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Die
vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Überwachung
wenigstens einer Endstellung wenigstens eines mobilen Elementes,
das durch ein elektrisches Betätigungsmittel
bewegt werden kann, und eine Vorrichtung zur Durchführung dieses
Verfahrens.
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Wenn
ein bewegliches Element automatisch durch ein elektrisches Betätigungsmittel
verschoben werden kann, ist es notwendig, Endschalter vorzusehen,
um die Endstellung des beweglichen Elementes zu signalisieren und
die Stromversorgung des Betätigungsmittels
zu unterbrechen. Diese Schalter können jedoch versagen, so dass
dann, wenn das bewegliche Element die Endstellung erreicht, die
entsprechende Information nicht zu dem elektrischen Betätigungsmittel übertragen
wird, welches das bewegliche Element folglich weiterhin antreibt,
was zu Beschädigungen
führen
kann, wenn die Masse des Elementes groß ist. Beispielsweise wird
bei bestimmten Kraftfahrzeugen mit versenkbarem Dach das Dach in
eine Kammer eingezogen, die sich auf Höhe des Heckkofferraums bei
geöffneter
Stellung der Heckklappe befindet. Wenn in diesem Fall die Endstellung
der Verschiebung der Heckklappe oder des Daches den Elektromotoren
nicht signalisiert wird, können
die beiden Elemente bei ihrer synchronisierten Bewegung gegeneinanderstoßen oder
ihre Bewegung fortsetzen, was Beschädigungen bei ihren jeweiligen
Gelenken oder anderen Bauteilen des Fahrzeugs hervorruft.
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Die
den Schaltern zugeordneten Detektionsschaltkreise können unterschiedliche
Störungen
erleiden, wobei die häufigsten
bestehen aus der Trennung eines Drahtes, was gleichbedeutend mit
einer Öffnung
des Stromkreises ist, einem zufälligen
elektrischen Kontakt zwischen der Masse und einem Draht, was gleichbedeutend
mit einem Kurzschluss zur Masse ist, und aus einem zufälligen Kontakt
zwischen einem Draht des Detektionsschaltkreises und einer elektrischen
Versorgungsleitung, was gleichbedeutend ist mit einem Kurzschluss
auf ein vorgegebenes Potential.
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Das
Dokument US-A-4 862 091 beschreibt eine Schaltkreisanordnung zur Überwachung
der Verbindungsleitungen einer in der Normalstellung offenen schaltbaren
Vorrichtung, wobei die Anordnung umfasst: einen ersten Widerstand
in Reihe mit der Vorrichtung; einen zweiten Widerstand parallel
zu dem ersten Widerstand und der Vorrichtung zur Bildung eines Parallelschaltkreises;
eine erste Verbindungsleitung, die den Parallelschaltkreis mit Erdpotential
verbindet; eine zweite Verbindungsleitung, die den Parallelschaltkreis
mittels eines zweiten Widerstandes und eines Spannungsdiskriminators;
einer in Reihe mit dem zweiten Widerstand geschalteten Zener-Diode,
welche in der Lage ist, den zweiten Widerstand abzutrennen; und
die Spannungsquelle, die eine erste Ausgangsspannung aufweist, die
größer ist
als die Durchbruchspannung der Zener-Diode, sowie eine zweite Ausgangsspannung,
die kleiner ist als die Durchbruchspannung der Zener-Diode, und Mittel
zur Auswahl der ersten oder der zweiten Ausgangsspannung.
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Das
Dokument US-A-5 436 789 beschreibt eine Vorrichtung zur Überwachung
der Änderung
eines Nutzsignals, insbesondere in selbstverifizierenden Steuersystemen.
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Eine
Aufgabe der Erfindung besteht daher in der Kontrolle des Funktionszustandes
eines Endschalters bevor die Verschiebung eines beweglichen Elementes
ausgelöst
wird, welches in der Endstellung gegen den Schalter in Anschlag
kommt. Dazu ist es notwendig, dass der Detektionsschaltkreis des Schalters
kein zufälligerweise
offener Schaltkreis ist oder sich nicht im Kurzschluss mit einem
unerwünschten
Potential befindet.
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Eine
Lösung
kann darin bestehen, einerseits den Schalter geschlossen zu halten,
während
das bewegliche Element nicht in seiner Endstellung im Anschlag gegen
letzteren ist, und den Schalter zu öffnen, wenn das bewegliche
Element in seiner Endstellung im Anschlag gegen letzteren ist, und
andererseits in dem Detektionsschaltkreis eine variable Spannung
zu erzeugen und die resultierende Spannung am Ausgang des Detektionsschaltkreises
zu detektieren. Wenn nämlich
der Schalter geschlossen ist und korrekt funktioniert müssen die
detektierten resultierenden Spannungsschwankungen im Wesentlichen
identisch mit den erzeugten Spannungsschwankungen sein, während, wenn
der Detektionsschaltkreis zufällig
offen ist oder sich im Kurzschluss mit einem unerwünschten
Potenzial befindet, die resultierende Spannung eine konstante Amplitude
aufweist.
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Es
ist wichtig, dass der Schalter geschlossen ist, wenn sich das bewegliche
Element nicht im Anschlag befindet, denn im gegenteiligen Fall wäre ist nicht
möglich,
zwischen der offenen Stellung des Schalters und einer zufälligen Unterbrechung
des Detektionsschaltkreises zu unterscheiden.
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Jedoch
gewährleistet
diese vorherige Kontrolle des Zustandes des Schalters vor der Verschiebung
des beweglichen Elementes nicht, dass keinerlei Störung während der
Verschiebung des beweglichen Elementes bis zu dessen Endposition
auftritt. Diese Gefahr ist umso größer, je länger die Bewegungsdauer des
Elementes ist. So ist es nicht mehr möglich, die Endstellung des
Elementes zu detektieren, wenn sich der Detektionsschaltkreis während der
Verschiebung des Elements zufällig öffnet, denn diese
Stellung entspricht ebenfalls einer Öffnung des Schaltkreises durch
den Schalter.
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Aufgabe
der vorliegenden Erfindung ist es daher, ein Verfahren zur Überwachung
des Betriebszustandes eines Endschalters bereitzustellen, sowohl
statisch vor der Bewegung des beweglichen Elementes, als auch dynamisch
während
der Bewegung des beweglichen Elementes bis in dessen Endstellung.
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Dazu
stellt die Erfindung ein Verfahren zur Überwachung wenigstens einer
Endstellung wenigstens eines mobilen Elementes, das durch ein elektrisches
Betätigungsmittel
bewegt werden kann, bereit, wobei das Verfahren die im Anspruch
1 definierten Merkmale umfasst.
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Andere
Merkmale des Verfahrens ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen 1 bis
5.
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Die
Erfindung betrifft außerdem
eine Vorrichtung zur Durchführung
des im Anspruch 1 definierten Verfahrens, wobei die Vorrichtung
die in Anspruch 6 definierten Merkmale aufweist.
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Weitere
Merkmale der Vorrichtung ergeben sich aus den abhängigen Ansprüche 7 bis
10.
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Zum
besseren Verständnis
des Gegenstandes der Erfindung werden im Folgenden an Hand rein illustrativer
und nicht einschränkender
Beispiele mehrere Ausführungsformen
beschrieben, die in der beigefügten
Zeichnung dargestellt sind.
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In
der Zeichnung zeigt:
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1 ein
vereinfachtes elektrisches Schema einer ersten Ausführungsform
der erfindungsgemäßen Vorrichtung,
wenn der Schalter im geschlossenen Zustand ist;
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2 eine
der 1 entsprechende Ansicht ist, aber mit dem Schalter
im offenen Zustand dargestellt;
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3 eine
schematische Teilansicht eines Kraftfahrzeugs mit versenkbarem Dach
ist, das mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung
versehen ist; und
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4 ein
vereinfachtes elektrisches Schema einer zweiten Ausführungsform
der erfindungsgemäßen Vorrichtung
ist.
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In 1 ist
ein Teil eines mit einem Anschlagschalter 1 verbundenen
Detektionsschaltkreises dargestellt. Der Detektionsschaltkreis weist
eine Eingangsleitung 2 auf, an die ein zerhacktes Spannungssignal 3 angelegt
wird, sowie eine Ausgangsleitung 4, zur Abgabe des resultierenden
Signals 5. Im Ruhezustand wird der Schalter 1 gegen
zwei Klemmen 2a, 4a der Leitungen 2 beziehungsweise 4 in
Anlage gebracht, um das Schließen
des Schaltkreises zu gewährleisten.
Eine, einen Widerstand 7 aufweisende Spannungsteilerbrücken 6 ist
parallel zum Schalter 1 geschaltet, wobei eine Klemme der Brücke 6 mit
der Leitung 2 stromaufwärts
von der Klemme 2a verbunden ist und eine andere Klemme der
Brücke 6 stromabwärts von
der Klemme 4a mit der Leitung 4 verbunden ist.
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Wie
man in 2 erkennt, entfernt sich der Schalter 1 von
den Klemmen 2a, 4a sobald er in Betrieb ist, das
heißt,
wenn ein Element gegen den Schalter 1 in Anschlag kommt,
was die Öffnung
des Schaltkreises zwischen diesen Klemmen bewirkt. Von da an fließt der elektrische
Strom über
die Teilerbrücke 6,
was am Ausgang ein zerhacktes Signal mit verringerter Amplitude 5a liefert.
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Obwohl
dies in den 1 und 2 nicht dargestellt
ist, werden die Signale 3, 5 und 5a durch eine
elektronische Verarbeitungseinheit empfangen, die einen Mikrokontroller
aufweist, der mit einem Analog/Digital-Wandler ausgerüstet ist,
um die Ausgangssignale 5, 5a zu analysieren und
mit dem Eingangssignal 3 zu vergleichen.
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Rein
beispielhaft kann das variable Spannungssignal Spitzen mit einer
Amplitude von etwa 12 Volt aufweisen, was der Versorgungsspannung
der Batterie eines Kraftfahrzeugs entspricht, mit Unterbrechungen
in der Größenordnung
von 10 ms. Die Kontrolle des Schalters 1 findet kurz vor
dem Einschalten des elektrischen Betätigungsmittels statt, welches
das bewegliche Element antreibt, und während der gesamten Dauer der
Verschiebung des beweglichen Elements, die in der Größenordnung
von 15 bis 20 s liegen kann. Der Wert des Widerstandes 7 der
Teilerbrücke 6 kann
in der Größenordnung
von 10 kΩ liegen.
Der Beginn der Kontrolle des Schalters kann durch ein Betätigungskommando
des Elektromotors ausgelöst
werden.
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Erfindungsgemäß wird ein Überwachungsschaltkreis
mit permanenter elektrischer Verbindung während des normalen Betriebs
des Schalters bereitgestellt, unabhängig davon, ob sich dieser
im geschlossenen oder offenen Zustand befindet, wobei die Änderung
des Zustands des Schalters durch eine Änderung der Amplitude des durch
den Detektionsschaltkreis gelieferten Signals detektiert wird.
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Wenn
also auf Grund einer zufälligen Öffnung oder
eines Kurzschlusses des Detektionsschaltkreises eine Störung auftreten
sollte, weist das Ausgangssignal eine konstante Amplitude mit einem vorgegebenen
Potential auf, das im Allgemeinen 0V oder 12V beträgt, wodurch
die Verarbeitungseinheit eine Störung
von dem geöffneten
oder geschlossenen Zustand des Schalters unterscheiden kann. Wenn
eine Störung
vor der Bewegung des beweglichen Elementes detektiert wird, wird
die Stromversorgung des Betätigungsmittels
verhindert, während, wenn
sie während
der Bewegung des Elementes auftritt, das Betätigungsmittel angehalten wird.
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In 3 ist
schematisch ein Teil eines Fahrzeugs V dargestellt, das eine Heckklappe
A eines Kofferraums aufweist, die mit ihrer hinteren Kante 10 an
der Fahrgestell des Fahrzeugs angelenkt ist, sowie ein versenkbares
Dach T aus 2 gelenkig verbundenen Bauteilen 11, 12,
wobei das Teil 11 der Oberseite der Fahrgastzelle und das
Teil 12 der Heckscheibe des Fahrzeugs entspricht, wobei
das Teil 12 mit seiner Hinterkante 12a drehbar
an dem Fahrgestell des Fahrzeugs montiert ist.
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Die
Heckklappe H kann durch ein (nicht dargestelltes) elektrisches Betätigungsmittel
zwischen einer geschlossenen Position (in 3 in durchgezogenen
Linen dargestellt), in der sie gegen einen Endschalter 13 in
Anschlag kommt, und einer (in 3 gestrichelt
dargestellten) nach hinten geschwenkten offenen Position bewegt
werden, in der sie mit einem zweiten Endschalter 14 zusammenwirkt.
Entsprechend kann das versenkbare Dach T durch ein anderes (nicht
dargestelltes) elektrisches Betätigungsmittel
zwischen einer (in 3 mit durchgezogenen Linien
dargestellten) geschlossenen Position, in der sein oberes Teil 11 gegen
einen Endschalter 15 in Anschlag kommt, und einer (nicht
dargestellten) offenen Position, in der sein Teil 12 gegen
einen zweiten, im Kofferraum des Fahrzeugs angeordneten Endschalter 16 in
Anschlag kommt, bewegt werden.
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Unter
Berücksichtigung
der großen
Masse des versenkbaren Daches T und der Heckklappe H, sowie der
Synchronisation der Bewegung der beiden Elemente, muss sichergestellt
werden, dass die Schalter 13 bis 16 vor und während der
Bewegung dieser Elemente gut funktionieren. Zu diesem Zweck wird
das Anhalten jedes elektrischen Betätigungsmittels durch den Anschlag
des beweglichen Elementes an seinem Endschalter ausgelöst.
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In 4 ist
ein detaillierteres elektrisches Schema zur Überwachung eines Detektionsschaltkreises
mit zwei Schaltern dargestellt. Es versteht sich, dass dieses Prinzip
für eine
beliebige Anzahl von Schaltern verallgemeinert werden kann.
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In 4 weist
der Detektionsschaltkreis zwei parallele Eingangsleitungen 2, 102 auf,
wobei in jeder ein Reihenwiderstand 8, 108 eingebaut
ist. Die Klemme 2a, 102a jeder Leitung 2, 102 kann
mit der Klemme 4a, 104a einer Ausgangsleitung 4 beziehungsweise 104 über einen
Schalter 1, 101 verbunden werden. Jede Ausgangsleitung 4, 104 ist
mittels eines Polarisationswiderstandes 9 beziehungsweise 109 parallel
zur Masse M (beispielsweise der Karosserie des Fahrzeugs) geschaltet.
Alle Ausgangsleitungen 4, 104 sind mit derselben
Verarbeitungseinheit 20 verbunden, die im Allgemeinen aus
einem, mit einem Analog/Digital-Wandler ausgestatteten Mikrokontroller
besteht. Eine Teilerbrücke 6, 106,
die einen Widerstand 7, 107 aufweist, ist parallel
zu jedem Schalter 1, 101 angeordnet, um eine Abweichung zwischen
der Eingangsleitung 2, 102 und der Ausgangsleitung 4, 104 zu
erzeugen, wenn sich der zugehörige
Schalter im offenen Zustand befindet.
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Alle
Eingangsleitungen 2, 102 sind mit einem einzigen
Gleichstromgenerator 21 verbunden, der durch einen Transistor 22 gesteuert
wird, um ein Signal mit variabler Spannung zu liefern. Die Erzeugung eines
solchen Signals ist an sich bekannt und wird nicht detaillierter
beschrieben.
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Die
Einheit 20 dient zum Empfang des erzeugten Signals 3 und
der von den Leitungen 4, 104 stammenden Ausgangssignale,
um diese nach der Digitalisierung zu vergleichen.
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In
dem relativ seltenen Fall, wo ein Kurzschluss zwischen zwei Leitungen
des Detektionsschaltkreises, beispielsweise, wie durch die gestrichelte
Linie 23 angedeutet, zwischen den Leitungen 4, 104,
auftritt, empfängt
die Einheit 20 im Gegensatz zu anderen Störungstypen
weiterhin ein Signal mit variabler Spannung. Es ist daher notwendig,
die Amplitude des Ausgangssignals dahingehend unterscheiden zu können, ob
ein Kurzschluss zwischen den Leitungen verschiedener Schalter aufgetreten
ist oder nicht. Durch Einfügen
der Widerstände 8, 108 kann
eine solche Unterscheidung getroffen werden. Wenn man einen 8 Bit-Analog-Digital-Wandler verwendet,
ist es möglich,
die Amplitude eines Signals mit einer Genauigkeit in der Größenordnung
von 1/256 zu unterscheiden.
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Ohne
die Widerstände 8, 108 wäre, wie
im Folgenden beschrieben wird, die Einheit 20 nicht in der
Lage, die Zustandsänderung
der Schalter in bestimmten Spezialfällen zu unterscheiden. Wir
unterstellen dabei zunächst,
dass alle Widerstände 7, 107 und 9, 109 identisch
sind.
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Wenn
der Schalter 1 ohne Kurzschluss 23 offen ist,
hat das Ausgangssignal eine auf die Hälfte verringerte Amplitude.
Wenn der Schalter 1 geschlossen ist, hat das Ausgangssignal
die gleiche Amplitude wie das Eingangssignal.
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Wenn
der Schalter 101 mit Kurzschluss 23 offen bleibt,
ist die Amplitude des von dem Schalter 1 stammenden Signals
auf die Hälfte
reduziert, wenn der Schalter 1 ebenfalls offen ist und
entspricht derjenigen des Eingangssignals, wenn der Schalter 1 geschlossen
ist. Man stellt fest, dass in diesem Fall die von der Einheit 20 empfangene
Information bei Vorliegen eines Kurzschlusses 23 unverändert ist. Anders
gesagt wird die Funktionsweise der Vorrichtung durch das Vorliegen
eines solchen Kurzschlusses nicht beeinflusst.
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Umgekehrt
bleibt bei Vorliegen des Kurzschlusses 23 dann, wenn der
Schalter 101 geschlossen bleibt, die Amplitude des von
dem Schalter 1 stammenden Ausgangssignals identisch mit
derjenigen des Eingangssignals, wenn der Schalter 1 sich entweder
im offenen oder geschlossenen Zustand befindet. Anders gesagt ist
die Einheit 20 nicht in der Lage, die Zustandsänderung
des Schalters 1 zu erkennen.
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Wie
im Folgenden erläutert
wird, ermöglich es
die Verwendung der Widerstände 8, 108 diesen Mangel
zu vermeiden.
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Beispielhaft
können
die Widerstände 8, 108 den
gleichen Wert wie die anderen Widerstände des Schaltkreises haben.
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In
diesem Fall, bei Fehlen des Kurzschlusses 23, ist die Amplitude
des Ausgangssignals auf 1/3 reduziert, wenn der Schalter 1 offen
ist und auf die Hälfte
reduziert, wenn der Schalter 1 geschlossen ist.
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Im
Fall des Kurzschlusses 23 ist, wenn der Schalter 101 offen
bleibt, die Amplitude des von dem Schalter 1 stammenden
Ausgangssignals auf 1/3 reduziert, wenn der Schalter 1 offen
ist und auf 3/7 reduziert, wenn der Schalter 1 geschlossen
ist. Dies bedeutet, dass wenn der Schalter 101 offen ist,
die Einheit 20 die korrekte Information über den
Zustand des Schalters 1 erhält, so dass die Vorrichtung
bei dieser Möglichkeit
korrekt funktioniert. Wenn andererseits der Schalter 101 offen
und der Schalter 1 geschlossen ist, erhält die Einheit 20 eine
Störungsinformation,
denn die Amplitude des Ausgangssignals (3/7) unterscheidet sich
von den beiden bei normaler Funktionsweise möglichen Amplitudenwerten (1/2 oder
1/3).
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In
entsprechender Weise ist die Amplitude des von dem Schalter 1 stammenden
Ausgangssignals bei Auftreten des Kurzschlusses 23 dann,
wenn der Schalter 101 geschlossen bleibt, auf die Hälfte reduziert,
wenn der Schalter 1 geschlossen ist und auf 3/7, wenn der
Schalter 1 offen ist. Anders gesagt erhält die Einheit 20 die
korrekte Information bezüglich des
geschlossenen Zustandes des Schalters 1, wenn die beiden
Schalter 1 und 101 geschlossen sind. Wenn andererseits
der Schalter 1 offen bleibt und der Schalter 101 geschlossen
ist, ist die Einheit 20 in der Lage, den Unterschied der
3/7 hohen Amplitude gegenüber
den beiden möglichen
Amplitudenwerten bei normaler Funktion zu unterscheiden.
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Folglich
kann die Vorrichtung auf Grund der Widerstände 8, 108 im
Fall eines Kurzschlusses 23 entweder normal funktionieren
oder eine Störung
anzeigen. In keinem Fall kann die Einheit 20 über den Zustand
der Schalter getäuscht
werden.
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Allgemeiner
gesagt kann die Aussendung eines Überwachungssignals ausgelöst werden
durch ein Steuersignal zum Einschalten des elektrischen Betätigungsmittels,
welches zum Antrieb des beweglichen Elementes dient. Die tatsächliche
Aktivierung des elektrischen Betätigungsmittels
findet jedoch erst nach vorheriger Kontrolle des Zustandes aller
Schalter durch die erfindungsgemäße Vorrichtung
statt. Die Kontrolle des Zustandes der Schalter findet auch während der
Verschiebung des beweglichen Elementes statt. In dem Fall, wo eine
Störung
durch die Vorrichtung detektiert wird, kann die Vorrichtung das Anhalten
aller elektrischen Betätigungsmittel
oder einiger unter diesen auslösen
und/oder dem Benutzer eine Störung
anzeigen, beispielsweise in Form eines Licht- oder Schallsignals.
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Obwohl
die Erfindung im Zusammenhang mit mehreren speziellen Ausführungsformen
beschrieben wurde, versteht es sich, dass sie keineswegs auf diese
beschränkt
ist und alle technischen Äquivalente
der beschriebenen Mittel sowie deren Kombinationen umfasst, soweit
diese zum Gesamtrahmen der Erfindung gehören, wie er durch die folgenden
Ansprüche
definiert ist.