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Die Erfindung betrifft ein motorisch betätigtes versenkbares Auto-
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fenster mit einer Einklemmsicherung, die einen entlang dem oberen
Rand der Glasscheibe angeordneten streifenförmigen elektrischen Leiter als kapazitiv
beeinflußbaren Berührungs- bzw. Annäherungssensor umfaßt, der Teil einer bei Annäherung
des Sensors an einen Körperteil den Antriebsmotor abschaltenden Steuerschaltung
ist.
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Wenn solche mit kapazitiven Berührungssensoren arbeitende Einklemmsicherungen
nicht nur bei unmittelbarem elektrisch leitendem Kontakt mit einem Körperteil, sondern
auch dann ansprechen sollen, wenn ein direkter leitender Kontakt nicht zustande
kommt, beispielsweise wenn der entsprechende Körperteil mit einem Kleidungsstück
bedeckt ist, muß die Schaltung eine verhältnismäßig hohe Empfindlichkeit aufweisen.
Dabei erhöht sich jedoch gleichzeitig die Gefahr, daß die Steuerschaltung auch auf
Störeinflüsse reagiert. Solche Störeinflüsse treten insbesondere durch Feuchtigkeitsniederschlag
auf der Glasscheibe und durch den kapazitiven Einfluß des Fensterrahmens auf, wenn
sich der Sensor dem Fensterrahmen nähert. Ebenso hat die Umgebungstemperatur einen
Einfluß auf die Schaltung und kann ebenfalls zu Störsignalen führen, die die Funktionstüchtigkeit
der Schaltung beeinträchtigen.
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Durch die DE-OS 31 11 684 ist bereits eine Steuerschaltung für eine
gattungsgemäße Einklemmsicherung bekannt geworden, die solche Störsignale als solche
erkennt und eliminiert. Bei dieser bekannten Steuerschaltung wird davon ausgegangen,
daß die Geschwindigkeit der Bedämpfungsänderung bei den meisten vorkommenden Störsignalen
wesentlich geringer ist als bei den eigentlichen Nutzsignalen. Dementsprechend umfaßt
diese bekannte Steuerschaltung einen Regelkreis, der solche Signale, bei denen die
Geschwindigkeit der Zunahme der Bedämpfung weniger als etwa lo % pro Sekunde beträgt,
als Störsignale erkennt und unwirksam macht.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Einklemmsicherung mit
einer Störerkennungsschaltung zu schaffen, die auch solche Störsignale als solche
erkennt, die mit einer Anderungsgeschwindigkeit der Bedämpfung auftreten, die mit
der Änderungsgeschwindigkeit der Bedämpfung bei den eigentlichen Nutzsignalen vergleichbar
ist.
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Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß auf der Glasscheibe
in einem von einem Körperteil nicht unmittelbar beeinflußbaren Bereich ein zweiter
streifenförmiger Leiter als kapazitiv beeinflußbarer elektrischer Sensor angeordnet
ist, der etwa die gleiche Kapazität wie der Annäherungssensor aufweist und der in
der Steuerschaltung mit dem Annäherungssensor so zusammenwirkt, daß die von den
beiden Sensoren gleichzeitig aufgenommenen Signale als Störsignale eliminiert werden.
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Die Erfindung macht sich das bekannte Prinzip einer sogenannten Kompensationsschaltung
zunutze und schlägt die gezielte Anwendung dieses Prinzips auf ein gattungsgemäßes
Autofenster mit einem kapazitiven Annäherungssensor vor. Überraschenderweise hat
es sich gezeigt, daß die erfindungsgemäße Anwendung dieses Kompensationsprinzips
selbst dann zu einer Ausschaltung der auf Feuchtigkeit und auf die Annäherung des
Berührungssensors an den oberen Rahmen des Fensters zurUckzuführenden Störeinflüsse
führt, wenn der zweite Sensor außerhalb der bei geschlossenem Fenster sichtbaren
Glasscheibenfläche angeordnet ist, nämlich unterhalb des unteren Randes des Fensterrahmens,
das heißt auf dem Teil der Glasscheibe, der ständig in dem Türschacht verbleibt
und auf diese Weise gegen den unmittelbaren Einfluß der Feuchtigkeit abgeschirmt
ist.
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Die Steuerschaltung für den Antriebsmotor umfaßt eine von den beiden
kapazitiv beeinflußbaren Sensoren angesteuerte Auswerteschaltung. In zweckmäßiger
Weiterbildung der Erfindung werden gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung
die beiden Sensoren mit
einer getakteten Gleichspannung versorgt,
und die Auswerteschaltung besteht aus einer Komparatorschaltung, die den Spannungsverlauf
der Spannungsimpulse an den beiden Sensoren miteinander vergleicht.
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Nach einer anderen Ausführungsform der Erfindung besteht die Auswerteschaltung
aus einer Brückenschaltung, bei der die beiden Sensoren in eine Gleichrichterbrücke
einbezogen werden und die Brückenausgangsspannung als Maß für das von den Störsignalen
befreite Nutzsignal dient.
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Die Auswertung des von der Komparatorschaltung oder von der Brückenschaltung
kommenden Ausgangssignals erfolgt im einfachsten Fall in bekannter Weise über einen
Spannungskomparator, der bei Erreichen eines einstellbaren Schwellwertes den Antriebsmotor
stillsetzt. In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist es jedoch auch möglich,
die Ausgangssignale der Auswerteschaltung nach Digitalisierung bei einer von Störsignalen
freien Programmierungsfahrt des Fensters über den gesamten Weg des Fensters für
jede Fensterposition im Speicher eines Mikrocomputers zu speichern und die bei jeder
späteren Schließbewegung des Fensters von der Auswerteschaltung gelieferten digitalisierten
Signale bei jeder Fensterposition im Mikrocomputer mit den für diese Position gespeicherten
Signalen zu vergleichen. Auf diese Weise werden die konstanten charakteristischen
Bedämpfungen der Sensoren durch die unveränderbare Geometrie der umgebenden Karosserieteile
für jedes Fenster individuell ermittelt und in optimaler Weise berücksichtigt.
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Die Erfindung wird anhand der Zeichnungen näher erläutert. Von den
Zeichnungen zeigt Fig. 1 die erfindungsgemäße Ausbildung einer fremdkraftbetätigten
Autoscheibe mit zwei kapazitiven Sensoren;
Fig. 2 eine nach dem
Pulslängenvergleich arbeitende elektronische Auswerteschaltung für die von den beiden
Sensoren kommenden Signale; Fig. 3 eine auf dem Prinzip einer Brückenschaltung beruhende
Auswerteschaltung für die von den beiden Sensoren kommenden Signale, und Fig. 4
eine mit einem Mikrocomputer ausgerüstete Steuerschaltung in schematischer Darstellung.
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In Fig. 1 ist eine versenkbare Glasscheibe 1 für eine Fahrzeugtür
dargestellt, die erfindungsgemäß mit einem Annäherungssensor 2 und einem Vergleichssensor
3 versehen ist. In ihrem unteren Randbereich ist an der Glasscheibe 1 eine Metallschiene
4 auf geeignete Weise befestigt, an der der elektrische Antriebsmotor über einen
Kurbeltrieb oder über ein anderes geeignetes mechanisches Kraftübertragungsglied
angreift, wodurch die Fensterscheibe 1 in die gewünschte Stellung verfahren wird.
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Der Annäherungssensor 2 ist entlang der oberen Kante der Glasscheibe
1 angeordnet. Im dargestellten Fall befindet sich der Sensor 2 auf dem sich an die
obere Begrenzungsfläche 5 anschließenden Randbereich der inneren Oberfläche 6 der
Glasscheibe. Es ist jedoch auch möglich, den Annäherungssensor 2 ganz oder teilweise
auf der oberen Begrenzungsfläche 5 anzuordnen. Der Annäherungssensor 2 besteht aus
einem eingebrannten elektrisch leitenden Email, das in druckfähiger Form auf die
Glasscheibe aufgedruckt oder in sonstiger Weise aufgetragen und im Zuge der Biege-
und/ oder Vorspannbehandlung für die Glasscheibe 1 aufgeschmolzen und eingebrannt
wird. Von dem Annäherungssensor 2 führt der Leitstreifen 7 zu der Kontaktfläche
8, mit der das zu der elektronischen Auswerteschaltung führende Anschlußkabel verbunden
wird. Leitstreifen 7 und Kontaktfläche 8 sind auf der Oberfläche 6 der Glasscheibe
1 angeordnet, bestehen aus demselben Material wie der
Annäherungssensor
2 und werden in demselben Druckvorgang wie der Annäherungssensor 2 auf die Glasscheibe
1 aufgetragen.
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Parallel zu der unteren Kante lo der Glasscheibe 1 ist im Abstand
von einigen Zentimetern von dieser der Vergleichssensor 3 angeordnet, der in eine
Kontaktfläche 11 mündet, mit der das zu der Auswerteschaltung führende Anschlußkabel
verlötet wird. Der Vergleichssensor 3 ist in seiner Breite so ausgelegt, daß er
eine Kapazität aufweist, die mit der Kapazität des Annäherungssensors 2 vergleichbar
ist. Vorzugsweise weist er dieselbe Kapazität auf wie dieser. Der Vergleichssensor
3 besteht ebenso wie die Kontaktfläche 11 aus demselben Material wie der Annäherungssensor
2 und wird in demselben Druckvorgang wie dieser auf die Glasscheibe aufgebracht.
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Die strichpunktierte Linie I-I stellt die Begrenzungslinie für den
unteren Teil der Glasscheibe 1 dar, der auch bei vollständig geschlossenem Fenster
unterhalb des Sichtbereiches der Glasscheibe liegt, das heißt unterhalb der Begrenzung
des Fensterrahmens. Der Vergleichssensor 3 verläuft im Abstand von einigen Zentimetern,
beispielsweise im Abstand von o bis 3 cm, parallel zu dieser Linie I-I und bleibt
auf diese Weise auch bei vollständig geschlossenem Fenster immer unsichtbar.
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Annäherungssensor 2 und Vergleichssensor 3 werden über ihre jeweiligen
Anschlußpunkte 8 und 11 mit einer elektronischen Auswerteschaltung verbunden, die
die Störsignale eliminiert. Da verschiedene Auswerteschaltungen denkbar sind, werden
nachfolgend zwei Ausführungsbeispiele für eine solche Auswerteschaltung im einzelnen
beschrieben.
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Bei dem ersten, in Fig. 2 dargestellten Ausführungsbeispiel findet
als Auswerteschaltung 12 eine Komparatorschaltung Anwendung, die
nach
dem Prinzip des Pulslängenvergleichs arbeitet. Die beiden Sensoren 2 und 3 werden
über ihre Anschlußpunkte 8 bzw. 11 von einem Rechteckgnerator 14 mit einer getakteten
Gleichspannung versorgt. Die Sensoren 2 und 3 sind durch ihre Ersatzwerte R2 und
C2 bzw. R3 und C3 dargestellt. Der Rechteckgenerator 14 ist z.B. als RC-Generator
ausgebildet. Die Ankopplung an die Sensoren erfolgt über die Kondensatoren C5 bzw.
C6. Die Dioden D1 und D2 sorgen dafür, daß keine negative Spannungskomponente auftritt.
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Zur Auswertung wird die Variation der Ladezeitkonstanten der beiden
Sensoren (R2,C2; R3;C3) benutzt. Zu diesem Zweck überwacht ein Komparator K1 den
Spannungsverlauf am Anschlußpunkt 8 des Annäherungssensors 2, und ein identisch
aufgebauter Komparator K2 überwacht den Spannungsverlauf am Anschlußpunkt 11 des
Vergleichssensors 3. Die Ausgänge der beiden Komparatoren K1 und K2 schalten ein
RS-Flip-Flop FF.
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Der zeitliche Verlauf der Spannungen an den Punkten pl, p2, p3 und
p4 der Schaltung ist für den Fall, daß der Annäherungssensor 2 bedämpft ist, in
den Diagrammen 2a bis 2d wiedergegeben. In diesen Diagrammen bedeutet To den Startzeitpunkt
des von dem Rechteckgenerator 14 gelieferten positiven Rechteckimpulses, Uo die
Ausgangsspannung des Generators 14, UK die Komparator-Umschaltspannung, T1 den Zeitpunkt,
in dem sich der Annäherungssensor 2 (R2,C2) wieder bis auf UK entladen hat, und
T2 den Zeitpunkt, in dem sich der Vergleichssensor 3 (R3,C3) wieder bis auf UK entladen
hat.
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Während das Diagramm 2a die Ausgangsspannung des Rechteckgenerators
14 im Punkt pl darstellt, zeigt Diagramm 2b die Eingangsspannung des Komparators
K1 im Punkt p2, Diagramm 2c die Eingangsspannung des Komparators K2 im Punkt p3,
und Diagramm 2d die Ausgangsspannung des Flip-Flop FF in Punkt p4.
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Im Zeitpunkt To werden die Komparatoren K1 und K2 sofort durchgeschaltet,
da die der Ausgangsspannung UO des Generators 14 entsprechenden Eingangsspannungen
an den Komparatoren größer sind als die Komparator-Umschaltspannungen UK. Der Komparator
K1 schaltet im Zeitpunkt T1 wieder in den Ruhezustand zurück, wenn sich das RC-Glied
des Annäherungssensors 2 wieder auf UK entladen hat, während der Komparator K2 im
Zeitpunkt T2 wieder in den Ruhezustand zurückschaltet. Die Zeitpunkte T1 und T2
variieren in Abhängigkeit von den Kapazitäten C2 bzw. C3 und von den Verlustwiderständen
R2 bzw. R3, das heißt in Abhängigkeit von den Bedämpfungsbedingungen, die an den
beiden Sensoren herrschen. Da die Verlustwiderstände R2 und R3 eine wesentlich größere
Anderung erfahren als die Kapazitäten C2 und C3, handelt es sich im wesentlichen
um die Variation der Verlustwiderstände, auf die die Auswerteschaltung reagiert.
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Das negierte Ausgangssignal des Komparators K1 wird einem Setzeingang
S des Flip-Flop FF zugeführt, und das negierte Ausgangssignal des Komparators K2
einem Rücksetzeingang R des Flip-Flop FF. Die hintere Schaltflanke der Komparatoren
K1 und K2 zum Zeitpunkt T1 und T2 bewirken ein Setzen bzw. Rücksetzen des Flip-Flops
FF.
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Hierbei ist der R-Eingang dem S-Eingang übergeordnet, so daß das Flip-Flop
FF nicht mehr gesetzt werden kann, wenn bereits das Rücksetzsignal ansteht. Dadurch
wird verhindert, daß ein Stop-Signal am Ausgang Q des Flip-Flop FF entsteht, wenn
T2 zeitlich früher erscheint als T1, wie es im Normalfall, d.h. bei unbedämpften
Annäherungssensor, auftritt.
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Der Kanal des Annäherungssensors 2 ist im Aufbau und in seiner Auslegung
dem Kanal des Vergleichssensors 3 gleich. Tritt bei beiden Sensoren 2 und 3 die
gleiche Bedämpfung auf, so ändern sich T2 und T1 gleichzeitig um das gleiche Maß,
und das Flip-FLop FF bleibt im Ruhezustand. Eine solche gleiche Bedämpfung der beiden
Sensoren tritt z.B. auf, wenn die Scheibe feucht oder naß ist,
oder
wenn sich beide Sensoren gleichzeitig einem Rahmenteil nähern. Wenn sich dagegen
der Annäherungssensor 2 einem Körperteilnähert, wird nur T1 verändert, und zwar
wird T1 wegen der Verkleinerung des Verlustwiderstandes R2 zu kürzeren Zeiten verschoben.
In diesem Fall schaltet das Flip-FLop FF um, bis das Signal im Zeitpunkt T2 erscheint
und es wieder zurücksetzt. Das dadurch im Punkt p4 am Ausgangs Q des Flip-Flop FF
erscheinende Signal (Diagramm 2d) wird dazu benutzt, um in die Steuerschaltung für
den Antriebsmotor des Fensters einzugreifen und den Antriebsmotor still zusetzen.
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Eine Auswerteschaltung 15, die nach dem Prinzip einer BrUckenschaltung
arbeitet, ist in der Fig. 3 im einzelnen dargestellt.
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Bei dieser Auswerteschaltung 15 ergibt sich je nach der Größe der
Werte von R2,C2 bzw. R3,C3 eine positive oder negative Brückenaussgangsspannung,
bezogen auf einen gewählten Nullpunkt. Die Abweichung vom Nullpunkt ist ein Maß
für die Bedämpfung der Sensoren.
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Die beiden durch ihre Ersatzschaltung R2,C2 und R3,C3 dargestellten
Sensoren 2 und 3 werden wiederum von einem Rechteckgenerator 14 mit Rechteckspannungsimpulsen,
beispielsweise mit einer Frequenz von 1,6 bis 2 MHz, versorgt. Die Ankopplung dieser
Spannung an die beiden Sensoren erfolgt wiederum über die Koppelkondensatoren C5
bzw. C6, während die Ankopplung der beiden Sensoren an die Auswerteschaltung über
die Koppel kondensatoren C7 und C8 erfolgt.
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Die Auswerteschaltung besteht aus zwei identisch aufgebauten Kanälen,
von denen der von dem Annäherungssensor 2 angesteuerte Kanal die Diode D1, den Widerstand
R6 und die Diode D2, und der von dem Vergleichssensor 3 angesteuerte Kanal die Diode
D3, den Widerstand R7 und die Diode D4 umfaßt. Diese beiden Kanäle steuern einen
Verstärker V1 an.
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Der Verstärker V2 liefert eine Referenzspannung von etwa der halben
Betriebsspannung und versucht, diese Referenzspannung stabil beizubehalten. Jede
Bedämpfung der beiden Sensoren 2 und 3 bringt diesen Referenzspannungspunkt für
einen Augenblick -aus dem Gleichgewicht.
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Der Verstärker V1 ist ein Operationsverstärker mit einem Rückkopplungswiderstand
R8 und einem Kondensator C9 zur Verringerung der Verstärkung und zur Erniedrigung
der oberen Frequenzgrenze.
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Das am Ausgang des Verstärkers V1 erscheinende Signal kann in der
einfachsten Weise dazu benutzt werden5 den Antriebsmotor für die Fensterscheibe
abzuschalten. In diesem Fall erfolgt die Auswertung des analogen Ausgangssignals
über einen Spannungskomparator, der bei Erreichen eines Schwellwertes den Antriebsmotor
abschaltet.
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Besonders vorteilhaft ist es jedoch, wenn die Auswertung des analogen
Ausgangssignals des Verstärkers V1 mit Hilfe eines lernfähigen Mikrocomputers erfolgt,
mit dem jede mit den erfindungsgemäßen Sensoren versehene Fensterscheibe auf die
individuellen Bedingungen jeder Fensterscheibe geeicht werden kann. Dabei ermittelt
das System in Abhängigkeit von den Bedämpfungsbedingungen, die durch den Rahmen,
die Karosserie usw. gegeben sind, bei jeder Position der Fensterscheibe den entsprechenden
Dämpfungswert.
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Eine Schaltung, bei der die Auswertung des Ausgangssignals der Auswerteschaltung,
beispielsweise der Auswerteschaltung 15 der anhand der Fig. 3 beschriebenen Ausführungsform,
durch einen solchen Mikrocomputer erfolgt, ist in Fig. 4 schematisch dargestellt.
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Das Ausgangssignal der Auswerteschaltung 15 wird als digitalisiertes
Signal dem lernfähigen Mikrocomputer 18 zugeführt und in diesem Mikrocomputer 18
in Abhängigkeit von der jeweiligen Stellung der Fensterscheibe 1 gespeichert.
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Zur Erfassung der Stellung der Fensterscheibe 1 dient ein Rotationsimpulsgeber
20, der mit dem Antriebsmotor 21 für die Fensterscheibe über die Motorwelle 22 starr
gekoppelt ist. Voraussetzung ist, daß der Antriebsmotor 21 mit der Glasscheibe 1
über ein Getriebe starr verbunden ist, so daß jede Umdrehungszahl des Motors 21
einer bestimmten Stellung der Fensterscheibe 1 entspricht. Die von dem Rotationsimpulsgeber
20 gelieferten Ausgangssignale, die dem Mikrocomputer 18 zugeführt werden, werden
in diesem Mikrocomputer gezählt, und jede Impuls-Anzahl entspricht einer bestimnten
Stellung der Fensterscheibe 1. Um die Drehrichtung des Motors 21 zu berücksichtigen,
werden von dem Rotationsimpulsgeber 20 bei jeder Umdrehung zwei Impulse gegeben,
wobei die Reihenfolge der beiden Impulse von der Drehrichtung abhängt. Bei dem schematisch
dargestellten Rotationsimpulsgeber 20 werden die Impulse durch zwei magnetisch beeinflußbare
Kontakte 23 und 24, sogenannte Reedkontakte, gegeben, die von dem mit der Motorwelle
gekoppelten Magneten 25 betätigt werden. Die beiden Kontakte 23, 24 sind in Drehrichtung
zueinander versetzt angeordnet, so daß die Art ihrer Aufeinanderfolge den Drehrichtungssinn
des Motors 21 angibt. Je nach der Drehrichtung werden die Signale in dem Mikrocomputer
18 aufsummiert oder subtrahiert.
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Für die Speicherung der von Störeinflüssen freien Bedämpfung der Sensoren
ist eine einmalige Programmierungsfahrt erforderlich.
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Hierbei werden in dem Mikrocomputer 18 die den einzelnen Stellungen
der Glasscheibe auf die beschriebene Weise zugeordneten digitalisierten Signale
gespeichert. Bei dieser Programmierungsfahrt darf selbstverständlich eine zusätzliche
Bedämpfung der Sensoren durch andere Einflüsse als durch die durch die Karosserie
gegebenen unveränderlichen Einflüsse nicht erfolgen.
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Von dem Mikrocomputer 18 werden die Signaländerungen, die sich durch
eine zusätzliche Bedämpfung des Annäherungssensors 2 beispielsweise durch einen
Körperteil ergeben, überwacht, indem
der Mikrocomputer 18 jedes
aktuelle Signal bei jeder Fensterstellung mit dem für diese Fensterstellung abgespeicherten
Signal vergleicht. Ergibt sich dabei eine ein bestimmtes einstellbares Maß überschreitende
Differenz, dann erkennt der Mikrocomputer 18 diese Spannungsdifferenz als eine direkte
oder indirekte Bershrung des Annäherungssensors 2 mit einem Körperteil und veranlaßt,
daß der Motor 21 über das Schaltrelais 26 und den zugehörigen Von takt 27 abgeschaltet
wird.
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Selbstverständlich ist es auch möglich, eine anhand der Fig. 4 beschriebene
Schaltung vorzusehen, wenn an Stelle der Auswerteschaltung 15 eine Auswerteschaltung
12 verwendet wird, wie sie anhand der Fig. 2 beschrieben ist. In diesem Fall ist
eine Digitalisierung des Ausgangssignals der Auswerteschaltung 12 nicht erforderlich,
weil das Ausgangssignal bereits als Digitalsignal anfällt.
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- L e e r s e i t e -