DE4129997A1 - Sensor zur messung von verklemmungen - Google Patents

Description

Ein großes Problem bei motorisch betriebenen bewegten Teilen stellt die rechtzeitige Abschaltung bei Auftreffen des bewegten Teiles auf ein Hindernis sowie die Sicherung vor Verklemmen von Personen oder Sachen dar. Der motorische Antrieb kann hierbei oft beträchtliche Kräfte über den bewegten Körper erzeugen und weitergeben, was zu erheblichen Personen- und Sachschäden führen kann. Als Beispiele sei an einen Kran, an Handhabungsautomaten sowie an motorisch betriebene Autoscheiben erinnert.

Es sind zwar zahlreiche Sensoren bekannt, die in der Funktion eines Endschalters die Annäherung eines Teils registrieren. Diese Näherungsschalter haben jedoch durchgängig den Nachteil, daß sich ihre Wirksamkeit nicht genau auf den Gefahrenbereich auslegen läßt, da sie, wie etwa von induktiven oder kapazitiven Endschaltern bekannt, nur punktuell oder über einen geringen Bereich wirken. Damit läßt sich mit diesem Sensor nur ein unvollständiger Klemmschutz erreichen.

Weiterhin sprechen die besagten Näherungsschalter nicht auf die Vielfalt der in der Praxis auftretenden Teile an. Induktive Sensoren arbeiten nicht auf nichtleitende Materialien, kapazitive Sensoren versagen, wenn ein mit Stoff umwickelter Körper in die Gefahrenzone gelangt.

Ein anderes Lösungsprinzip zur Sicherung vor Verklemmungen arbeitet so, daß die Veränderung des Drehmoments des den bewegten Körper antreibenden Motors bei Vorliegen eines Hindernisses gemessen wird. Hierbei tritt jedoch die Schwierigkeit auf, daß das Drehmoment des Motors, bedingt durch die Notwendigkeit der Überwindung des vorliegenden Reibungswiderstands und dessen Änderungen mit den Umgebungsbedingungen so hoch sein muß, daß ein zwischen den bewegten Körper und den Anschlag gebrachtes empfindliches Teil leicht Schaden nehmen oder auch Personenschaden entstehen kann. Wenn nämlich die Änderungen im Drehmoment gemessen werden, muß sich das Teil erst bewegt haben, bevor es ein Hindernis erfaßt.

Der Erfinder hat sich daher zur Aufgabe gemacht, einen Sensor zu entwickeln, der in den besagten Anwendungsfällen eine preisgünstige Lösung findet, die sicher über die gesamte Gefahrenzone wirkt, an diese individuell anzupassen ist, störunempfindlich ist und ein elektrisches Ausgangssignal liefert, welches zur Sicherung eines motorisch betriebenen Körpers verwertet werden kann.

Die Vorteile der beschriebenen Erfindung liegen daher in folgendem: Der Sensor wirkt integral, besitzt nur an seinen Enden stromführende Teile, läßt sich an die jeweiligen Verhältnisse leicht anpassen und arbeitet weitgehend witterungsunabhängig.

Ein Ausführungsbeispiel wird in Fig. 1 dargestellt. Durch einen Siliconschlauch wird eine Schallwelle geschickt. Der Außendurchmesser des Schlauches 4 liegt bei dem Ausführungsbeispiel bei 8 mm, der Innendurchmesser des Innenraumes 3 bei 6 mm. Als Schallfrequenz bieten sich 40 kHz an, entsprechend einer Schall-Wellenlänge um 0,8 cm. Als Schallquelle 1 wird ein Piezowandler verwendet, der in dieser technischen Ausgestaltung auch als Empfänger 5 dient. Die Schalleinleitung von der flächig größeren Abstrahlungs-/ Aufnahmefläche an den kleineren Schlauch erfolgt über eine trichterförmige Anordnung 2 aus Metall oder Kunststoff, welche auch Schallreflexionen in diesem Bereich unterdrückt. Tritt nun zuerst an irgendeiner Stelle 6 eine Klemmung des Schlauches auf, wird die Schalleitung unterbrochen und dieses über die nachlassende Schallintensität registriert. Die Empfindlichkeit bezüglich der Klemmkraft wird über die elastischen Werte des Schlauches festgelegt und ist entsprechend variierbar.

Die elektronische Auswertung erfolgt in einer Anordnung wie in Fig. 2 dargestellt. Diese enthält im wesentlichen den Ultraschallsender 1, den -empfänger 3, der das Schallsignal über die Meßstrecke 2 erhält und das vom Verstärker 4 verstärkte Signal, welches in einem Diskriminator 5 mit einer vorgegebenen Schwelle verglichen wird, wobei bei Unterschreiten dieser Schwelle ein Steuersignal 6 für den Halt des Motors erzeugt wird.

Eine Variante ist nach Fig. 3 dadurch gegeben, daß in Abwandlung von Fig. 2 das Schallsignal an einem Ende 7 des Siliconschlauches eingespeist und am anderen Ende 8 reflektiert wird. Der Schallsender arbeitet jetzt in einer aus der Ultraschalltechnik bekannten Weise nach dem Impuls- Echo-Verfahren. Dies Verfahren hat den Vorteil, daß elektrische Leitungszuführungen nur an eine Stelle 7 notwendig werden und der Schlauch 2 beliebig an die gefährdeten Stellen verlegt werden kann.

Fig. 4 zeigt schließlich eine Anwendung in der motorisch betriebenen Scheibe 1 eines Automobiles. Der Siliconschlauch kann hier in die ohnehin vorhandene Dichtung 3 integriert werden. Tritt an irgendeiner Stelle ein Hindernis 4, z. B. ein Körperteil zwischen den oberen Scheibenrand 2 und die Dichtung 3, kann durch den Sensor eine Körperschädigung durch Abschalten des Motors bzw. durch ein Zurückfahren, ein Schaden vermieden werden.

Claims (5)

1. Sensor zum Messen eines Klemmvorgangs zwischen einem motorisch betriebenen sich auf einen Anschlag zubewegenden Körper und/oder zur Sicherung gegen Einklemmung eines an beliebiger Stelle dazwischen sich befindlichen Teils durch rechtzeitiges Abschalten des motorisch betriebenen Körpers durch Verformung eines ausgedehnten, zwischen Anschlag und bewegtem Körper angebrachten elastischen Elements an der Stelle der auftretenden Einklemmung und dadurch hervorgerufen die Erzeugung eines elektrisch verwertbaren Signals dadurch gekennzeichnet, daß das sich verformende Element aufgebaut ist aus einer Hülle und einem Innenbereich, wobei die Materialeigenschaften dieser beiden Bereiche derart aufeinander abgestimmt sind, daß die akustischen Impedanzen von Hülle und Innenbereich sich so stark voneinander unterscheiden, daß im Innenbereich des elastischen Körpers eine geleitete Schallausbreitung von einem definierten Anfang bis zum definierten Ende möglich ist und durch Klemmen des elastischen Elements an einer beliebigen Stelle die Ausbreitung der akustischen Welle deutlich geschwächt oder ganz unterbunden wird.

2. Sensor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Hülle durch einen hohlen Kunststoffschlauch gebildet wird und die Schalleitung in der innen liegenden Luft als Ausbreitungsmedium erfolgt.

3. Sensor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Hülle und das schalleitende Medium flächig in der Art eines Sandwiches ausgebildet sind.

4. Sensor nach Anspruch 1, 2 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Schallsignal von einem zunächst als Sender arbeitenden Schallwandler ausgesandt wird, am Ende der Schallstrecke reflektiert und in dem nun als Empfänger arbeitenden Schallwandler registriert wird.

5. Sensor nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß als schalleitendes Medium Flüssigkeit oder ein fester Körper eingesetzt wird.