosionsgefähr
deten Bereich ein zugehöriges Steuergerät,
Fig. 2 eine Seitenansicht eines Teilstücks einer Leiste,
Fig. 3 die zur Leiste gemäß Fig. 2 zugehörige zweite Leiste, jedoch um
90° in der Längsachse gedreht,
Fig. 4 eine Draufsicht auf einen Teilbereich einer geöffneten Leiste und
auf einen Deckel, in Form eines Montagebildes.
Fig. 1 zeigt eine Aufzugkabine 20 eines sonst nicht näher dargestellten,
da ansich bekannten Aufzugs, die Aufzugkabine 20 ist zur Frontseite hin
im Bereich eines Durchlasses (Durchgang) 22 offen. Bei normalem Halt
der Aufzugskabine 20 in einem Stockwerk befindet sich vor dem Durch
laß 22 eine Etagentür. Wie aus der Figur ersichtlich ist, ist der Durchlaß
22 durch ein Lichtgitter gesichert, das im gezeigten Ausführungsbeispiel
aus elf Einzellichtschranken mit zueinander im wesentlichen parallelen
Lichtstrahlen aufgebaut ist. Die Lichtstrahlen verlaufen abwechselnd
von links nach rechts bzw. von rechts nach links, sie haben einen Ab
stand von 250 mm in Vertikalrichtung voneinander, lediglich die unter
sten Lichtstrahlen sind enger übereinander angeordnet. Der Durchlaß hat
in Richtung der Lichtstrahlen eine Breite von ca. 2 m, das erfindungs
gemäße, im folgenden noch zu beschreibende Lichtgitter hat eine Reich
weite, die deutlich größer ist, beispielsweise sind bis zu 6 m erreichbar.
An beiden Seiten des Durchlasses 22 und über seine gesamte Höhenab
messung erstreckend sind links und rechts jeweils eine Leiste 24 bzw. 26
angeordnet, ihr Querschnitt beträgt 20 × 40 mm. Sie können in die den
Durchlaß 22 begrenzende Wand eingelassen sein, aufgrund ihrer geringen
Bautiefe, sie tragen nur 20 mm in Richtung der Lichtstrahlen auf, kön
nen sie aber auch auf die Innenwand, die den Durchlaß 22 begrenzt, auf
gebracht sein.
Die Leisten 24, 26 sind zueinander ausgerichtet, sie liegen in einer ver
tikalen Ebene. Sie sind über jeweils ein Lichtleiterbündel 28, 38 mit ein
em Gehäuse 40 verbunden, das an beliebiger Stelle außerhalb der Auf
zugkabine 20, beispielsweise auf ihrem Dach (wie in Fig. 1 dargestellt)
angeordnet ist. Die Lichtleiterbündel 28, 38 treten jeweils an einer Stirn
seite 30 in lie Leisten 24, 26 ein. Jedes Lichtleiterbündel 28, 38 hat elf
einzelne Lichtwellenleiter, auf die im folgenden noch eingegangen wird.
Im Gehäuse 40 sind die optoelektronischen Bauelemente angeordnet. Je
der einzelne Lichtwellenleiter ist an seinem im Gehäuse 40 befindlichen
Ende optisch entweder mit einer Lichtquelle, die hier als LED mit 660 nm
Emission ausgeführt ist, oder mit einem Fototransistor verbunden.
Insgesamt befinden sich im Gehäuse 40 damit elf LEDs und elf Fototran
sistoren. Ihre elektrischen Ausgänge sind über eine Sammelleitung 42 mit
einem Steuergerät 44 verbunden, das sich in einem separaten, außerhalb
des Aufzugschachtes vorgesehenen oder hermetisch von diesem getrenn
ten Raum befindet. Im Steuergerät 44 sind die Senderteile für die ein
zelnen LEDs, die empfängerseitige Elektronik und die eigentliche Aus
werteschaltung mit einer eventuell vorgesehenen Anzeigen bzw. Ausgän
gen für eine Fernanzeige untergebracht. Im Steuergerät 44 befindet sich
auch die Netzspannungsversorgung. Senderseitig wird jede einzelne LED
mit einer getakteten Spannung beaufschlagt, das Puls-Pausenverhältnis
liegt z. B. bei 1/100. Vorzugsweise hat jede einzelne LED eine etwas an
dere Taktfrequenz. Die jeweils zugeordneten Empfänger haben einen Emp
fangsverstärker, der nur während der Einschaltzeit der LEDs aktiv ist,
ansonsten ist er blockiert. Dadurch wird ein hoher Abstand gegen Stör
licht bzw. Fremdlicht erreicht.
Der Aufbau der Leisten 24, 26 ist aus den Fig. 2 bis 4 ersichtlich.
Die Fig. 2 und 3 zeigen eine geschlossene Leiste, die aufgebaut ist
aus einem U-Profil 46 und einem Deckel 48. Beide Teile sind aus Fig. 4
im demontierten Zustand ersichtlich. Der Deckel 48 schließt das U-Profil
46 frontseitig, also in Richtung der Lichtstrahlen, ab. Demgemäß sind im
Deckel 48 Auslässe 50 für den Ein- bzw. Austritt der Lichtstrahlen vor
gesehen. Die Auslässe sind durch geeignete transparente Mittel, bei
spielsweise Glaseinsätze 52, verschlossen. Jedem Auslaß 50 ist ein ein
zelner Lichtwellenleiter des zugehörigen Lichtleiterbündels 28 bzw. 38
zugeordnet.
In Fig. 4 sind zwei derartige Lichtwellenleiter 54, 56 eines Lichtleiter
bündels 28 dargestellt. Der Lichtwellenleiter 54 endet (ist abgeschnitten)
im Bereich einer Platine 58, er sicht dort in einen Joch 60 fixiert, sein
freies, abgeschnittenes Ende für den Ein- oder Austritt von Licht ist
erkennbar. Im Lichtweg vor diesem Ende 62 ist eine Sammellinse 64 an
geordnet, das Ende 62 befindet sich in ihrem Brennpunkt. Sie hat einen
Durchmesser von 16 mm und eine Brennweite von 25 mm. Unmittelbar im
Lichtweg vor ihr befindet sich ein Spiegel 66, der das Licht um 90° re
flektiert, somit in der Darstellung gemäß Fig. 4 aus der Papierebene
nach oben reflektiert. Im gezeigten Ausführungsbeispiel ist er als kreis
runder Oberflächenspiegel ausgeführt. Er kann jedoch auch als Umlenk
prisma oder in anderer Weise ausgeführt sein. Der Spiegel 66 ist über
zwei Schrauben so in zwei Achsen einstellbar, daß der Lichtstrahl des
einkommenden bzw. ausgehenden Lichtes senkrecht zu einer Basis 68 des
U-Profils 46 justiert werden kann. Die einzelnen Platinen 58 sind hinter
einander auf der Basis 68 angeordnet und mit dieser verschraubt oder
durch andere geeignete Mittel verbunden.
Wie an der in Fig. 4 rechten Platine 58 zu erkennen ist, bleibt im lich
ten Innenraum des U-Profils 46 und seitlich der optischen Bauelemente
und ihrer Fassungen genügend Platz für die einzelnen Lichtwellenleiter
54, 56, die am anderen, rechten Ende der in Fig. 4 gezeigten Anordnung
zu einem Bündel von elf Lichtleitern anwachsen und dort an der Stirn
seite 30 austreten. Die Lichtwellenleiter 54, 56 haben einen Durchmesser
von 1 mm, nehmen also wenig Platz weg. Sie sind monofil, aus Kunststoff
(z. B. Acryl) gefertigt und ummantelt. In Fig. 4 ist für die linke Platine
58 der Lichtweg 70 punktiert eingezeichnet.
Durch den Deckel 48 wird die Anordnung nach oben hin abgeschlossen,
in Fig. 4 ist der Deckel 48 ohne die Glaseinsätze 52 gezeigt.
Im praktischen Betrieb gelingt es einerseits nicht und ist es anderer
seits auch nicht erwünscht, daß die von einer Platine 58 ausgehenden
Lichtstrahlen exakt parallel verlaufen. Vielmehr ist eine gewisse Diver
genz mit sehr geringem Winkel erwünscht. Dadurch werden Fehljustierun
gen ausgeglichen. Die Divergenz darf jedoch nicht so groß sein, daß ein
Sender nicht nur den ihm zugehörigen Empfänger, sondern auch einen
weiteren Empfänger beleuchtet. Diese Gefahr wird dadurch verringert,
daß in den Leisten 24, 26 den einzelnen Platinen abwechselnd Sender bzw.
Empfänger des Gehäuses 40 zugeordnet sind. Die beiden Leisten 24, 26
sind grundsätzlich baugleich, sie unterscheiden sich nur in ihrer Funk
tion, also aufgrund der Zuordnung ihrer Lichtwellenleiter mit einem
Sender bzw. einem Empfänger im Gehäuse 40.
Claims (7)
1. Lichtschrankenanordnung für die Überwachung von Durchgängen (22),
insbesondere Türen, wie z. B. Fahrstuhltüren, bei der in Abständen von
einander mehrere, im wesentlichen in einer Ebene liegende Lichtstrah
len, die jeweils Einzellichtschranken bilden, den lichten Durchgang (22)
durchqueren und bei Unterbrechung nur eines Lichtstrahls ein Signal
abgegeben wird und für jeden Lichtstrahl ein elektrooptischer Sender
und ein optoelektrischer Empfänger vorgesehen ist, dadurch gekenn
zeichnet, daß die Sender und die Empfänger in einem Gehäuse (40) an
geordnet sind, daß von jedem einzelnen Sender und von jedem einzel
nen Empfänger aus dem Gehäuse (40) jeweils ein Lichtwellenleiter
(54, 56) entweder zu einer ersten oder zu einer zweiten Leiste (24, 26)
führt, daß die Leisten (24, 26) Auslässe (50) für die Lichtstrahlen haben
und gegenüberliegend am Durchgang (22) angeordnet sowie so ausge
richtet sind, daß jeweils einem Auslaß einer Leiste (z. B. 24) ein Auslaß
(50) der anderen Leiste (z. B. 26) gegenüberliegt, daß hinter den Ausläs
sen (50) Umlenkspiegel (66) angeordnet sind, daß zwischen jedem Um
lenkspiegel (66) und dem Ende (62) eines zugehörigen Lichtwellenleiters
(54, 56) eine Sammellinse (64) angeordnet ist, wobei ein und nur ein
Gehäuse (40) für die Aufnahme aller optoelektronischen Sender und
Empfänger vorgesehen ist und daß dieses Gehäuse (40) vorzugsweise
explosionsgeschützt ist und die elektrischen Anschlüsse der optoe
lektronischen Sender und Empfänger über eine Anschlußleitung (42)
mit einem Steuergerät (44) verbunden sind, in dem sich die elektrischen
Bauteile für die Ansteuerung der Sender und die Auswertung der Emp
fängersignale befinden.
2. Lichtschrankenanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß in jeder Leiste (24, 26) abwechselnd den Auslässen (50) Sender und
Empfänger zugeordnet sind oder daß in einer Leiste (24, 26) nur Sender
und in einer Leiste nur Empfänger vorgesehen sind.
3. Lichtschrankenanordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn
zeichnet, daß für die Lichtstrahlen sichtbares Licht, vorzugsweise
Licht im roten Spektralbereich verwendet wird.
4. Lichtschrankenanordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet,
daß die Lichtwellenleiter (54, 56) monofile Kunststoffäden mit Umman
telung sind.
5. Lichtschrankenanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch
gekennzeichnet, daß als Sender Leuchtdioden und als Empfänger Foto
transistoren eingesetzt sind.
6. Lichtschrankenanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch
gekennzeichnet, daß das elektrische, den Sendern zugeleitete Ansteue
rungssignal moduliert, z. B. gepulst, ist und daß in der Empfangselekt
ronik nur solches Licht ausgewertet wird, das die vom Sender aufge
prägte Modulation aufweist.
7. Lichtschrankenanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch
gekennzeichnet, daß ein Ende (62) des Lichtleiters (54) im Brennpunkt
oder zumindest sehr nahe des Brennpunktes der Linse (64) angeordnet
ist.
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