WO2003093048A1 - Totmannvorrichtung - Google Patents

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WO2003093048A1
WO2003093048A1 PCT/EP2003/004463 EP0304463W WO03093048A1 WO 2003093048 A1 WO2003093048 A1 WO 2003093048A1 EP 0304463 W EP0304463 W EP 0304463W WO 03093048 A1 WO03093048 A1 WO 03093048A1
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WO
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handle
dead man
capacitive sensor
conductive material
millimeters
Prior art date
Application number
PCT/EP2003/004463
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Stefan Ambos
Gunther Kufner
Original Assignee
Gustav Magenwirth Gmbh & Co.
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Gustav Magenwirth Gmbh & Co. filed Critical Gustav Magenwirth Gmbh & Co.
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Publication of WO2003093048A1 publication Critical patent/WO2003093048A1/de

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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B62—LAND VEHICLES FOR TRAVELLING OTHERWISE THAN ON RAILS
    • B62D—MOTOR VEHICLES; TRAILERS
    • B62D51/00—Motor vehicles characterised by the driver not being seated
    • B62D51/001—Motor vehicles characterised by the driver not being seated characterised by the vehicle control device
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B25—HAND TOOLS; PORTABLE POWER-DRIVEN TOOLS; MANIPULATORS
    • B25F—COMBINATION OR MULTI-PURPOSE TOOLS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; DETAILS OR COMPONENTS OF PORTABLE POWER-DRIVEN TOOLS NOT PARTICULARLY RELATED TO THE OPERATIONS PERFORMED AND NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B25F5/00—Details or components of portable power-driven tools not particularly related to the operations performed and not otherwise provided for
    • B25F5/02—Construction of casings, bodies or handles
    • H—ELECTRICITY
    • H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03K—PULSE TECHNIQUE
    • H03K17/00—Electronic switching or gating, i.e. not by contact-making and –breaking
    • H03K17/94—Electronic switching or gating, i.e. not by contact-making and –breaking characterised by the way in which the control signals are generated
    • H03K17/96—Touch switches
    • H03K2017/9602—Touch switches characterised by the type or shape of the sensing electrodes

Definitions

  • the present invention relates to a dead man device according to the preamble of claim 1 or a capacitive sensor according to the preamble of claim 26.
  • Dead man's devices are usually used to determine the touch of a handle, handle segment, operating lever or other hand-contacted device by the user of this device.
  • Areas of application for the dead man device according to the invention are, for example, pedestrian-controlled and / or hand-held machines, steering and steering wheels of vehicles or operating levers for controlling hydraulic units.
  • handle used in this application is intended to encompass any device on which a proof of the presence of the hand of an operator can have a meaning for operational safety. For example, these are handles, steering or steering wheels or controls for the above-mentioned devices.
  • a capacitive sensor according to the preamble of claim 1 is disclosed in EP 0 701 917 AI and DE 44 32 936 AI.
  • the capacitive sensor disclosed therein comprises a handle in which a copper foil is embedded between two plastic foils. If the handle is placed on a steel handle of a machine steering rod, a certain basic capacitance C 0 results between the copper foil and the inner plastic layer, which corresponds to a first capacitor and is constant. Furthermore, the copper foil with the outer plastic layer forms a second capacitor at the operator's hand with a variable capacitance C var . When a person touches the handle, capacitance changes of the order of 10 to 20 pF occur. In order to achieve the greatest possible change in the signal, EP 0 701 917 A1 proposes to optimally adapt the material and the thickness of the dielectric layers of the capacitive sensor.
  • DE 198 43 666 AI discloses a dead man's circuit with a sensor element that changes its output size due to the pressure generated in a defined grip area, which corresponds to the capacitance of the sensor element.
  • the sensor element is designed as a pressure measuring strip, which completely covers the area in which the sensor element is arranged.
  • This known dead man circuit has the disadvantage that the signal of the sensor element depends on the pressure exerted on the sensor element and not on the extent of the wrapping. It can therefore not be differentiated whether the sensor element is only touched by the operator or is fully embraced or enclosed.
  • the prior art has the disadvantage that the adaptation of the dielectric layers is relatively complex.
  • the disclosed capacitive sensor it cannot be distinguished whether the handle is only touched by the operator or is fully encompassed or enclosed. In certain applications, such as chainsaws, for example, it may be necessary for the handle to be completely enclosed by the operating personnel, in order to ensure maximum guiding safety of the machine or device.
  • the invention is therefore based on the object of specifying a dead man's device which can be easily adapted to the respective application in such a way that a safe and reliable detection of the manual contact is ensured.
  • the dead man's device should also be adaptable in such a way that a distinction can be made between touching the handle and completely enclosing it.
  • the outermost layer comprising a conductive material with respect to the handle has a surface that is smaller than the area of the area of the handle in which the capacitive sensor is arranged.
  • the area of the handle in which the capacitive sensor is arranged means, for example, the area covered by the capacitive sensor. This can occur when two parallel stripes for example, the surface of the two strips' plus the smaller or be one of the lying between the two strip surface. In the case of a network, for example, it is the area covered by the network. In the case of a spiral, for example, it would be the area in which the spiral is arranged. This can also be the entire surface of a handle. In the case of a capacitive sensor formed from two or more rings, this can be, for example, the area from the first ring to the last ring, including the areas lying between the rings.
  • the relatively small surface area of the outermost layer comprising a conductive material has the advantage that the variable capacitance increases considerably in relation to the basic capacitance, which results in a considerably better detection accuracy for the presence of a hand touch. Measurements have shown that the percentage change in the total capacity with and without touch, with an otherwise identical test setup, depends strongly on the area covered.
  • the surface of the layer comprising a conductive material outermost with respect to the handle is considerably or substantially or much smaller than the area of the region of the handle in which the capacitive sensor is arranged.
  • the surface of the layer comprising a conductive material outermost with respect to the handle should make up at most 75% of the area of the area of the handle in order to obtain a very good signal.
  • the surface of the layer comprising an outermost conductive material relative to the handle should make up at most 50% or better at most 25% of the area of the region of the handle in order to obtain an even easier evaluation of the detected values due to the greater difference.
  • the absolute difference in the detected change in capacitance also increased with the reduction in the surface area of the layer comprising an outermost conductive material relative to the handle, until the surface area was about 15% of the area of the area of the handle. If the surface area is further reduced, the absolute increase will decrease again somewhat.
  • the largest recorded changes in capacitance with and without the handle being enclosed were 90 pF in the tests.
  • the outermost layer comprising a conductive material with respect to the handle is designed in the form of a spiral, which extends over the region of the handle in which the capacitive sensor is arranged. This embodiment has the advantage that, owing to the symmetry, it is relatively independent of how the handle is enclosed by the operating personnel.
  • a particularly clear distinction can be made in this embodiment between touching without enclosing the handle and completely enclosing the handle, because there is a strong increase in the total capacity between these two states.
  • the spiral has a pitch of three, four or five turns per 100 millimeters, which corresponds approximately to the average width of a hand.
  • the windings of the spiral have a width of between 1 and 10 millimeters, preferably between 2 and 6 millimeters and particularly preferably of approximately 3 millimeters.
  • the unwound length of the spiral can have a length between 100 and 1000 millimeters, preferably between 200 and 600 millimeters and in particular preferably about 300 millimeters.
  • the outermost layer comprising a conductive material in relation to the handle is designed in the form of at least one strip or a plurality of strips, which extends over the region of the handle in which the capacitive sensor is arranged is.
  • the version with a strip is particularly advantageous for chainsaws in which the handle is designed to be substantially longer than the width of a hand, so that the operator has many options for using the handle designed in the manner of a bow Guiding the saw. Tests have shown that a strip with a width of 3 millimeters and running along the entire length of the handle can achieve values that can be reliably distinguished between being touched and completely enclosed.
  • the outermost layer comprising a conductive material with respect to the handle can comprise two, four or six strips.
  • the strip or strips extend coaxially to the handle in the region of the capacitive sensor.
  • the strip or strips in the area of the capacitive sensor can run in a ring around the handle.
  • the strip or strips advantageously have a width between 1 and 10 millimeters, preferably between 2 and 6 millimeters and in particular preferably about 3 millimeters.
  • the outermost layer comprising a conductive material in relation to the handle can be designed in the form of a grid, which extends over the region of the handle in which the capacitive sensor is arranged.
  • the grid can have elements with a certain width, which are formed at a certain distance from one another, the distance between the elements being at least as large as the width of the elements and preferably being at least double or triple.
  • the elements of the grid preferably have a width between 1 and 10 millimeters, preferably between 2 and 6 millimeters and in particular preferably about 3 millimeters.
  • the outermost layer comprising a conductive material with respect to the handle comprises a copper foil, which is preferably self-adhesive.
  • the outermost layer comprising a conductive material in relation to the handle is connected to the evaluation device via a low-capacity coaxial cable.
  • the innermost layer comprising a conductive material with respect to the handle can comprise a metal tube or a tube made of a conductive material.
  • the capacitive sensor can comprise four layers, a conductive tube-like layer, an insulating sleeve or insulating coating, a copper foil and a handle sleeve or handle coating being provided with respect to the handle from the inside to the outside.
  • the dead man device according to the invention can advantageously include the handle of a chain saw.
  • the invention also relates to the handles for one of the above-mentioned embodiments of the invention.
  • the handle can be put on a metal tube of the device, for example.
  • the innermost conductive layer in relation to the handle can also be integrated in the handle.
  • the layer comprising an outermost conductive material with respect to the handle can have any pattern, such as for example any combination of the patterns disclosed here (spiral, strips, rings, grids, etc.).
  • the layer can have spirals in combination with coaxial and / or circumferential and or transverse stripes. Any other pattern or combination are conceivable for the expert.
  • the person skilled in the art can determine the samples suitable for each application by experiments.
  • the advantages of the capacitive sensor according to the invention can also be used for other areas of application, and the invention is not. limited to use for dead man's devices, in particular pedestrian-controlled and / or hand-held processing machines or vehicles.
  • Fig. 1 shows a partial view - of a first embodiment of the invention in cross section.
  • Fig. 2 shows a partial view of the embodiment of Fig. 1 without a cover.
  • FIG. 3 shows a partial view corresponding to the partial view of FIG. 2 of a second embodiment of the invention without a handle cover.
  • Fig. 4 shows a partial side view of the embodiment of Fig. 3.
  • FIG. 5 shows a partial view of a third embodiment of the invention corresponding to the partial view of FIG. 4.
  • Fig. 1 shows a partial view of a first embodiment of the invention in cross section. Only part of the capacitive sensor of the dead man device is shown and described. The components not shown and described are known to the person skilled in the art, for example, from EP 0 701 917 AI. Other designs known to the person skilled in the art, in particular of the evaluation device and electronics as well as a switch-off device for the pedestrian-guided and / or hand-held processing The person skilled in the art can combine the machine or the vehicle, etc., with the capacitive sensor in a known manner.
  • the capacitive sensor of the dead man device according to the invention in accordance with the embodiment shown in FIG. 1 comprises a metal tube 30, onto which an insulating sleeve 20 is pushed.
  • an insulating layer could be applied to the metal pipe.
  • the layer 100 which is outermost a conductive material with respect to the handle, has a self-adhesive copper foil which is glued onto the insulating sleeve in the form of a spiral.
  • a grip rubber 10 made of a dielectric material is pushed over the copper foil.
  • the metal tube 10 is connected to the mass of the evaluation device, not shown.
  • the copper foil is connected to the evaluation device in a known manner via a low-capacity coaxial cable, not shown.
  • Fig. 2 shows a partial view of the embodiment of Fig. 1 without a rubber grip.
  • the copper foil is glued to the insulating sleeve in the form of a spiral.
  • the spiral has a pitch of three turns per 100 millimeters, which corresponds to approximately three turns per hand width.
  • the windings of the spiral have a width of 3 millimeters.
  • the surface of the copper foil is approximately 10 percent of the area of the area in which the capacitive sensor is arranged.
  • FIGS. 3 and 4 show partial views of a second embodiment of the invention without a grip sleeve.
  • This embodiment differs from the embodiment shown in FIGS. 1 and 2 by the design of the copper foil. Therefore, with regard to the description of the remaining parts, reference is made to the description of the first exemplary embodiment.
  • the layer 101, 102, 103 and 104 comprising an outermost conductive material with respect to the handle has a copper foil in the form of four strips which, as is shown in particular in FIG. 4, are evenly distributed over the circumference of the handle and themselves 3, extend in the longitudinal direction of the handle.
  • the width of the strips is approximately 10 millimeters
  • the surface of the copper foil is approximately 40 percent of the area of the region in which the capacitive sensor is arranged.
  • the width of the strips is approximately 3 millimeters with the diameter of the handle remaining the same, provided that the area covered by the copper foil is approximately 12 percent.
  • FIG. 5 shows a partial view of a third embodiment of the invention, which differs from the embodiment shown in FIGS. 3 and 4 by the number of strips. Reference is made to the description of the second exemplary embodiment.
  • the third embodiment has two strips instead of four, which results in a surface area that is half as large as the copper foil covers.
  • a certain basic capacitance C 0 results between the copper foil and the inner dielectric layer relative to the handle, which corresponds to a first capacitor and is constant.
  • the copper foil also forms, in conjunction with the dielectric layer, which is external to the handle, a second capacitor for the hand of the operating personnel or to earth with a capacitance C var . If the handle is not touched, the value for air applies to this relative dielectric constant, which is strongly dependent on the ambient conditions, such as the relative humidity, and one for dry air has a very small absolute value.
  • the copper foil can be formed, for example, in accordance with one of the described embodiments of the invention, so that an evaluable signal is generated when the grip area is e.g. more than 300 ° is enclosed by the operator's hand. Due to the geometry of the copper foil, the desired wrap angle can be set.
  • the evaluation device is preferably designed in such a way that it can compensate for environmental conditions and drift phenomena. For example, after switching on, the evaluation device can first determine and save a first measured value as a reference value. Subsequent measurements are compared with the stored value and only deviations that cause a large change are interpreted as a hand touch. Smaller relative changes are interpreted as drift caused by changes in environmental conditions and have an increasing or decreasing effect on the stored reference value. This method is particularly suitable, because the values of the relative dielectric constant between air and e r e r significantly differ at a single touch.

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Totmannvorrichtung mit mindestens einem Handgriff zum Führen und/oder Halten einer mitgängergeführten und/oder handgehaltenen Bearbeitungsmaschine, einem kapazitiven Sensor, der zumindest in einem Bereich des Handgriffs angeordnet ist, und einer Auswerteeinrichtung zur Erfassung einer elektrischen Grösse des kapazitiven Sensors, wobei die Auswerteeinrichtung in Abhängigkeit von dem Wert der elektrischen Grösse ein Signal für die Bearbeitungsmaschine zur Verfügung stellt, wobei der kapazitive Sensor mehrere Lagen (30, 20, 100, 10) umfasst, die abwechselnd ein leitfähiges und ein dielektrisches Material umfassen. Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Totmannvorrichtung anzugeben, die leicht an die jeweilige Anwendung derart anpassbar ist, dass eine sichere und zuverlässige Erfassung des Handkontakts gewährleistet ist. Zur Lösung der Aufgabe weist die bezogen auf den Handgriff äusserste ein leitfähiges Material umfassende Lage (100) eine Oberfläche auf, die erheblich kleiner als die Fläche des Bereichs des Handgriffs ist, in dem der kapazitive Sensor angeordnet ist.

Description

Totmannvorrichtung
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Totmanneinrichtung gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1 bzw. einen kapazitiven Sensor gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 26.
Totmanneinrichtungen werden in der Regel dazu verwendet, die Berührung eines Griffes, Gri fsegments, Bedienhebels oder einer sonstigen handkontaktierten Einrichtung durch den Benutzer dieser Einrichtung festzustellen.
Anwendungsgebiete für die erfindungsgemäße Totmannvorrichtung sind beispielsweise mitgängergeführte und/oder handgehaltene Maschinen, Lenk- und Steuerräder von Fahrzeugen oder Bedienhebel für die Ansteuerung hydraulischer Aggregate.
Der in dieser Anmeldung verwendete Begriff "Handgriff" soll jedwede Vorrichtung umfassen, an der ein Nachweis für die Anwesenheit der Hand einer Bedienperson für die Betriebssicherheit eine Bedeutung haben kann. Beispielsweise sind dies Handgriffe, Lenk- oder Steuerräder oder Bedienelemente für die oben genannten Vorrichtungen. Ein kapazitiver Sensor gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1 ist in der EP 0 701 917 AI bzw. der DE 44 32 936 AI offenbart.
Der dort offenbarte kapazitive Sensor umfaßt einen Handgriff, in dem eine Kupferfolie zwischen zwei Kunststofffolien eingebettet ist . Wenn der Handgriff auf einen Stahlholm einer Maschinenlenkstange gestülpt wird, ergibt sich zwischen der Kupferfolie und der inneren KunststoffSchicht eine bestimmte Grundkapazität C0, die einem ersten Kondensator entspricht und konstant ist . Weiterhin bildet die Kupferfolie mit der äußeren Kunststoffschicht einen zweiten Kondensator zur Hand des Bedienpersonals mit einer variablen Kapazität Cvar. Bei Berührung des Griffs durch eine Person treten Kapazitätsänderungen in der Größenordnung von 10 bis 20 pF auf. Um eine möglichst große Änderung des Signals zu erreichen, wird in der EP 0 701 917 AI vorgeschlagen, das Material und die Dicke der dielektrischen Schichten des kapazitiven Sensors optimal anzupassen.
Die DE 198 43 666 AI offenbart eine Totmannschaltung mit einem Sensorlelement , das aufgrund des durch in einem definierten Griffbereich entstehenden Drucks seine Ausgangsgröße ändert, die der Kapazität des Sensorelements entspricht . Das Sensorelement ist als Druckmeßstreifen ausgebildet, der den Bereich, in dem das Sensorlelement angeordnet ist, vollständig abdeckt. Diese bekannte Totmannschaltung hat den Nachteil, daß das Signal des Sensorelements von dem auf das Sensorlelement ausgeübten Druck und nicht von dem Maß der Umschlingung abhängt. Daher kann nicht unterschieden werden, ob das Sensorelement von der Bedienperson nur berührt oder voll umfaßt bzw. umschlossen wird.
Der Stand der Technik hat den Nachteil, daß die Anpassung der dielektrischen Schichten relativ aufwendig ist. Außerdem kann mit dem offenbarten kapazitiven Sensor nicht unterschieden werden, ob der Handgriff von der Bedienperson nur berührt oder voll umfaßt bzw. umschlossen wird. Bei bestimmten Anwendungen, wie beispielsweise Motorsägen, kann es beispielsweise erforderlich sein, daß der Handgriff vollflächig von dem Bedienpersonal umschlossen wird, um dadurch eine maximale Führungssicherheit der Maschine oder Einrichtung zu gewährleisten.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Totmannvorrichtung anzugeben, die leicht an die jeweilige Anwendung derart anpaßbar ist, daß eine sichere und zuverlässige Erfassung des Handkontakts gewährleistet ist. Insbesondere soll die Totmannvorrichtung auch derart anpaßbar sein, daß zwischen der Berührung des Handgriffs und der vollständigen Umschließung unterschieden werden kann.
Die Aufgabe der Erfindung wird mit einer Totmannvorrichtung gemäß Anspruch 1 bzw. mit einem kapazitiven Sensor gemäß Anspruch 26 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
Bei der erfindungsgemäßen Totmannvorrichtung weist die bezogen auf den Handgriff äußerste ein leitfähiges Material umfassende Lage eine Oberfläche auf, die kleiner als die Fläche des Bereichs des Handgriffs ist, in dem der kapazitive Sensor angeordnet ist .
Der Bereich des Handgriffs, in dem der kapazitive Sensor angeordnet ist, bedeutet dabei beispielsweise die durch den kapazitiven Sensor abgedeckte Fläche. Das kann bei zwei parallelen Streifen beispielsweise die Fläche der beiden Streifen 'zuzüglich der kleineren bzw. einer der zwischen den beiden Streifen liegenden Fläche sein. Bei einem Netz ist es beispielsweise die durch das Netz abgedeckte Fläche. Bei einer Spirale wäre es beispielsweise der Bereich, in dem die Spirale angeordnet ist . Das kann auch die gesamte Oberfläche eines Handgriffs sein. Bei einem aus zwei oder mehreren Ringen ausgebildeten kapazitiven Sensor kann das beispielsweise die Fläche von dem ersten Ring bis zu dem letzten Ring einschließlich der ziwschen den Ringen liegenden Flächen sein. Durch die relativ kleine Oberfläche der äußersten ein leitfähiges Material umfassenden Lage ergibt sich der Vorteil, daß die variable Kapazität im Verhältnis zur Grundkapazität stark zunimmt, wodurch sich ein erhebliche bessere Nachweisgenauigkeit für das Vorliegen einer Handberührung ergibt . Messungen haben ergeben, daß prozentuale Änderung der Gesamtkapazität mit und ohne Berührung bei ansonsten gleichen Versuchsaufbau stark von dem abgedeckten Flächenanteil abhängt .
Vorzugsweise ist die Oberfläche der bezogen auf den Handgriff äußersten ein leitfähiges Material umfassenden Lage erheblich bzw. wesentlich bzw. viel kleiner als die Fläche des Bereichs des Handgriffs, in dem der kapazitive Sensor angeordnet ist.
Es hat sich bei den Versuchen gezeigt, daß die Oberfläche der bezogen auf den Handgriff äußersten ein leitfähiges Material umfassenden Lage höchstens 75% der Fläche des Bereichs des Handgriffs ausmachen sollte, um ein sehr gutes Signal zu erhalten. Vorzugsweise sollte die Oberfläche der bezogen auf den Handgriff äußersten ein leitfähiges -Material umfassenden Lage höchstens 50% oder besser höchstens 25% der Fläche des Bereichs des Handgriffs ausmachen, um eine noch leichtere Auswertung der erfaßten Werte durch den größeren Unterschied zu erhalten.
Bei den Versuchen hat man überraschenderweise herausgefunden, daß auch die absolute Differenz der erfaßten Kapazitätsänderung mit der Verkleinerung der Oberfläche der bezogen auf den Handgriff äußersten ein leitfähiges Material umfassenden Lage zunimmt, bis die Oberfläche etwa 15% der Fläche des Bereichs des Handgriffs ausmacht . Bei weiterer Verkleinerung der Oberfläche verringert sich die absolute Zunahme wieder etwas. Die größten erfaßten Kapazitätsänderungen mit und ohne Umschließung des Handgriffs betrugen bei den Versuchen 90 pF . Bei einer bevorzugten Ausführung der Erfindung ist die bezogen auf den Handgriff äußerste ein'leitfähiges Material umfassende Lage in der Form einer Spirale ausgebildet ist, die sich über den Bereich des Handgriffs erstreckt, in dem der kapazitive Sensor angeordnet ist. Diese Ausführung hat den Vorteil, daß sie infolge der Symmetrie relativ unabhängig davon ist, wie der Handgriff von dem Bedienpersonal umschlossen wird. Außerdem ergab sich bei den Versuchen, daß bei dieser Ausführung eine besonders deutliche Unterscheidung zwischen dem Berühren ohne Umschließung des Handgriffs und der vollständigen Umschließung des Handgriffs gemacht werden kann, weil es zwischen diesen beiden Zuständen eine starke .Zunahme der Gesamtkapazität gibt.
Bei einer Ausführung der Erfindung weist die Spirale eine Steigung von drei, vier oder fünf Windungen pro 100 Millimeter, was ungefähr der durchschnittlichen Breite einer Hand entspricht, auf.
Bei einer Ausführung der Erfindung weisen die Wicklungen der Spirale eine Breite zwischen 1 und 10 Millimeter, vorzugsweise zwischen 2 und 6 Millimeter und insbesondere vorzugsweise von ungefähr 3 Millimeter auf. Dabei kann die abgewickelte Länge der Spirale eine Länge zwischen 100 und 1000 Millimeter, vorzugsweise zwischen 200 und 600 Millimeter und insbesondere vorzugsweise von ungefähr 300 Millimeter aufweisen.
Gemäß einer weiteren Ausführung der Erfindung ist die bezogen auf den Handgriff äußerste ein leitfähiges Material umfassende Lage in der Form mindestens eines Streifens oder mehrerer Streifen ausgebildet, der bzw. die sich über den Bereich des Handgriffs erstreckt bzw. erstrecken, in dem der kapazitive Sensor angeordnet ist .
Die Ausführung mit einem Streifen ist besonders vorteilhaft für Motorsägen, bei der Handgriff wesentlich länger als die Breite einer Hand ausgebildet ist, so daß die Bedienperson an dem bügelartig ausgebildeten Handgriff viele Möglichkeiten zum Führen der Säge hat. Versuche haben ergeben, daß sich bei einem über die gesamte Länge des Handgriffs verlaufenden Streifen mit 3 Millimeter Breite Werte- erreichen lassen, die sicher zwischen einer Berührung und einer vollständigen Umschließung unterscheiden lassen.
Gemäß einer Ausführung der Erfindung kann die bezogen auf den Handgriff äußerste ein leitfähiges Material umfassende Lage zwei, vier oder sechs Streifen umfassen.
Bei einer Ausführung der Erfindung erstrecken sich der oder die Streifen in dem Bereich des kapazitiven Sensors coaxial zu dem Handgriff. Alternativ können der oder die Streifen in dem Bereich des kapazitiven Sensors ringförmig um den Handgriff verlaufen.
Bei den Versuchen hat sich gezeigt, daß vorteilhafterweise der oder die Streifen eine Breite zwischen 1 und 10 Millimeter, vorzugsweise zwischen 2 und 6 Millimeter und insbesondere vorzugsweise von ungefähr 3 Millimeter aufweisen.
Gemäß einer weiteren Ausführung der Erfindung kann die bezogen auf den Handgriff äußerste ein leitfähiges Material umfassende Lage in der Form eines Gitters ausgebildet sein, das sich über den Bereich des Handgriffs erstreckt, in dem der kapazitive Sensor angeordnet ist .
Dabei kann das Gitter Elemente mit einer bestimmten Breite aufweisen, die in einem bestimmten Abstand voneinander ausgebildet sind, wobei der Abstand der Elemente mindestens so groß wie die Breite der Elemente ist und vorzugsweise mindestens das Doppelte oder Dreifache beträgt .
Es wird davon ausgegangen, daß die Elemente des Gitters vorzugsweise eine Breite zwischen 1 und 10 Millimeter, vorzugsweise zwischen 2 und 6 Millimeter und insbesondere vorzugsweise von ungefähr 3 Millimeter aufweisen. Gemäß der bevorzugten Ausführung der Erfindung umfaßt die bezogen auf den Handgriff äußerste ein leitfähiges Material umfassende Lage eine Kuperfolie, die vorzugsweise selbstklebend ausgebildet ist .
Vorzugsweise ist die bezogen auf den Handgriff äußerste ein leitfähiges Material umfassende Lage über ein kapazitätsarmes Koaxialkabel mit der Auswertevorrichtung verbunden.
Bei den Ausführungen der Erfindung kann die bezogen auf den Handgriff innerste ein leitfähiges Material umfassende Lage ein Metallrohr oder ein aus einem leitfähigen Material ausgebildetes Rohr umfassen.
Bei den Ausführungen der Erfindung kann der kapazitive Sensor vier Lagen umfassen, wobei bezogen auf den Handgriff von innen nach außen eine leitfähige rohrartige Lage, eine Isolierhülse oder Isolationsbeschichtung, eine Kupferfolie und eine Griffhülse oder Griffbeschichtung vorgesehen sind.
Vorteilhafterweise kann die erfindungsgemäße Totmannvorrichtung den Handgriff einer Motorsäge umfassen.
Die Erfindung betrifft auch die Handgriffe für eine der oben genannten Ausführungen der Erfindung. Um den kapazitiven Sensor auszubilden, kann der Handgriff beispielsweise auf ein Metallrohr der Vorrichtung aufgestülpt werden. Alternativ oder zusätzlich kann die bezogen auf den Handgriff • innerste leitfähige Lage auch in den Handgriff integriert sein.
Erfindungsgemäß kann die bezogen auf den Handgriff äußerste ein leitfähiges Material umfassende Lage ein beliebiges Muster wie beispielsweise eine beliebige Kombination der vorliegend offenbarten Muster (Spirale, Streifen, Ringe, Gitter usw.) aufweisen. Beispielsweise kann die Lage Spiralen in Kombination mit koaxialen und/oder umlaufenden und oder quer verlaufenden Streifen aufweisen. Weitere beliebige Muster oder Kombinationen sind für den Fachmann denkbar. Die für jeden Anwendungsfall geeigneten Muster kann der Fachmann durch Versuche ermitteln.
Die Vorteile des erfindungsgemäßen kapazitiven Sensors können auch für andere Anwendungsgebiete genutzt werden, und die Erfindung ist nicht. auf die Anwendung für Totmannvorrichtungen insbesondere mitgängergeführter und/oder handgehaltener Bearbeitungsmaschinen bzw. Fahrzeuge beschränkt.
Die Erfindung wird anhand der in den Figuren gezeigten Ausführungsbeispiele im folgenden beschrieben.
Fig. 1 zeigt eine Teilansicht - einer ersten Auführungsform der Erfindung im Querschnitt .
Fig. 2 zeigt eine Teilansicht der Ausführungsform von Fig. 1 ohne Griffhülle.
Fig. 3 zeigt eine der Teilansicht von Fig. 2 entsprechende Teilansicht einer zweiten Ausführungsform der Erfindung ohne Griffhülle.
Fig. 4 zeigt eine Teilansicht der Ausführungsform von Fig. 3 von der Seite.
Fig. 5 zeigt eine der Teilansicht von Fig. 4 entsprechende Teilansicht einer dritten Ausführungsform der Erfindung.
Fig. 1 zeigt eine Teilansicht einer ersten Ausführungsform der Erfindung im Querschnitt . Von der Totmannvorrichtung wird nur ein Teil des kapazitiven Sensors gezeigt und beschrieben. Die nicht gezeigten und beschreibenen Komponenten sind dem Fachmann beispielsweise aus der EP 0 701 917 AI bekannt. Andere dem Fachmann bekannte Ausführungen insbesondere der Auswertevorrichtung und -elektronik sowie einer Abschaltvorrichtung für die mitgängergeführte und/oder handgehaltene Bearbeitungs- maschine oder das Fahrzeug etc. können von dem Fachmann auf bekannte Weise mit dem kapazitiven Sensor kombinert werden.
Der kapazitive Sensor der erfindungsgemäßen Totmannvorrichtung gemäß der in Fig. 1 gezeigten Ausführung umfaßt ein Metällrohr 30, auf das eine Isolierhülse 20 aufgeschoben ist. Alternativ könnte gemäß einer nicht gezeigten Ausführung eine Isolierschicht auf das Metallrohr aufgebracht werden. Die bezogen auf den Handgriff äußerste ein leitfähiges Material umfassende Lage 100 weist eine selbstklebende Kupferfolie auf, die in Form einer Spirale auf die Isolierhülse aufgeklebt ist. Über die Kupferfolie ist ein Griffgummi 10 aus einem dielektrischen Material geschoben.
Das Metallrohr 10 ist mit der Masse der nicht dargestellten Auswertevorrichtung verbunden. Die Kupferfolie ist über ein nicht dargestelltes kapazitätsarmes Koaxialkabel auf bekannte Weise mit der Auswertevorrichtung verbunden.
Fig. 2 zeigt eine Teilansicht der Ausführungsform von Fig. 1 ohne Griffgummi. Die Kupferfolie ist in der Form einer Spirale auf die Isolierhülse aufgeklebt. Die Spirale weist bei der dargestellten Ausführungsform der Erfindung eine Steigung von drei Windungen pro 100 Millimeter auf, was in etwa drei Windungen pro Handbreite entspricht . Die Wicklungen der Spirale haben eine Breite von 3 Millimetern. Bei der dargestellten Ausführung der Erfindung beträgt die Oberfläche der Kupferfolie ungefähr 10 Prozent der Fläche des Bereichs, in dem der kapazitive Sensor angeordnet ist.
Die Figuren 3 und 4 zeigen Teilansichten einer zweiten Aus- führungsform der Erfindung ohne Griffhülle. Diese Ausführungsform unterscheidet sich von der in den Figuren 1 und 2 gezeigten Ausführungsform durch die Ausbildung der Kupferfolie. Daher wird bezüglich der Beschreibung der übrigen Teile auf die Beschreibung des ersten Ausführungsbeispiels verwiesen. Die bezogen auf den Handgriff äußerste ein leitfähiges Material umfassende Lage 101, 102, 103 und 104 weist eine Kupferfolie in Form von vier Streifen auf, die, wie insbesondere in Fig. 4 gezeigt ist, gleichmäßig über den Umfang des Handgriffs verteilt sind, und sich, wie insbesondere aus Fig. 3 ersichtlich ist, in Längsrichtung des Handgriffs erstrecken. Die Breite der Streifen beträgt bei dem gezeigten Ausführungsbeispiel ungefähr 10 Millimeter, und die Oberfläche der Kupferfolie beträgt ungefähr 40 Prozent der Fläche des Bereichs, in dem der kapazitive Sensor angeordnet ist. Bei einer nicht dargestellten Ausführung beträgt die Breite der Streifen bei gleichbleibenden Durchmesser des Handgriffs ungefähr 3 Millimeter, voraus sich ein von der Kupferfolie abgedeckter Flächenanteil von ungefähr 12 Prozent ergibt.
Fig. 5 zeigt eine Teilansicht einer dritten Ausführungsform der Erfindung, die sich von der in den Figuren 3 und 4 gezeigten Ausführungsform durch die Anzahl der Streifen unterscheidet. Auf die Beschreibung des zeiten Ausführungsbeispiels wird verwiesen. Die dritte Ausführungsform weist statt vier zwei Streifen auf, wodurch sich ein halb so großer Flächenanteil ergibt, den die Kupferfolie abdeckt.
Die Funktion des kapazitiven Sensors der erfindungsgemäßen Totmannvorrichtung wird im folgenden beschrieben:
Wird der Handgriff z.B. über ein Metallrohr gestülpt, ergibt sich zwischen Kupferfolie und der bezogen auf den Handgriff inneren dielektrischen Lage eine bestimmte Grundkapazität C0, die einem ersten Kondensator entspricht und konstant ist. Die Kupferfolie bildet desweiteren in Verbindung mit der bezogen auf den Handgriff äußeren dielektrischen Lage einen zweiten Kondensator zur Hand des Bedienpersonals bzw. zur Erde mit einer Kapazität Cvar. Wird der Handgriff nicht berührt, gilt für diese relative Dielektrizitätskonstante der Wert für Luft, der von den Umgebungsbedingungen wie z.B. der relativen Luftfeuchtigkeit stark abhängig ist und für trockene Luft einen sehr kleinen Absolutwert hat. Bei Berührung des Handgriffs durch eine Person und unter der Voraussetzung, daß der Versorgungsstromkreis der Auswerteelektronik zumindest kapazitiv geerdet ist, ergibt sich eine Kapazitätsänderung, weil durch die Berührung des Bedieners das äußere Dielektrikum einen deutlich größeren Wert im Vergleich zur Luft annimmt. Diese Änderung der Kapazität wird durch eine geeignete Auswerteelektronik erfasst und auf bekannte Weise in ein Informationssignal zur Weiterverarbeitung umgewandelt.
Je nach erforderlicher Ansprechcharakteristik/ -empfindlichkeit kann die Kupferfolie beispielsweise gemäß einer der beschriebenen Ausführungen der Erfindung ausgebildet werden, damit ein auswertbares Signal erzeugt wird, wenn der Griffbereich z.B. mehr als 300° durch die Hand des Bedieners umschlossen wird. Durch die Geometrie der Kupferfolie kann der gewünschte Umschließungswinkel eingestellt werden.
Um eine fehlerfreie Funktionsweise und ein reproduzierbares Ansprechverhalten, vor allem auch im Hinblick auf die beschriebene Abhängigkeit von Umwelteinflüssen, sicherzustellen, ist die Auswertevorrichtung vorzugsweise derart ausgelegt, daß sie Umweltbedingungen und Drifterscheinungen kompensieren kann. Beispielsweise kann die Auswertevorrichtung nach dem Einschalten zunächst einen ersten Messwert als Referenzwert ermitteln und speichern. Nachfolgende Messungen werden mit dem gespeicherten Wert verglichen und nur Abweichungen, welche eine große Änderung hervorrufen, werden als eine Handberührung interpretiert . Kleinere relative Änderungen werden als Drifterscheinung, hervorgerufen durch Änderungen der Umweltbedingungen, interpretiert und wirken erhöhend oder erniedrigend auf den gespeicherten Referenzwert . Dieses Verfahren ist besonders geeignet, weil sich die Werte der relativen Dielektrizitätskonstante zwischen er von Luft und er bei einer Handberührung deutlich unterscheiden.

Claims

Patentansprüche
1. Totmannvorrichtung mit mindestens einem Handgriff, insbesondere zum Führen und/oder Halten einer mitgänger- geführten und/oder handgehaltenen Bearbeitungsmaschine, einem kapazitiven Sensor, der zumindest in einem Bereich des Handgriffs angeordnet ist, und einer Auswerteeinrichtung zur Erfassung einer elektrischen Größe des kapazitiven- Sensors, wobei die Auswerteeinrichtung in Abhängigkeit von dem Wert der elektrischen Größe ein Signal für die Bearbeitungsmaschine zur Verfügung stellt,
wobei der kapazitive Sensor mehrere Lagen umfaßt, die abwechselnd ein leitfähiges und ein dielektrisches Material umfassen,
dadurch gekennzeichnet, daß die bezogen auf den Handgriff äußerste ein leitfähiges Material umfassende Lage (100; 101, 102, 103, 104; 102, 104) eine Oberfläche aufweist, die kleiner als die Fläche des Bereichs des Handgriffs ist, in dem der kapazitive Sensor angeordnet ist.
2. Totmannvorrichtung nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet , daß die Oberfläche der bezogen auf den Handgriff äußersten ein leitfähiges Material umfassenden Lage (100; 101, 102, 103, 104; 102, 104) höchstens 50% der Fläche des Bereichs des Handgriffs ausmacht, in dem der kapazitive Sensor angeordnet ist.
3. Totmannvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Oberfläche der bezogen auf den Handgriff äußersten ein leitfähiges Material umfassenden Lage (100; 101, 102, 103, 104; 102, 104) höchstens 25% der Fläche des Bereichs des Handgriffs ausmacht, in dem der kapazitive Sensor angeordnet ist.
4. Totmannvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Oberfläche der bezogen auf den Handgriff äußersten ein leitfähiges Material umfassenden Lage (100; 101, 102, 103, 104; 102, 104) ungefähr 15% der Fläche des Bereichs des Handgriffs ausmacht, in dem der kapazitive Sensor angeordnet ist .
5. Totmannvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die bezogen auf den Handgriff äußerste ein leitfähiges Material umfassende Lage (100) in der Form einer Spirale ausgebildet ist, die sich über den Bereich des Handgriffs erstreckt, in dem der kapazitive Sensor angeordnet ist.
6. Totmannvorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Spirale eine Steigung von drei, vier oder fünf Windungen pro 100 Millimeter (d.h. ungefähr die durchschnittliche Breite einer Hand) aufweist.
7. Totmannvorrichtung nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Wicklungen der Spirale eine Breite zwischen 1 und 10 Millimeter, vorzugsweise zwischen 2 und 6 Millimeter und insbesondere vorzugsweise von ungefähr 3 Millimeter aufweisen.
8. Totmannvorrichtung nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß die abgewickelte Länge der Spirale eine Länge zwischen 100 und 1000 Millimeter, vorzugsweise zwischen 200 und 600 Millimeter und insbesondere vorzugsweise von ungefähr 300 Millimeter aufweist.
9. Totmannvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die bezogen auf den Handgriff äußerste ein leitfähiges Material umfassende Lage (101, 102, 103, 104; 102, 104) in der Form von mindestens zwei Streifen ausgebildet ist, die sich über den Bereich des Handgriffs erstrecken, in dem der kapazi- tive Sensor angeordnet ist, wobei die Streifen vorzugsweise parallel zueinander angeordnet sind.
10. Totmannvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die bezogen auf. den Handgriff äußerste ein leitfähiges Material umfassende Lage (101, 102, 103, 104; 102, 104) in der Form mehrerer Streifen ausgebildet ist, die sich über den Bereich des Handgriffs erstrecken, in dem der kapazitive Sensor angeordnet ist.
11. Totmannvorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die bezogen auf den Handgriff äußerste ein leitfähiges Material umfassende Lage (101, 102, 103, 104; 102, 104) zwei, vier oder sechs Streifen umfaßt.
12. Totmannvorrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß sich der oder die Streifen in dem Bereich des kapazitiven Sensors coaxial zu dem Handgriff erstrecken.
13. Totmannvorrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß der oder die Streifen in dem Bereich des kapazitiven Sensors ringförmig um den Handgriff verlaufen.
14. Totmannvorrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 13 , dadurch gekennzeichnet, daß der oder die Streifen eine Breite zwischen 1 und 10 Millimeter, vorzugsweise zwischen 2 und 6 Millimeter und insbesondere vorzugsweise von ungefähr 3 Millimeter aufweisen.
15. Totmannvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die bezogen auf den Handgriff äußerste ein leitfähiges Material umfassende Lage in der Form eines Gitters ausgebildet ist, das sich über den Bereich des Handgriffs erstreckt, in dem der kapazitive Sensor angeordnet ist.
16. Totmannvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Gitter Elemente mit einer bestimmten Breite aufweist, die in einem bestimmten Abstand voneinander ausgebildet sind, wobei der Abstand der Elemente mindestens so groß wie die Breite der Elemente ist und vorzugsweise mindestens das Doppelte oder Dreifache beträgt .
17. Totmannvorrichtung nach einem der Ansprüche 15 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß die Elemente des Gitters eine Breite zwischen 1 und 10 Millimeter, vorzugsweise zwischen 2 und 6 Millimeter und insbesondere vorzugsweise von ungefähr 3 Millimeter aufweisen.
18. Totmannvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die bezogen auf den Handgriff äußerste ein leitfähiges Material umfassende Lage in der Form von mindestens zwei Spiralen ausgebildet ist, die sich über den Bereich des Handgriffs erstrecken, in dem der kapazitive Sensor angeordnet ist, wobei die mindestens zwei Spiralen vorzugsweise einen zueinander gegenläufigen Drehsinn aufweisen.
19. Totmannvorrichtung nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß die mindestens zwei Spiralen entsprechend einem der Ansprüche 6 bis 8 ausgebildet sind.
20. Totmannvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die bezogen auf den Handgriff äußerste ein leitfähiges Material umfassende Lage eine Kuperfolie umfaßt, die. vorzugsweise selbstklebend ausgebildet ist .
21. TotmannVorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche,- dadurch gekennzeichnet, daß die bezogen auf den Handgriff äußerste ein leitfähiges Material umfassende Lage über ein kapazitätsarmes Koaxialkabel mit der Auswertevorrichtung verbunden ist .
22. Totmannvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die bezogen auf den Handgriff innerste ein leitfähiges Material umfassende Lage ein Metallrohr oder ein aus einem leitfähigen Material ausgebildetes Rohr umfaßt .
23. Totmannvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der kapazitive Sensor vier Lagen umfaßt, wobei bezogen auf den Handgriff von innen nach außen eine leitfähige rohrartige Lage, eine Isolierhülse oder Isolationsbeschichtung, eine Kupferfolie und eine Griffhülse oder Griffbeschichtung vorgesehen sind.
24. Totmannvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Totmannvorrichtung den Handgriff einer Motorsäge umfaßt.
25. Handgriff für eine Totmannvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche .
26. Kapazitiver Sensor zur Ausgabe einer elektrischen Größe' an eine Auswerteeinrichtung, die in Abhängigkeit von dem Wert der elektrischen Größe ein Signal für die Weiterverarbeitung zur Verfügung stellt,
wobei der kapazitive Sensor mehrere Lagen umfaßt, die abwechselnd ein leitfähiges und ein . dielektrisches Material umfassen, dadurch gekennzeichnet, daß die äußerste ein leitfähiges Material umfassende Lage eine Oberfläche aufweist, die kleiner als die Fläche ist, in dem der kapazitive Sensor angeordnet ist .
27. Kapazitiver Sensor nach Anspruch 26, mit einem oder mehreren Merkmalen der Ansprüche 2 bis 24.
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