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Verfahren
für einen
umfangsseitig wirkenden Positions-, Niveau- und Überwachungssensor wobei die zu
ermittelnden Positionen, Niveaus, Räume oder Gegenstände sowohl
berührungslos
als auch durch Berührung
ermittelt und/oder überwacht
werden, das dadurch Gefahrbringende Gegenstände auch außerhalb des Sender-Empfängerbereiches
mit oder bei entsprechender konstruktiver Auslegung ohne Berührung des
Sensors erkannt werden, das sich Sender und Empfänger nach Beseitigung der Unterbrechung
wieder selbsttätig ausrichten
und das der Sensor auch als mobile Einheit 5 bis 10 ausgeführt sein
kann, gemäß dem Oberbegriff
von Patentanspruch 1 und Anspruch 2.
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Als
Fühlmedium
dienen sowohl äußere Bauteile
als auch ein vom Sender zum Empfänger
ausgesandter Lichtstrahl, als Signalmedium dient der genannte Lichtstrahl,
bei Unterbrechung des Lichtstrahlempfangs wird ein Signal an eine
Steuerung geleitet.
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Von
besonderer Bedeutung ist, dass der Lichtstrahlempfang auf unterschiedliche
Weise – nämlich durch
Strahlunterbrechung oder Strahlablenkung – unterbunden werden kann:
- – Strahlunterbrechung
erfolgt durch Gegenstand zwischen Sender und Empfänger, siehe 5.
- – Strahlablenkung
erfolgt durch Veränderung
der Sender – Empfänger – Ausrichtung
beispielsweise durch verkanten, verdrehen etc., siehe 6, 9 und 10.
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Wobei
die Strahlunterbrechung meistens berührungslos erfolgt, während die
Strahlablenkung durch eine umfangsseitig an geeigneter Stelle auf
den Sensor wirkenden Kraft hervorgerufen wird, die je nach konstruktiver
Auslegung mit oder ohne Berührung
wirkt.
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In
der Automatisierungstechnik treten häufig Forderungen zur gleichzeitigen
Positionsermittlung, Positionsüberwachung,
Niveauermittlung und Niveau- oder
Raumüberwachung
auf.
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Bisher
werden zur Realisierung der genannten Funktionen mehrere Sensoren
benötigt,
meistens ist sogar für
jede Funktion eine eigene Sensorik erforderlich; bei größeren Distanzen
zwischen Sender und Empfänger
ist dieses sogar obligatorisch.
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Die
Entwicklung, Herstellung, Betrieb und Wartung derartiger Sensorsysteme
und zugehöriger
Steuerungen erfordern einen hohen Aufwand, bereits der Ausfall eines
Sensors führt
häufig
zum Ausfall des gesamten Systems; diese Gründe sprechen auch gegen eine
breitere Verwendung automatisierter Geräte in Haushalten und als Hilfsmittel
für behinderte
Personen.
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Dieser
Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine preiswerte, zuverlässige und
sicher arbeitende Sensoreinheit vorzustellen mittels der viele Ermittlungs- und Überwachungsaufgaben
auch gleichzeitig und effizient realisiert werden können.
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Ein
derartiger Sensor bietet nicht nur enormes Einsparungspotential
bei der Entwicklung, Herstellung, Betrieb und Wartung sondern arbeitet
mit großer
Präzision,
Schnelligkeit und Zuverlässigkeit
auch über
größere und
sich ändernde
Distanzen.
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Dies
ist von besonderem Vorteil beim Einsatz in gefahrbringenden Maschinen,
Vorrichtungen etc., bei höheren
Temperaturen und im Umgang mit gefährlichen Stoffen. Ein weiteres
Einsatzgebiet ist die Gebäudeautomation,
beispielsweise die Überwachung
von Türen,
Fenster etc.
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Die
geforderten Eigenschaften werden mit einer speziellen Sensortechnik
realisiert.
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Ein
derartiger Sensor besteht mindestens aus:
Optosender, Optoempfänger, Elastische
Sender-Empfänger
Verbindung und einer Signalsteuerung, wobei zweckmäßigerweise
handelsübliche
Steuerungen eingesetzt werden können.
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Zweckmäßige Ausgestaltungen
zeigen 5, 6, 7, 8, 9 und 10.
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5 zeigt
einen offenen Sensor mit veränderbarer
Sender-Empfänger
Distanz und elastischer Verbindung zwischen Sender und Empfänger und
Lichtstrahlunterbrechung durch Gegenstand zwischen Sender und Empfänger.
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Als
elastisches Verbindungsglied dient hierbei ein Federarm 3.
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6 zeigt
einen offenen Sensor gemäß 5 mit
Lichtstrahlablenkung durch eine äußere Kraft.
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7 zeigt
einen offenen Sensor gemäß 5 wobei
der Federarm zur Realisierung größerer Distanzen
als Teleskoparm ausgelegt ist.
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8 zeigt
einen geschlossenen Sensor mit Lichtstrahlablenkung und änderbarer
Distanz und elastischer Verbindung zwischen Sender und Empfänger und
integrierter Signalsteuerung.
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Als
elastisches Verbindungs- und Tastglied dient hierbei das Tast-Verstell-
und Schutzglied 13 und teilweise das Empfängergehäuse 15.
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9 zeigt
einen geschlossenen Sensor gemäß 8 mit
exentrischer Sender-Empfänger Ausrichtung
zur zusätzlichen
axialen Druckermittlung sowie mit zusätzlicher axialer Federrückstellung.
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Die
von der axialen Druckkraft Fdreh erzeugte Verschiebung des Tast-Verstell- und Schutzgliedes 13 wird
mittels der Drehkeile 6 und 7 in eine die Sender-Empfänger Ausrichtung
verändernde
Drehbewegung umgewandelt und führt
dadurch zu einer Strahlunterbrechung.
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10 zeigt
einen geschlossenen Sensor gemäß 8 wobei
die Lichtstrahlablenkung beührungslos durch
Annäherung
zweier gleichnamiger Magnetpole ausgelöst wird.
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Eine
vorteilhafte Anwendung dieser Erfindung wird im folgenden anhand
einer möglichen
Sensoranwendung beschrieben, dabei zeigen:
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1, 2, 3 und 4 eine
Anwendung in einem Blattwendegerät,
dieses Gerät
dient zum Umblättern
einzelner in einem Ordner abgelegter Seiten.
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Der
Sensor ist hier gleichzeitig Basis des Blattwenderahmens, und überträgt dadurch
seine Sensoreigenschaften teilweise auf die so gebildete Einheit;
diese ist somit gleichzeitig auch Raum-Fühlelement.
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Im
Normalbetrieb wird der Wenderahmen nach der Signalfreigabe des Sensors
aus der Grundposition 1 in Richtung Wendeposition bewegt 2, 3 und 4.
Aufgrund der relativ großen
Fühldistanzen wird
hierbei ein Laserstrahl als Signalmedium und Fühlelement eingesetzt, dazu
wird dieser Laserstrahl als berührungslos
wirkendes Lichtsignal vom Sender 1 zum Empfänger 2 gesandt
und im Normalbetrieb von diesem empfangen, dieses Signal dient bis
zum Erreichen der Wendestellung 2 zunächst nur
zur Raumüberwachung
für den
vom Wenderahmen durchfahrenen Raum A; ab der Wendestellung wird
dieses Lichtsignal zusätzlich
zur Positionsermittlung eingesetzt, konkret wird der Wenderahmen
zunächst
auf die Höhe
der beiden Ordnerblatthaltebügel
eingestellt. Das korrekte Maß ist
erreicht wenn der Lichtstrahl durch einen Ordnerblattbügel unterbrochen
wird 4. Zur Blattaufnahme wird der Schwenkrahmen anschließend mittels
Steuerbefehl zum Aufnahmestapel hin abgesenkt gleichzeitig wird
der Raum B überwacht 4.
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Das
jeweilige Blattaufnahmeniveau ist bei Unterbrechung des Lichtsignals
durch den Aufnahmestapel ermittelt, in dieser Position wird der
Schwenkrahmen zur Blattaufnahme gehalten, nach der automatischen Blattaufnahme
wird der Schwenkrahmen mit dem aufgenommenen Ordnerblatt in die
jeweils günstigste
Ablageposition bewegt, wobei auch das Blattablageniveau durch Unterbrechung
des Lichtsignals durch den Ablagestapel ermittelt wird.
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Mit
dieser Technik wird die Blattauf- und Ablageposition des Schwenkrahmens
selbsttätig
bei jeder Blattaufnahme und Blattablage der vorhandenen Aufnahme- und Ablagestapelhöhe angepasst
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Anschließend wird
der Schwenkrahmen wieder in seine Grundstellung bewegt.
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Treten
nach Aktivierung des Sensors den Wenderahmen beeinflussende Störungen auf,
so wird dadurch der Lichtstrahlempfang unterbrochen und der Arbeitsablauf
mittels Steuerung verändert.
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Von
besonderer Bedeutung ist wie bereits erwähnt, dass der Lichtstrahlempfang
auf unterschiedliche Weise – nämlich durch
Strahlunterbrechung und/oder Strahlablenkung – unterbunden werden kann.
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Damit
eine Strahlablenkung erfolgen kann, sind Sender und Empfänger sowie
die Saugnapfhalter mittels einem elastischen Federarm verbunden,
welcher bei auftreten einer entsprechenden Belastung die Sender – Empfänger – Ausrichtung
derart verändert
das kein Lichtsignal mehr empfangen wird, das daraufhin erzeugte
Steuerungssignal wird hier zum Stopp des Arbeitsablaufes verwendet.
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Besonders
vorteilhaft ist das durch die elastische Nachgiebigkeit der Sensorhalterung
auch über
die Abschaltposition hinaus, Verletzungen und Beschädigungen
vermieden werden können
und das der Federarm nach Entfernung der Störbelastung selbsttätig wieder
seine Ausgangslage einnehmen kann, sowohl Sender und Empfänger als
auch die beiden Saugnapfhalter brauchen nicht neu justiert werden.
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Eine
weiterer Vorteil ist die beliebige Verstellbarkeit der Sender – Empfänger – Distanz
innerhalb des festgelegten Bereiches, wobei die genannten Eigenschaften
erhalten bleiben, bei Verwendung von Laserlicht entfällt zudem
auch die sonst übliche
Neufokussierung.
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Alle
bekannten optischen Lichtschrankensysteme etc. können eine solche Funktionskombination
nicht nahe legen.
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