DE69624124T2 - Verfahren und vorrichtung zur erfassung der distanz zwischen einem ersten objekt und einem zweiten objekt - Google Patents

Description

• Verfahren und Vorrichtung zur Erfassung der Distanz zwischen einem ersten Objekt und einem zweiten Objekt Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Erfassung der Distanz zwischen einem ersten Objekt und einem zweiten Objekt, die relativ zueinander bewegt werden, und zur Auslösung oder Erleichterung einer vorbestimmten Aktion oder vorbestimmter Aktionen, wenn die genannte Distanz einen Wert, einschließlich null, erreicht hat.
• In vielen Situationen, Anwendungen und Verfahren ist es nützlich und häufig erforderlich, daß eine gewisse Aktion oder gewisse Aktionen ausgelöst oder erleichtert werden, wenn ein Objekt während der relativen Bewegung der zwei Objekte eine gewisse Distanz von einem anderen Objekt erreicht.
• In WO 93/12511 ist eine Schaltung zur Steuerung und zum Anhalten der Bewegung gefährlicher sich bewegender Teile offenbart. Die Schaltung umfaßt eine mit einem sich bewegenden Teil verbundene und mit einer abstimmbaren Schaltung gekoppelte Antenne zur Steuerung einer Sicherheitsausrüstung. Die Resonanzfrequenz der elektrischen Schaltung wird verändert, wenn z. B. der Körper des Bedieners innerhalb eine vorbestimmte kritische Distanz von dem sich bewegenden Teil kommt. Die Bewegung des sich bewegenden Teils wird nach Detektion einer Resonanzfrequenzänderung oberhalb einem gewissen Wert angehalten.
• In WO 93/12511 bringt das zu schützende Objekt eine Änderung der Resonanzfrequenz der elektrischen Schaltung mit sich. Es ist wichtig festzustellen, daß das zu schützende Objekt nicht Teil eines Signalwegs eines Anzeigesignals für die Distanz zwischen dem Objekt und dem aktiven Teil ist.
• Es ist ein Nachteil des in WO 93/12511 offenbarten Systems, daß Objekte, die nicht vor einer Wechselwirkung mit dem sich bewegenden Teil geschützt werden sollen, tatsächlich ebenfalls Änderungen in der Resonanzfrequenz der elektrischen Schaltung mit sich bringen. Auf diese Weise ist es unmöglich, verschiedene Objekte voneinander zu unterscheiden. Dabei kann die Bewegung des sich bewegenden Teils bei Anwesenheit eines Objekts angehalten werden, selbst wenn das sich bewegende Teil seine Bewegung fortsetzen sollte, z. B. um das Objekt zu bearbeiten. Obwohl in WO 93/12511 (Tabelle A, S. 11) offenbart ist, daß der menschliche Körper die Frequenzänderung 15 mal so stark wie z. B. Holz beeinflußt, sollte beachtet werden, daß dieser Vergleich für Objekte gleicher Größe gilt. So kann ein großes Stück Holz eine größere Frequenzänderung verursachen als ein Finger eines Bedieners. Dies macht es schwierig - wenn nicht unmöglich - eine Schwellenfrequenzänderung auszuwählen, welche das Anhalten des sich bewegenden Teils bestimmt. Als eine Folge wird die Einstellung einer Schwellendistanz ebenfalls schwierig - wenn nicht unmöglich.
• Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, dieses Problem zu lösen, indem ein Schutzarbeitsschritt, wie etwa das Anhalten des sich bewegenden Teils, nur dann ausgelöst wird, wenn das zu schützende Objekt - und nicht irgendein anderes Objekt - gefährlich nahe an den aktiven Teil kommt.
• In US 2 131 291 ist ein System offenbart zur Benachrichtigung eines Bedieners eines Baggers mit einem Aushubwerkzeug, wenn das Werkzeug sich einem Wartungsangehörigen nähert, so daß ein Schaden für den Wartungsangehörigen verhindert werden kann. Als eine Anzeige der Distanz zwischen dem Aushubwerkzeug und dem Wartungsangehörigen verwendet das System in US 2 131 291 den Widerstand der Erde zwischen dem Aushubwerkzeug und dem Wartungsangehörigen.
• Es ist ein Nachteil des in US 2 131 291 offenbarten Systems, daß das Aushubwerkzeug und der Wartungsangehörige galvanisch miteinander verbunden werden müssen, so daß ein Widerstand zwischen ihnen gemessen werden kann.
• Es ist ein weiterer Nachteil des in US 2 131 291 offenbarten Systems, daß der Widerstand von Erde stark von der Art des fraglichen Bodens, der Temperatur des Bodens, dem Feuchtigkeitsgehalt des Bodens, etc. abhängt, was die Distanzbestimmung des Systems sehr ungenau und damit die Verwendung des Systems sehr beschwerlich macht.
• Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, diese Probleme durch die Verwendung eines nicht-widerstandsbasierten Signals für eine Distanzerfassung zu überwinden, wobei der Einfluß von Parametern widerstandsbehafteter Materie auf die Distanzbestimmung, eliminiert wird, was zu sehr genauen Distanzbestimmungen führt.
• Es ist eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zur automatischen Erfassung der Erreichung einer gewissen Distanz und zum automatischen Auslösen oder Erleichtern dieser gewissen Aktion oder dieser Aktionen zur Verfügung zu stellen.
• Gemäß der Erfindung wird dies durch das Verfahren nach Anspruch 1 erreicht.
• Eines der Objekte kann ein Teil eines menschlichen Körpers oder ein elektrisches Kabel oder jedes andere zur Durchführung des Verfahrens geeignete Objekt sein.
• Das Verfahren weist ein Objekt auf, das eine Schaltung schließt oder unterbricht, indem das erste Objekt zwischen zwei Punkte gebracht wird, die jeweils mit einem Generator (zum Beispiel einem Griff) und einem Empfänger (zum Beispiel einem Mittelstück einer Kettensägenkette) verbunden sein können. Das erste Objekt kann auch zwischen die Erde und eine erdungsempfindliche elektronische Einrichtung (zwischen dem Boden und einer Sägeklinge) oder zwischen die Platten eines Kondensators, in magnetische oder elektromagnetische Felder oder in Zusammenhang mit einer Entladung statischer Elektrizität eingebracht werden.
• Das Objekt (zum Beispiel ein Teil eines menschlichen Körpers) kann somit entweder - im ersten Fall weiter oben - als ein Kontaktelement in Verbindung mit einem relativ kurzen Schaltkreis (wie einem elektrischen Leiter) oder in den letzteren Fällen weiter oben - als eine Störung/Änderung eines vorhandenen Feldes wirken.
• Dies kann durch den körperlichen Kontakt mit zwei Punkten (zum Beispiel zwei Sicherheitskontakten (zum Beispiel einem sogenannten Sicherheitsschalter) oder einem anderen Schutz für zwei Griffe - zum Beispiel einem Handschneide- oder Schleifwerkzeug oder einer Heckenschneidemaschine) oder in einer definierten Distanz - zum Beispiel der kleinsten Distanz/Sicherheitsdistanz zwischen einem gefährlichen Werkzeugteil und einem Teil eines menschlichen Körpers implementiert werden.
• Insbesondere betrifft diese Erfindung ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Schutz eines Objekts, wie zum Beispiel eines Teils eines menschlichen Körpers oder eines elektrischen Kabels vor der Tätigkeit eines aktiven Teils einer Vorrichtung/ wie zum Beispiel eines Handmotorwerkzeugs, einer ortsfesten Verarbeitungsmaschine, einer Baggerausrüstung und ähnlichem.
• In Verbindung mit einer derartigen Vorrichtung passieren viele Unfälle, die als Folge eines unbeabsichtigten Kontakts zwischen dem aktiven Teil und dem Objekt Schaden an Menschen und materiellen Objekten anrichten. Dies ist zum Beispiel der Fall in Verbindung mit der menschlichen Bedienung einer großen Vielfalt an Werkzeugen, Ausrüstungen und Verarbeitungsvorrichtungen, wo es für einen Teil eines menschlichen Körpers notwendig oder möglich ist, in den Aktionsbereich des aktiven Teils einzutreten oder wo der aktive Teil in einen unbeabsichtigten Eingriff mit einem Objekt, wie zum Beispiel ein in eine Wand eines Gebäudes oder in den Boden eingebettetes Rohr, kommen kann.
• Viele Verfahren und Vorrichtungen wurden vorgeschlagen, um dieses Problem zu lösen oder die Gefahr eines ernsthaften Schadens zu verringern. Darunter können die Anordnung eines Lichtstrahlvorhanges zwischen dem aktiven Teil und dem Objekt, der auf die Unterbrechung eines Teils des Lichtstrahlvorhanges durch das Objekt oder den aktiven Teil reagiert, wobei ein elektromagnetisches Feld um das Objekt gebildet wird, das ein Signal an eine in der Nachbarschaft des aktiven Teils angeordnete Antenne ergibt, und so weiter erwähnt werden.
• Diese bekannten Verfahren und Vorrichtungen können unter bestimmten Umständen ganz gut funktionieren, aber sie schränken gewöhnlich die Flexibilität in der Anwendung der fraglichen Vorrichtung und die Mobilität der Vorrichtung und dessen Bedieners ein.
• Es ist wichtig, daß das Schutzsystem schnell und zuverlässig funktioniert, während es so hohe Flexibilität und Mobilität wie möglich erlaubt.
• Es ist ein weiterer Zweck der Erfindung, ein Verfahren der angedeuteten Art zur Verfügung zu stellen, das in Verbindung mit einer elektrisch betriebenen ebenso wie mit einer durch andere Energiequellen betriebenen Vorrichtung angewendet werden kann, wobei die Vorrichtung eine in der Hand zu haltende, eine ortsfeste oder eine mobile sein kann. Die Vorrichtung können zum Beispiel Kreissägen, Nestsägen, Kettensägen, Heckenschneider oder Scheren, andere Gartengeräte, Hobel, Planierhämmer, Schneide-, Bohr-, Bearbeitungs-, Biege- und Stanzmaschinen, Nagelpistolen, automatische Türen, Industrieroboter, Haushalts-, Industrie- und Landwirtschaftsmaschinen ebenso wie jegliche andere Vorrichtungen mit möglicherweise gefährlichen aktiven Teilen sein.
• Der Zweck wird gemäß der Erfindung durch ein Näherungssignal erreicht, das zwischen einem Sendesystem und einem Empfangssystem übertragen wird, wobei das Objekt und der aktive Teil jeweils einen Teil eines jeweiligen der Systeme bilden, wobei das Näherungssignal derart gesendet und empfangen wird, daß Schutzaktionen zum Schutz des Objekts vor dieser Aktion ausgelöst werden, wenn die im wesentlichen kürzeste Distanz zwischen dem aktiven Teil und dem Objekt einen hinreichend kleinen Wert hat.
• Der genannte Wert kann vorbestimmt, fest, veränderbar, überprüfbar oder einstellbar sein, oder er kann sich entsprechend den speziellen Situationsumständen selbst bestimmen.
• Es ist wichtig, daß die Schutzarbeitsschritte derart gewählt werden, daß für jede Art von Vorrichtung und für die verschiedenen möglichen Anwendungen jeder derartigen Art eine optimale Kombination aus Sicherheit und Durchführbarkeit erreicht wird. Entsprechend können die Schutzarbeitsschritte mindestens einen der folgenden Arbeitsschritte aufweisen:
• - die Energiezufuhr für mindestens einen Teil der Aktion des aktiven Teils wird unterbrochen,
• - mindestens ein Teil der Aktion des aktiven Teils wird gebremst,
• - mindestens ein Teil der Aktion wird verändert,
• - der aktive Teil oder das Objekt oder beide werden in eine vorbestimmte Richtung oder vorbestimmte Richtungen verschoben,
• - Sperreinrichtungen werden in eine vorbestimmte Position relativ zum aktiven Teil oder dem Objekt oder zu beiden verschoben,
• - Einrichtungen zur Verbesserung der Auswirkungen der genannten Aktion auf das Objekt werden ausgelöst, und
• - ein hörbarer und/oder sichtbarer und/oder ein fühlbarer Alarm wird erzeugt.
• Wenn die Aktion des aktiven Teils eine kleine Menge an Trägheit mit sich bringt, wird es auf diese Weise ausreichen, die Energieversorgung dieser Aktion zu unterbrechen, während eine große Trägheit eine eindeutige Bremsaktion erfordert, um ernsthaften Schaden zu vermeiden. Bremsen wird in bezug auf Kettensägen, Heckenschneider und ähnlichem notwendig sein, während die Unterbrechung der Energieversorgung im Fall von hydraulischen Pressen, Automatiktüren, Biegemaschinen und ähnlichem ausreicht.
• Obwohl verschiedene wesentliche Eigenschaften des gesendeten und empfangenen Signals, wie etwa eine Zeitverzögerungsdifferenz zwischen zwei wesentlichen Signaleigen¬ schaften, verwendet werden können, um die Sicherheitsdistanz anzuzeigen, wird ein besonders einfaches und zuverlässiges erfindungsgemäßes Verfahren erhalten durch die Intensität des empfangenen Näherungssignals, welche die im wesentlichen kürzeste Distanz zwischen dem Objekt und dem aktiven Teil anzeigt, und/oder durch die Frequenz von im wesentlichen regelmäßigen Schwingungen des Näherungssignals, welche die im wesentlichen kürzeste Distanz zwischen dem Objekt und dem aktiven Teil anzeigt.
• Bevorzugt enthält das gesendete Näherungssignal einen Kode, um das Näherungssignal von bedeutungslosen Fremdsignalen, die das Empfangssignal empfängt, zu unterscheiden. Hiermit wird sichergestellt, daß nur das Näherungssignal Anlaß zu Schutzaktionen gibt.
• Gemäß der Erfindung wird das gesendete Näherungssignal kapazitiv übertragen.
• Das erfindungsgemäße Verfahren weist bevorzugt die folgenden Schritte auf:
• - Anlegen einer Wechsel Spannung an den aktiven Teil oder das Objekt,
• Vergleichen einer Referenzschwellenspannungsamplitude mit den Spannungsamplituden jedes Verschiebungsstroms, der von der Wechselspannung kapazitiv durch den anderen Teil - das Objekt bzw. der aktive Teil - übertragen wird, und
• - Aktivieren der Schutzarbeitsschritte, falls eine der aktuellen Spannungsamplituden größer als die Schwellenspannungsamplitude ist.
• Hiermit wird ein besonders einfaches, zuverlässiges und wirksames erfindungsgemäßes Verfahren erzielt, das die Verwendung von relativ schwachen und relativ einfach unterscheidbaren Signalen erlaubt, welche, wie im folgenden beschrieben, auf vielfältige nützliche Weise verändert werden können.
• In einem Schutzverfahren der erwähnten Art ist es äußerst wichtig, daß so weit wie möglich sichergestellt wird, daß das Sicherheitssystem betriebsbereit ist, so daß kein falsches Sicherheitsgefühl vermittelt wird, falls das Sicherheitssystem aus irgendeinem Grund außer Betrieb genommen wurde. Die Aktion des aktiven Teils kann daher gemäß der Erfindung nur vorteilhaft ausgelöst werden, wenn das Näherungssignal mit einer Intensität oberhalb einer vorbestimmten Kontrollintensität empfangen wird und/oder eine automatische Kontrollroutine der Schutzbetriebe anzeigt, daß sie in der Lage sind, richtig zu funktionieren.
• Vorteilhafterweise werden ein oder mehrere Schutzarbeitsgänge ausgelöst, wenn die Intensität des empfangenen Näherungssignals unter eine vorbestimmte Kontrollintensität sinkt. Hiermit löst eine unannehmbare Schwächung des Signals Schutzmaßnahmen aus, die den möglichen Schaden verringern oder beseitigen, der durch den aktiven Teil bewirkt werden kann, wenn er in Betrieb ist.
• Vorteilhafterweise wird von dem Sendesystem ein zweites Signal gesendet, wobei die Aktion des aktiven Teils nicht gestartet wurde, oder unterbrochen wird, falls sie bereits gestartet wurde, wenn das zweite Signal von dem Empfangssystem nicht empfangen wird und/oder eine automatische Kontrollroutine der Schutzarbeitsgänge anzeigt, daß sie nicht in der Lage sind, richtig zu funktionieren. Hiermit wirkt das zweite Signal als ein Prüfsignal, um zu prüfen, daß das Sicherheitssystem betriebsbereit ist. Dieses Signal kann einen größeren wirksamen Bereich oder Intensität haben als das Näherungssignal.
• Vorteilhafterweise kann die Wechsel Spannung eine vorbestimmte konstante Frequenz haben, wobei der Amplitudenvergleich im wesentlichen auf diese Frequenz beschränkt ist.
• Gemäß der Erfindung kann der Verschiebungsstrom vor dem Vergleich gefiltert werden, um Wechsel stromkomponenten mit einer anderen Frequenz als der vorbestimmten Frequenz zu dämpfen. Hiermit werden Fremdsignale nicht ohne weiteres Anlaß zur unerwünschten Auslösung von Schutzarbeitsschritten geben.
• Vorteilhafterweise kann das erfindungsgemäße Verfahren die folgenden weiteren Schritt aufweisen:
• - Überlagern einer kodierten Folge von Spannungsspitzen über die Wechsel Spannung,
• - Überwachen der Wechselspannung zur Erkennung der kodierten Folge, und
• - Anwenden dieser Erkennung als eine Voraussetzung für das Ermöglichen der genannten Auslösung von Schutzarbeitsschritten. Hiermit wird die Möglichkeit unerwünschter Auswirkungen von Fremdsignalen weiter verringert.
• Der aktive Teil kann ein Klingenteil eines Hecken¬ schneide-Motorwerkzeugs sein, und das Objekt kann das Stromkabel sein, das das Werkzeug mit einer Spannungsquelle verbindet. Viele andere Anwendungen sind möglich, und der Schutz des Stromkabels einer Heckenschere ist angesichts der großen Anzahl derartiger Werkzeuge im Betrieb eine der sehr wünschenswerten Anwendungen. Das Verfahren kann auf neue Heckenscheren oder auf die Nachrüstung vorhandener Heckenscheren angewendet werden. Das Verfahren kann auch auf eine Kettensäge angewendet werden, wobei das Objekt ein Teil eines menschlichen Körpers ist und der aktive Teil, ein Klingenteil der Säge ist.
• Ein besonders einfaches und wirksames Verfahren wird dadurch erreicht, daß das Stromkabel neben den Leitern zum Zuführen des Stroms von der Spannungsquelle überdies einen Leiter lediglich zum Senden und Empfangen des Näherungssignals aufweist.
• Das Objekt kann ein Leiter, wie etwa ein elektrisches Kabel oder ein Metallrohr sein, die in eine Gebäudewand oder in den Boden eingebettet sind. In diesen Fällen können der aktive Teil Bohrer, Baggerschaufeln und so weiter sein.
• Die Erfindung betrifft auch eine Vorrichtung zur Erfassung der Distanz zwischen einem ersten Objekt und einem zweiten Objekt, die relativ zueinander bewegt werden und zur Auslösung oder Erleichterung einer vorbestimmten Aktion oder vorbestimmter Aktionen, wenn diese Distanz einen Wert einschließlich null erreicht hat.
• Gemäß der Erfindung wird dies durch die Vorrichtung nach Anspruch 17 erzielt.
• Die erfindungsgemäße Vorrichtung kann zum Schutz eines Objekts/ zum Beispiel eines Teils eines menschlichen Körpers, vor der Tätigkeit eines aktiven Teils einer Vorrichtung, wie etwa eines Hand-Motorwerkzeugs, einer ortsfesten Verarbeitungsmaschine, von Baggerausrüstungen und ähnlichem, gedacht sein, wobei ein Näherungssignal zwischen ei¬ nem Sendesystem und einem Empfangs System übertragen wird, und gemäß der Erfindung weist die Vorrichtung auf: eine Generatoreinrichtung zum Erzeugen des Näherungssignals, eine Sendeeinrichtung zum Senden des Signals, wobei das Objekt oder der aktive Teil einen Teil der Sendeeinrichtung bildet, eine Empfangseinrichtung zum Empfang des Näherungssignals, wobei der andere - das Objekt oder der aktive Teil - einen Teil der Empfangseinrichtung bildet, eine Schutzeinrichtung zum Schutz des. Objekts vor der Tätigkeit, eine Überwachungseinrichtung zum fortlaufenden Überwachen des empfangenen Näherungssignals zur Erkennung seiner vorbestimmten Freigabebedingungen und eine Auslöseeinrichtung zum Auslösen der Schutzeinrichtung, wenn die Freigabebedingungen von der Überwachungseinrichtung erkannt werden. Die Auslösebedingungen können, neben vorbestimmten Bedingungen zum Auslösen der Schutzeinrichtung vorbestimmte Bedingungen für die Funktion des Systems selbst aufweisen.
• Bevorzugt weist die Schutzeinrichtung der erfindungsgemäßen Vorrichtung mindestens eine der folgenden Einrichtungen auf:
• - eine Abschalteinrichtung, um mindestens einen Teil der Spannungsversorgung des aktiven Teils abzuschalten,
• - eine Bremseinrichtung, um mindestens einen Teil der Aktion des aktiven Teils abzubremsen,
• - eine Verschiebungseinrichtung zum Verschieben des aktiven Teils oder des Objekts oder von beiden in einer vorbestimmten Richtung oder vorbestimmten Richtungen,
• - eine Sperreinrichtung, um in eine vorbestimmte Position relativ zu dem aktiven Teil oder dem Objekt oder beiden verschoben zu werden, und
• - eine Warneinrichtung zur Aussendung eines hörbaren und/oder eines sichtbaren und/oder eines fühlbaren Alarms.
• Gemäß der Erfindung kann die Generatoreinrichtung eine Einrichtung zum Anlegen einer Wechsel Spannung an den aktiven Teil oder das Objekt aufweisen, die Überwachungseinrichtung kann eine Einrichtung zum Vergleichen einer Referenzschwellenspannungsamplitude mit den Spannungsamplituden jedes Verschiebungsstroms aufweisen, der von der Wechselspannung durch den anderen Teil - den aktiven Teil oder das Objekt - kapazitiv übertragen wird, und die Auslöseeinrichtung kann eine Einrichtung zum Auslösen der Schutzeinrichtung aufweisen, wenn eine der aktuellen Spannungsamplituden größer als die Schwellenspannungsamplitude ist.
• Vorteilhafterweise kann die Wechsel Spannung eine vorbestimmte konstante Frequenz haben, wobei der Amplitudenvergleich im wesentlichen auf diese Frequenz beschränkt ist.
• Bevorzugt weisen die Überwachungseinrichtungen Filtereinrichtungen zum Filtern des Verschiebungsstroms vor dem Vergleich auf, um Wechselstromkomponenten mit einer anderen Frequenz als der vorbestimmten konstanten Frequenz zu dämpfen.
• Um eine besonders zuverlässige erfindungsgemäße Vorrichtung zur Verfügung zu stellen, weist die Generatoreinrichtung ferner eine Kodiereinrichtung zur Überlagerung einer kodierten Folge von Spannungsspitzen über die Wechselspannung auf, die Überwachungseinrichtung weist ferner auf: eine Erkennungseinrichtung, um zu versuchen, diese kodierte Folge zu erkennen, und eine Freigabeeinrichtung zum Freigeben der Auslöseeinrichtung, solange die kodierte Folge erkannt wird.
• Die vorbestimmte Frequenz ist bevorzugt im Bereich von 10 Hz-200 kHz, besser im Bereich von 1-150 kHz und am besten im Bereich von 10-100 kHz.
• Eine vorteilhafte Ausführungsform wird durch die Vorrichtung zur Verfügung gestellt, die in ein elektrisches Hand-Heckenschneide-Motorwerkzeug eingearbeitet ist, welches ein leitendes Klingenelement, einen elektrischen Motor zum Betreiben des Klingenelements und ein Stromkabel zum Verbinden des Motors mit einer Spannungsquelle aufweist, wobei die Vorrichtung aufweist: eine Generatoreinrichtung, die mit einem oder mehreren der Kabelleiter verbunden ist, um eine Wechsel Spannung mit konstanter Frequenz daran anzulegen, einen Leiter, der das Klingenelement mit der Überwachungseinrichtung verbindet, einen Leiter, der die Überwachungseinrichtung mit der Auslöseeinrichtung verbindet. Andere vorteilhafte Ausführungsformen sind Vorrichtungen, die in Handkettensägen, Kreissägen und so weiter eingebaut sind.
• In derartigen Ausführungsformen kann die Vorrichtung ferner vorteilhafterweise einen Unterbrechungsschalter für die Spannungsversorgung des Motors aufweisen, der elektrisch mit der Auslöseeinrichtung verbunden ist.
• Vorteilhafterweise kann die Vorrichtung ferner eine Bremseinrichtung zum Bremsen der Schneidtätigkeit des Klingenelementes aufweisen, die elektrisch mit der Auslöseeinrichtung verbunden ist.
• Im Falle eines Heckenschneiders kann das Stromkabel vorteilhafterweise mindestens entlang einem wesentlichen Teil seiner Länge benachbart zum Heckenschneider zusätzlich zu den Stromleitern einen Blindleiter aufweisen, wobei die Generatoreinrichtung mit dem Blindleiter verbunden ist, um eine Wechsel Spannung mit einer konstanten Frequenz daran anzulegen. Die Generatoreinrichtung kann in, auf oder benachbart zum Heckenschneider, an jeder Stelle entlang dem Stromkabel oder mit dem Spannungsnetz oder dem Steckdosenstecker verbunden sein.
• Um eine besonders zuverlässige Vorrichtung zur Verfügung zu stellen, wobei der Einfluß von Fremdobjekten minimiert ist, kann das Klingenelement ein leitendes Element aufweisen, das sich entlang mindestens eines Teils der Länge des Klingenelements erstreckt und elektrisch dagegen isoliert ist, wobei das leitende Element elektrisch mit der Überwachungseinrichtung verbunden ist und der Rest des Klingenelements elektrisch dagegen isoliert ist. Hierbei kann zum Beispiel die Säge einer Kettensäge durch den Kontakt mit einem Baumstamm geerdet werden, während das leitende Element nicht geerdet wird, wodurch die Übertragung des Signals ermöglicht wird, während ein Baum gefällt wird.
• Das leitende Element kann des weiteren vollständig in den Rest des Klingenelements eingeschlossen sein.
• Vorteilhafterweise können die Generatoreinrichtung, die Überwachungseinrichtung und die Auslöseeinrichtung in einer einzelnen Einheit angeordnet werden, die außerhalb der Vorrichtung, zum Beispiel auf einem Spannungsversorgungskabel für die Vorrichtung, angeordnet ist, wobei die einzelne Einheit mit einer Kommunikationseinrichtung zum Übertragen eines Signals an die oder von der Überwachungseinrichtung und die Generatoreinrichtung jeweils von dem oder an den aktiven Teil und das Objekt ausgestattet ist. Hiermit wird eine Vorrichtung zur Nachrüstung auf vorhandenen Motorwerkzeugen oder für einen austauschbaren Anschluß an mehrere Werkzuge und so weiter zur Verfügung gestellt.
• Die Erfindung betrifft ferner ein Hand-Heckenschneide-Motorwerkzeug, in das eine Vorrichtung mit den in den beigefügten Ansprüchen 17-30 definierten Merkmalen eingebaut ist.
• Die Erfindung betrifft ferner eine Handkettensäge, in die eine Vorrichtung mit den Merkmalen eingebaut ist, die in einem der Ansprüche 17-24 oder 31 als von jedem der Ansprüche 17-24 abhängigem Anspruch, definiert ist.
• Die Erfindung betrifft des weiteren ein Verfahren zur Messung mindestens einer Distanz zwischen einer Meßsonde, dem ersten Objekt, und einem Oberflächenteil eines Körpers, dem zweiten Objekt, wobei das erfindungsgemäße Verfahren die folgenden Schritte aufweist:
• - Anlegen einer Wechsel Spannung mit einer konstanten vorbestimmten Frequenz entweder an die Sonde oder den Oberflächenteil,
• - Anordnen der Sonde in mindestens einer wohldefinierten Distanz von dem Oberflächenteil,
• - Registrieren und Speichern des Amplitudenwerts des Verschiebungsstroms, der von der Wechselspannung kapazitiv über das andere Teil, die Sonde oder den Oberflächenteil, übertragen wird,
• - daraufhin Vergleichen des gespeicherten Werts mit einem neuen registrierten Wert, der einer unterschiedlichen Distanz der Probe von dem Oberflächenteil entspricht,
• - Nutzen des Vergleichsergebnisses als eine Messung des Werts der unterschiedlichen Distanz.
• Hiermit liefern die Prinzipien der Erfindung ein Verfahren zur automatischen Messung einer Distanz von einem Objekt in einer sehr genauen Weise, um unter anderem das sehr präzise Positionieren relativ zu dem Objekt oder eine genaue Messung der Distanz zwischen zwei Punkten zu ermöglichen. Insbesondere ist das Verfahren nützlich zum sehr genauen Messen von sehr kleinen Distanzen. Eine sehr kleine Distanz zwischen zwei Punkten kann sehr genau gemessen werden, indem die Sonde zwischen den zwei Punkten bewegt wird und die zwei entsprechenden Werte voneinander subtrahiert werden, wobei die Sonde zum Beispiel Fadenkreuze oder sogar noch genauere elektronische Einrichtungen hat, um die Übereinstimmung eines Referenzpunkts der Sonde mit den Punkten zwischen denen die Distanz gemessen werden soll, anzuzeigen.
• Die Erfindung betrifft auch eine Vorrichtung zum Messen mindestens einer Distanz zwischen einer Meßsonde oder ähnlichem und einem Oberflächenteil eines Körpers, wobei die erfindungsgemäße Vorrichtung aufweist:
• - eine Anlegeeinrichtung zum Anlegen einer Wechsel Spannung mit einer vorbestimmten konstanten Frequenz an die Sonde oder den Oberflächenteil,
• - eine Anordnungseinrichtung zum Anordnen der Sonde in mindestens einer wohldefinierten Distanz von dem Oberflächenteil,
• - eine Registrier- und Speichereinrichtung zum Registrieren und Speichern des Amplitudenwerts des von der Wechselspannung über den anderen Teil, die Sonde oder den Oberflächenteil, kapazitiv übertragenen Verschiebungsstroms,
• - eine Vergleichseinrichtung zum nachfolgenden Vergleichen des gespeicherten Werts mit einem neu registrierten Wert, der einem anderen Abstand der Sonde von dem Oberflächenteil entspricht.
• Des weiteren betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Anordnen oder Positionieren eines ersten Elements an einem oder mehreren bestimmten Punkten entlang einer wohldefinierten Fortbewegungsbahn relativ zu einem zweiten Element, wobei das Verfahren die folgenden Schritte aufweist:
• - Anlegen einer Wechselspannung mit einer vorbestimmten konstanten Frequenz an eines der Elemente,
• - Anordnen des ersten Elements an mindestens einer wohldefinierten Stelle entlang der Fortbewegungsbahn,
• - Registrieren und Speichern des Amplitudenwerts des von der Wechselspannung über das zweite Element kapazitiv übertragenen Verschiebungsstroms für jede Stelle,
• - daraufhin Bewegen des ersten Elements entlang der Fortbewegungsbahn, während der gespeicherte Wert mit den neuen überwachten Amplitudenwerten verglichen wird,
• - Anhalten des ersten Elements in seiner Bewegung entlang der Fortbewegungsbahn, wenn der relevante gespeicherte Wert gleich dem neuen Wert ist.
• Hiermit liefern die Prinzipien der Erfindung unter anderem ein Verfahren zum Anordnen oder Positionieren eines Elements, zum Beispiel einer Werkzeug- oder einer Robotervorrichtung an einer oder mehreren Positionen relativ zu einem Teil, das von dem Werkzeug bearbeitet werden soll.
• Schließlich betrifft die Erfindung eine Vorrichtung zum Anordnen oder Positionieren eines ersten Elements an mindestens einem bestimmten Punkt entlang einer wohldefinierten Fortbewegungsbahn relativ zu einem zweiten Element, wobei die erfindungsgemäße Vorrichtung aufweist:
• - eine Anlegeeinrichtung zum Anlegen einer Wechselspannung mit einer vorbestimmten konstanten Frequenz an eines der Elemente,
• - eine Anordnungseinrichtung zum Anordnen des ersten Elements an mindestens einer wohldefinierten Stelle entlang der Fortbewegungsbahn,
• - eine Registrier- und Speichereinrichtung zum Registrieren und Speichern des Amplitudenwerts des von der Wechsel Spannung über das zweite Element kapazitiv übertragenen Verschiebungsstroms für jede derartige Stelle,
• - eine Überwachungseinrichtung zum Überwachen der neuen Amplitudenwerte, während daraufhin das erste Element entlang der Fortbewegungsbahn bewegt wird,
• - eine Vergleichseinrichtung zum Vergleichen des gespeicherten Werts mit den neuen Amplitudenwerten,
• - eine Anhalteeinrichtung zum Anhalten des ersten Elements bei seiner Bewegung entlang der Fortbewegungsbahn, wenn der relevante gespeicherte Wert gleich dem neuen Wert ist.
• Das Verfahren, und die Vorrichtung gemäß der Erfindung werden im folgenden unter Bezug auf die Ausführungsformen, die lediglich als Beispiel in den beigefügten Zeichnungen dienen, im Detail beschrieben, wobei:
• Fig. 1 die Schaltungsanordnung eines Generators für das Signal grafisch darstellt,
• Fig. 2 die Schaltungsanordnung eines Signalempfängers grafisch darstellt,
• Fig. 3 die Anwendung der Vorrichtung für eine Handkettensäge schematisch darstellt,
• Fig. 4 die Hauptelemente eines Personensicherheitssystems, in das eine Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung eingebaut ist, grafisch darstellt,
• Fig. 5 eine erfindungsgemäße Vorrichtung grafisch darstellt, die in einem Handheckenschneider angewandt ist,
• Fig. 6 eine erfindungsgemäße Vorrichtung grafisch darstellt, die in einem Handbohrwerkzeug angewandt ist,
• Fig. 7 eine erfindungsgemäße Vorrichtung grafisch darstellt, die in einer ortsfesten Kreissäge angewandt ist.
• Bezug nehmend auf die Fig. 1, 2 und 3 sind jeweils der Generator und der Empfänger einer erfindungsgemäßen Vorrichtung und die Anwendung derselben auf eine Handkettensäge grafisch dargestellt. Der Generator ist mit dem zu schützenden Objekt, zum Beispiel einer Person 1, die einen Griff 2 eines mit dem Generator verbundenen Motorwerkzeugs (Kettensäge) 3 hält, verbunden. Der Empfänger ist mit dem potentiell gefährlichen aktiven Teil, zum Beispiel einem Kettenklingenelement 4 der Kettensäge 3, verbunden. Die Sicherheitsdistanz S zwischen dem Kopf 5 der Person 1 und dem Klingenelement 4 der Kettensäge ist in der abgebildeten Situation die Distanz, bei der das von dem Generator erzeugte, an die Person 1 geleitete und über das Klingenelement 4 an den Empfänger übertragene Signal den Bedingungen entspricht, die zum Auslösen von Schutzmaßnahmen, zum Betspiel Unterbrechen des Stroms an das Motorwerkzeug, Eingreifen eines Bremsmechanismus oder Umkehren der elektrischen Stromrichtung an den elektrischen Motor, der den aktiven Teil antreibt, notwendig sind.
• In der den Fig. 1 und 2 entsprechenden Ausführungsform der Vorrichtung wird das Signal kapazitiv zwischen dem zu schützenden Objekt (z. B. der Person 1) und dem aktiven Teil (z. B. dem Klingenelement 4) übertragen. Der Generator erzeugt ein Signal von zum Beispiel 100 kHz. Wenn von dem Empfänger ein ausreichend intensives kapazitiv übertragenes 100 kHz-Signal detektiert wird, werden die Schutzmaßnahmen ausgelöst.
• Das 100 kHz-Signal wird von dem Signalgenerator XR-2206 erzeugt (Fig. 1), der ein Sinussignal mit 100 kHz mit einer zwischen 0 und 3 Volt variablen Amplitudenspitze erzeugt. Die Amplitude wird mit Hilfe des veränderbaren Widerstands R3 eingestellt. Das Signal wird durch einen Operationsverstärker LF 355 verstärkt, so daß die ganze Generatoreinheit ein 100 kHz-Signal mit einer Amplitudenspitze zwischen 0 und 12 Volt liefern kann. Der Ausgang (OUT) ist mit einem Leiter (Kabel, Platte, oder ähnlichem) zum Leiten des Signals an das Objekt (zum Beispiel an den Griff 2 des Werkzeugs, um an die Person 1 geleitet zu werden) verbunden, welcher als ein Überträger für das Signal dient.
• In dem Empfänger (Fig. 2) ist der Eingang (IN) mit einem Leiter verbunden, der auf, in oder mit dem aktiven Teil (z. B. dem Klingenelement 4) verbunden ist, so daß die kapazitive Wirkung zwischen dem Objekt und dem aktiven Teil ausgenutzt werden kann. Ein Hochpaßfilter im Eingang besteht aus zwei Widerständen und zwei Kondensatoren. Das Filter dämpft jedes empfangene 50 Hz-Signal, aber läßt ein 100 kHz- Signal durch. Die Amplitude des durchgehenden Signals wird jedoch durch die Gesamtfilterwirkung zwischen dem passiven Filter im Eingang und der Kapazität zwischen dem Objekt (Person 1) und dem aktiven Teil (Klingenelement 4) bestimmt. Je größer die Kapazität (die Kapazität nimmt zu, je dichter sich das Objekt dem aktiven Teil nähert), desto größer ist das durchgehende 100 kHz-Signal. Nach dem Filter läuft das Signal durch einen Einweg-Verstärker, der als eine Impedanzanpassung zwischen dem Hochpaßfilter und einem aktiven Bandpaßfilter MAX274 wirkt. Das aktive Bandpaßfilter ist ein 100 kHz-Filter vierter Ordnung mit einer sehr schmalen Bandbreite, die sicherstellt, daß Rauschen (50 Hz-Rauschen, Motorrauschen, etc.) herausgefiltert wird.
• Das Signal wird danach von einem sehr selektiven Signalempfänger XR2211 detektiert, die Schwelle für das detektierte Signal wird mit Hilfe von zwei veränderbaren Widerständen R10 und R11 eingestellt. Wenn der Signalempfänger ein 100 kHz-Signal mit der gewünschten Amplitude detektiert, geht der Ausgang (Signaldetektionsausgang) von niedrig (logische 0) auf hoch (logische 1). Dieses Signal (Signaldetektionsausgang) kann verwendet werden, um Schutzmaßnahmen, wie etwa einen zum Beispiel von einem Relais oder von einem Triac gesteuerten Bremsmechanismus, auszulösen.
• Fig. 4 stellt die Hauptelemente eines Personensicherheitssystems dar, in das eine Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung eingebaut ist.
• Eine Person 1 hält einen Griff 2 eines Motorwerkzeugs, wobei der Griff mit einem Funktionsgenerator 6 für ein Signal verbunden ist, der seinerseits mit einer Einheit 7 zum Kodieren oder Modulieren des Signals verbunden ist. Zwischen der Hand der Person 1 und dem Griff 2 ist eine Kapazität C1 vorhanden. Eine Kapazität C2 ist zwischen der Person 1 und dem aktiven Teil 4 des Werkzeugs vorhanden, das mit einem Demodulator oder einem Signaldekodierer 8 verbunden ist, welcher seinerseits mit einer Steuerungseinheit 9 verbunden ist, in die die Steuerungsschaltung, wie zum Beispiel in bezug auf Fig. 2 beschrieben, eingebaut ist. Die durch C angezeigte Distanz ist die Kontrolldistanz, bei der das Kontrollsignal empfangen wird. Die Distanz D ist eine Arbeitsdistanz (d. h. erlaubte Distanz), und die Distanz S ist die Sicherheitsdistanz (d. h. minimale Distanz). Die Steuerungseinheit 9 steuert das Sicherheitssystem 10, das seinerseits die Schutzmaßnahmen, wie etwa das Bremsen oder Stromabschalten 11 steuert. Die Steuerungseinheit 9 steuert auch eine Alarm- und Selbsttest-Schaltungsanordnung 11a.
• Fig. 5 stellt eine in einem Handheckenschneider angewandte erfindungsgemäße Vorrichtung grafisch dar. In einen Heckenschneider 12 ist ein Signalgenerator zur Erzeugung eines Signals eingebaut, das zum Stromkabel 13 geleitet und von dem Klingenelement 14 empfangen wird. Die Sicherheitsdistanz S stellt die Distanz dar, bei der das Signal mit Bedingungen empfangen wird, die notwendig sind, um Schutzmaßnahmen auszulösen, um eine Beschädigung des Stromkabels 13 durch das Klingenelement 14 zu vermeiden. Das Stromkabel kann neben den leitenden Kabeln 15 und 16 ein mit dem Signalgenerator verbundenes Blindkabel 17 eingebaut haben, wie in dem vergrößerten Detail des Steckers 13a des Stromkabels angedeutet ist.
• Der Signalgenerator und/oder der Signalempfänger und/oder der Auslöser für Schutzmaßnahmen können in eine getrennte Einheit eingebaut sein, die zwischen dem Werkzeug 12 und dem Stromkabel 13 oder an einem Zwischenpunkt des Stromkabels 13 oder in der Steckereinheit 13a desselben angeordnet ist und die die notwendigen Verbindungen zu dem Werkzeug durch zusätzliche Leiter in dem Stromkabel 13 hat. In diesen Fällen kann die Vorrichtung auch in vorhandenen Werkzeugen nachgerüstet werden.
• Das Sicherheitssystem zum Schutz des Stromkabels eines Handwerkzeugs kann auch Bestandteile (z. B. ein Blindkabel ähnlich dem Blindkabel 17 weiter oben) haben, die in ein leichgewichtiges, flexibles, strapazierfähiges Gehäuse eingebaut sind, das um das Stromkabel herum angeordnet ist, so daß ein zusätzlicher Schutz des Stromkabels erzielt wird. Ein derartiges Gehäuse kann an sich auch verwendet werden, um das Stromkabel zu schützen.
• Fig. 6 stellt eine in einem Handbohrwerkzeug angewandte erfindungsgemäße Vorrichtung zum Schutz von in Wänden eingebetteter elektrischer Kabel grafisch dar. Ein Handbohrwerkzeug 18, in das eine erfindungsgemäße Vorrichtung eingebaut ist, ist über das Stromkabel 19 mit einem Steckerelement 20 verbunden, das mit einem in eine Wand 22 eingebetteten elektrischen Kabel 21 verbunden ist. Ein Bohrer 23 und das Stromkabel 19 sind mit dem Generator und dem Empfänger der Vorrichtung verbunden. Die Sicherheitsdistanz S stellt die Distanz dar, bei der das Signal mit Bedingungen empfangen wird, die notwendig sind, um Schutzmaßnahmen auszulösen, um eine Beschädigung des Stromkabels 21 durch den Bohrer 23 zu vermeiden.
• Das Signal kann alternativ getrennt für das elektrische System in dem Gebäude erzeugt werden, wobei das Werkzeug in diesem Fall nur den Empfänger und die Auslöseeinrichtung für Schutzmaßnahmen enthält, wobei der Empfänger entsprechend dem getrennten Generatorsystem in dem jeweiligen Gebäude geeicht ist. Ein Standardgeneratorsystem für alle Gebäude kann geschaffen werden, so daß alle Motorwerkzeuge mit einer einzigen Standardeichung verwendet, werden können.
• Ähnliche Systeme können geschaffen werden, um Kabel und leitende Rohre im Boden vor ebenso geeichten Bagger- und Bohrausrüstungen zu schützen.
• Fig. 7 stellt grafisch dar: eine auf eine ortsfeste Kreissäge angewandte erfindungsgemäße Vorrichtung und eine Person 1, die auf einer leitenden Platte 25 oder ähnlichem, was mit einem Signalgenerator oder irgendeinem festen Potential, zum Beispiel Erde, verbunden ist, steht, wobei zwischen der Platte 25 und der Person 1 eine Kapazität C3 vorhanden ist. Eine Kreissägenklinge 26 ist mit einem Signalempfänger und der Auslöseeinrichtung für die Schutzmaßnahmen verbunden. Die Sicherheitsdistanz S stellt die Distanz dar, bei der das Signal mit den Bedingungen empfangen wird, die notwendig sind, um Schutzmaßnahmen auszulösen, um eine Schädigung einer Hand 1a durch die Kreissägenklinge 26 zu vermeiden. Das System akzeptiert ein Fehlen eines direkten Kontakts zwischen der Person 1 und der Platte 25, was veranschaulicht, daß das Signal ebenso an Zwischenpunkten kapazitiv übertragen werden kann. Natürlich kann die Hand 1a von einem Schutzhandschuh oder ähnlichem bedeckt sein, ohne die korrekte Funktion des Sicherheitssystems zu beeinträchtigen.
• Die Anwendungen des Verfahrens und der Vorrichtung gemäß der Erfindung sind zahlreich und sehr vielfältig.
• Eine sehr nützliche Anwendung ist zum genauen Positionieren eines ersten Objekts in einer bestimmten Distanz von einem zweiten Objekt entlang einer wohldefinierten Fortbewegungsbahn des ersten Objekts relativ zum zweiten Objekt. Das mit einem erfindungsgemäßen Signalgenerator verbundene erste Objekt ist an einer oder mehreren Positionen entlang der Fortbewegungsbahn an den Positionen angeordnet, an denen gewünscht wird, daß das erste Objekt angehalten wird, wenn es sich entlang der Fortbewegungsbahn bewegt. Der relevante Parameter oder die Parameter des von dem zweiten Objekt, das mit einem erfindungsgemäßen Signalempfänger verbunden ist, empfangenen Signals werden aufgezeichnet. Die aufgezeichneten Werte werden danach, während das erste Objekt sich entlang der Fortbewegungsbahn bewegt, für einen Vergleich mit dem entsprechenden Parameter oder den Parametern des übertragenen Signals verglichen, wobei das erste Objekt angehalten wird, wenn die aufgezeichneten Werte gleich den neuen, sich verändernden Werten sind.
• Eine sehr nützliche Anwendung dieses Systems ist bei der Verwendung von Robotern in Montagelinien oder anderen Situationen, wobei das ganze oder ein Teil des Roboterelements das erste Objekt ist und das Element, mit dem der Roboter wechselwirken soll, das zweite Objekt ist.
• Eine andere sehr nützliche Anwendung des Verfahrens und der Vorrichtung gemäß der Erfindung ist zur Messung einer Distanz zwischen einer Sonde oder ähnlichem, dem ersten Objekt, und einem Oberflächenteil eines Körpers, dem zweiten Objekt, indem eine Datenbank mit Werten von relevanten Parametern des Signals, das an einer Vielzahl von Orten der Objekte relativ zueinander empfangenen wird, kompiliert wird, wobei die Datenbank bevorzugt auch mindestens entsprechende ungefähre räumliche Anordnungswerte, zum Beispiel Koordinaten, Ausrichtung und so weiter enthält. Hiermit kann man durch Interpolieren oder anderweitigem Auswerten des relevanten Parameters oder der Parameter des Signals (und bevorzugt der entsprechenden räumlichen Werte) in bezug auf in der Datenbank gespeicherte Werte zu einer zu messenden Distanz für die aktuelle zu messende Stelle gelangen. Natürlich kann eine Distanz zwischen zwei Positionen der Sonde auch auf diese Weise gemessen werden, wobei man in der Lage ist, mit Hilfe des Verfahrens und der Vorrichtung gemäß der Erfindung lineare (oder krummlinige) Distanzen zwischen zwei Punkten zu messen.
• Äußerst kleine Distanzen können mit Hilfe des Verfahrens und der Vorrichtung sehr genau gemessen werden, da die erreichbare Empfindlichkeit äußerst hoch ist.
• Wenn das Verfahren und die Vorrichtung gemäß der Erfindung zum Beispiel auf Hand-Motorgartengeräte, wie zum Beispiel ein Heckenschneidewerkzeug, angewandt werden, wurde von dem Erfinder bestimmt, daß das Sicherheitssignal einfach kapazitiv von einer Person durch zum Beispiel einen. Griff auf das Klingenelement des Werkzeugs und umgekehrt übertragen wird. Dies kann ein unerwünschtes Auslösen der Schutzaktionen mit sich bringen.
• Dieses Problem kann zum Beispiel durch Erden der Erdseite (d. h. die kalte Seite) des Empfängers und/oder des Senders gelöst werden, weil die Hecke/der Busch/der Baum natürlich geerdet sind und daher das gleiche Potential wie die Erdseite haben und daher kein Signal an den/von dem Empfänger/Sender (d. h. an das/von dem heißen Ende) übertragen können.
• Das Erden (GND) auf der Erdseite kann auf verschiedene Arten erreicht werden, wie zum Beispiel durch mit der Maschine verbundene Erdungsrohre, Erde zum Beispiel von einer speziellen Kabeltrommel mit einer Erdungsstange oder einer Metallplatte, oder der neutrale Draht vom Stromnetz kann als Erde verwendet werden. Die bevorzugte Lösung für elektrisch betriebene Maschinen ist, ein kapazitives Potential zwischen Phase und Erdung zu verwenden.
• Unter speziellen Arbeitsbedingungen kann das Sicherheitssystem mittels eines kleinen Drucks (Unterbrecher auf Federbasis) vorübergehend unterbrochen werden. In einem derartigen Fall wird vorausgesetzt, daß eine Unterbrechung zum Beispiel einen hörbaren Alarm auslöst, um den Bediener zu alarmieren, daß das Sicherheitssystem inaktiv ist. Der Alarm kann auch verwendet werden, falls die Sicherheitsdistanz wegen der Erdung oder irgendeines Defekts des Systems verringert wurde.
• Eine andere Art zufälliger oder unabsichtlicher Auslösung der Sicherheitsmaßnahmen findet in Situationen statt, in denen der gefährliche Maschinenteil mit Teilen der Maschine elektrisch verbunden ist, die im normalen Verlauf der zu leistenden Arbeit mit dem Bediener in Berührung oder in nächster Nähe zu ihm sind. Dieses Problem wird gelöst, indem der gefährliche Teil der Maschine gegen die sekundären Teile der Maschine, denen sich der Bediener normalerweise nähert, isoliert werden, oder alternativ indem diese Teile der Maschine gegen den Bediener isoliert werden. Gleichzeitig kann die im allgemeinen mit den sekundären Maschinenteilen verbundene Erdverbindung derart verändert werden, daß diese Maschinenteile - was Hochfrequenzsignale anbetrifft - nur teilweise geerdet sind. Hiermit wird einerseits vermieden, daß das Signal über die sekundären Maschinenteile unabsichtlich kapazitiv zu dem gefährlichen Teil der Maschine übertragen wird, und andererseits wird vermieden, daß der Bediener in bezug auf das Sicherheitssignal nicht vollständig geerdet ist.
• Ein entsprechendes Problem kann aufkommen, wenn Tiere mechanisch bearbeitet werden, welche unter gewissen Umständen die Signale durch Berührung oder nächste Nähe leiten können, wodurch die Schutzmaßnahmen unabsichtlich ausgelöst werden. Entsprechend wird dieses Problem mit Hilfe einer teilweisen oder vollständigen Erdung des Tieres gelöst.
• In vielen Situationen sollte die Intensität des von dem Bediener/gefährlichen Teil gesendeten Signals konstant sein, so daß die Sicherheitsdistanz für eine gegebene Situation so konstant wie möglich ist. Dies kann zum Beispiel erreicht werden, indem dafür gesorgt wird, daß der Generator - ungeachtet der Größe der Kapazität zwischen dem Generator und diesem Objekt (z. B. Bediener) eine konstante Signalintensität an das sendende Objekt liefert. Alternativ können die Schwankungen der Kapazität zum Beispiel im voraus minimiert werden, um eine relativ große Distanz zwischen dem Generator und dem Objekt (Bediener) zu liefern. Dies ermöglicht es einem Bediener zum Beispiel, Handschuhe zu verwenden, wenn das Signal über einen Griff gesendet wird. Im Zusammenhang mit ortsfesten Maschinen kann eine stabile Verbindung zum Beispiel in der Form einer Armkette oder eines Armbands, welche durch einen Draht mit der Maschine verbunden sind, oder in der Form eines Armbands, das einen batteriebetriebenen Sender aufweist, hergestellt werden.
• Im Zusammenhang mit gewissen Handmaschinen mit zwei Griffen kann der vordere Griff innerhalb der Sicherheitsdistanz angeordnet werden und kann dadurch die Schutzmaßnahmen unabsichtlich auslösen. Dieses Problem kann durch kapazitives Erden des vorderen Griffs gelöst werden. Diese Konstruktion kann auch verwendet werden, um zu eichen und die Schutzmaßnahmen auszulösen, wenn ein Griff losgelassen wird oder aus der Hand geschlagen wird.
• Gewisse Probleme ergeben sich aus kleineren Schwankungen in der Sicherheitsdistanz, zum Beispiel in Kettensägen, abhängig davon, ob die Kante oder der flache Teil der Klinge sich dem Bediener nähern. Diese Probleme werden minimiert, indem kleine Metallteile, die gegen die Klinge isoliert und mit dem Empfänger oder dem Sender verbunden sind, eingebettet werden. Alternativ werden weitere Kriterien, zum Beispiel ein zeitlicher Faktor, verwendet, um die Distanz zu messen.
• Es sollte beachtet werden, daß die Erfindung, wie sie hier und in den beigefügten Ansprüchen definiert ist, eine Vielzahl an Anwendungen und große Perspektiven hat, die für Fachleute offensichtlich sind. Als ein weiteres Beispiel für die große Vielfalt an Anwendungen kann der Einbau eines Senders in Handpistolen allgemein und das Befestigen eines Empfängers zum Beispiel an einem Polizisten erwähnt werden. Es wird dem Polizisten ein Alarm gegeben, wenn eine Handpistole innerhalb eines bestimmten Bereichs ist. Verschiedene Kodes in den Signalen können die Art der Handpistole, Polizeipistole oder nicht und so weiter anzeigen.
• Um die Abhängigkeit von Batterien zu vermeiden, können die Handpistolensender mit passiven Komponenten versehen werden, die von einer äußeren Quelle beeinflußt werden, oder ein Potential kann von einer äußeren Quelle induktiv an den Empfänger, geliefert werden. Die Handpistole kann auch ein gesendetes Signal beeinflussen.
• Schließlich ist eine andere nützliche Anwendung, die erwähnt werden kann, Personen vor Schaden zu schützen, der von spannungsführenden Drähten zum Beispiel in Gebäuden oder anderen Einrichtungen verursacht wird. Das Sicherheitssignal wird an die elektrische Einrichtung geliefert, welche den spannungsführenden Draht aufweist. Durch Berühren oder beinahe Berühren des spannungsführenden Drahts wird das Signal durch die Person zur Erde umgeleitet. Die Änderung wird detektiert und löst einen Alarm oder eine Unterbrechung des Stroms aus. Der Vorteil des Systems ist, daß es möglich ist, eine Person vor Schaden zu schützen, wenn sowohl die Phase als auch Erde gleichzeitig berührt werden, und dadurch einen tödlichen Elektroschock durch einen Kurzschluß durch die Person zu vermeiden.

Claims (38)

1. Verfahren zur Erfassung der Distanz zwischen einem ersten Objekt und einem zweiten Objekt, die relativ zueinander bewegt werden und zur Auslösung oder Erleichterung einer vorbestimmten Aktion oder vorbestimmten Aktionen, wenn die genannte Distanz einen Wert einschließlich null erreicht hat, wobei das Verfahren die folgenden Schritte aufweist:

Übertragen eines Näherungssignals zwischen einem Sendesystem und einem Empfangssystem,

wobei das erste Objekt und das zweite Objekt jeweils einen integralen Teil eines jeweiligen der Systeme bilden, und das Näherungssignal eine Distanz zwischen dem ersten Objekt und dem zweiten Objekt anzeigt, und

Überwachen des Näherungssignals zur Erfassung von Schwankungen des Signals, während das erste Objekt und das zweite Objekt relativ zueinander bewegt werden, und

Auslösen einer vorbestimmten Aktion, wenn das Signal eine vorbestimmten Zustand erreicht hat,

dadurch gekennzeichnet, daß das erste Objekt und das zweite Objekt jeweils einen Teil des Signalwegs des Näherungssignals bilden, wobei das Näherungssignal ein kapazitives Näherungssignal ist.

2. Verfahren nach Anspruch 1 zum Schutz des ersten Objekts vor einer Wechselwirkung mit dem zweiten Objekt.

3. Verfahren nach Anspruch 2, wobei das zweite Objekt ein aktiver Teil einer Vorrichtung ist, das Näherungssignal die Anzeige der Distanz zwischen dem Objekt und dem aktiven Objekt liefert, und die vorbestimmte Aktion das Auslösen eines Schutzbetriebs aufweist, um eine Wechselwirkung des ersten Objekts mit dem aktiven Teil zu verhindern, wenn das Näherungssignal anzeigt, daß die Distanz kürzer als eine vorbestimmte Sicherheitsdistanz ist.

4. Verfahren nach Anspruch 3, das ferner mindestens einen der folgenden Schritte auf weist:

Unterbrechen der Energiezufuhr für mindestens einen Teil des aktiven Teils,

Bremsen von mindestens einem Teil des aktiven Teils,

Verschieben des aktiven Teils und/oder des Objekts in einer vorbestimmten Richtung oder vorbestimmten Richtungen,

Positionieren einer Sperreinrichtung an einer vorbestimmten Position relativ zum aktiven Teil oder dem Objekt oder beiden,

Auslösen einer Einrichtung zur Verbesserung der Auswirkungen der Wechselwirkung zwischen dem Objekt und dem aktiven Teil, und

Erzeugen eines hörbaren und/oder eines sichtbaren und/oder eines fühlbaren Alarms.

5. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Intensität des Näherungssignals die Distanz zwischen dem ersten Objekt und dem zweiten Objekt anzeigt.

6. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Frequenz von im wesentlichen regelmäßigen Schwingungen des Näherungssignals die Distanz zwischen dem ersten Objekt und dem zweiten Objekt anzeigt.

7. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, das ferner den Schritt Kodieren des Näherungssignals aufweist, wodurch das Näherungssignal unterscheidbar von irrelevanten externen Signalen gemacht wird.

8. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei der Schritt Übertragen des kapazitiven Näherungssignals die folgenden Schritte enthält:

Ausbilden einer elektronischen Schaltung, die das erste Objekt und das zweite Objekt aufweist,

Anlegen einer Wechsel Spannung an die elektronische Schaltung,

wobei das Anzeigen, daß die Distanz zwischen dem ersten Objekt und dem zweiten Objekt kürzer als eine vorbestimmte Sicherheitsdistanz ist, die folgenden Schritte aufweist:

Detektieren des in der Schaltung ansprechend auf die Wechsel Spannung fließenden Wechselstroms und

Anzeigen, daß ein Parameter des Wechselstroms einen vorbestimmten Referenzwert erreicht.

9. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die vorbestimmte Aktion oder die vorbestimmten Aktionen nur ausgelöst werden können, wenn das Näherungssignal mit einer Intensität über einer vorbestimmten Kontrollintensität empfangen wird und/oder eine automatische Prüfungsroutine der vorbestimmten Aktion oder der vorbestimmten Aktionen anzeigt, daß sie in der Lage sind, richtig zu arbeiten.

10. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei der vorbestimmte Betrieb ausgelöst wird, wenn die Intensität des empfangenen Näherungssignals über eine vorbestimmte Prüf Intensität zunimmt.

11. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei von dem Sendesystem ein zweites Signal gesendet wird, wobei die vorbestimmte Aktion oder die vorbestimmten Aktionen nicht begonnen wurden oder, wenn sie bereits begonnen wurden, unterbrochen werden, wenn das zweite Signal von dem Empfangssystem nicht empfangen wird und/oder eine automatische Prüfungsroutine der vorbestimmten Aktion oder der vorbestimmten Aktionen anzeigt, daß sie nicht in der Lage sind, richtig zu arbeiten.

12. Verfahren nach Anspruch 7 oder 11, wobei der Strom vor dem Vergleich gefiltert wird, um die Wechselstromkomponenten mit Frequenzen, die sich von vorbestimmten Frequenzen unterscheiden, zu dämpfen.

13. Verfahren nach Anspruch 8, das ferner die folgenden Schritte aufweist:

Überlagern eines Kodes über die Wechsel Spannung.

Überwachen der Wechsel Spannung zum Erkennen des Kodes und

Anwenden der Erkennung als eine Voraussetzung, um das Auslösen von Schutzbetrieben zu ermöglichen.

14. Verfahren nach Anspruch 1 und zum Messen mindestens einer Distanz zwischen einer Meßsonde oder ähnlichem und einem Oberflächenteil eines Körpers, wobei das Verfahren die folgenden Schritte aufweist:

Anlegen einer Wechsel Spannung entweder an die Sonde oder den Oberflächenteil,

Anordnen oder Positionieren der Sonde in mindestens einer wohldefinierten Distanz von dem Oberflächenteil,

Registrieren und Speichern des Amplitudenwerts des Stroms, der von der Wechsel Spannung kapazitiv über das andere Teil, die Sonde oder den Oberflächenteil, übertragen wird,

daraufhin Vergleichen des gespeicherten Werts mit einem neuen registrierten Wert, der einer unterschiedlichen Distanz der Probe von dem Oberflächenteil entspricht,

Nutzen des Vergleichsergebnisses als eine Messung des Werts der unterschiedlichen Distanz.

15. Verfahren nach Anspruch 1 und zum Anordnen oder Positionieren eines ersten Elements an mindestens einem bestimmten Punkt entlang einer wohldefinierten Fortbewegungsbahn relativ zu einem zweiten Element, wobei das Verfahren die folgenden Schritte aufweist:

Anlegen einer Wechsel Spannung an eines der Elemente,

Anordnen oder Positionieren des ersten Elements an mindestens einer wohldefinierten Stelle entlang der Fortbe¬ wegungsbahn,

Registrieren und Speichern des Amplitudenwerts des von der Wechselspannung über das zweite Element kapazitiv übertragenen Wechselstroms für jede Stelle,

daraufhin Bewegen des ersten Elements entlang der Fortbewegungsbahn, während der gespeicherte Wert mit den neuen überwachten Amplitudenwerten verglichen wird,

Anhalten des ersten Elements in seiner Bewegung entlang der Fortbewegungsbahn, wenn der relevante gespeicherte Wert gleich dem neuen Wert ist.

16. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 15, wobei eines der ersten oder zweiten Objekte ein Teil eines menschlichen Körpers ist.

17. Vorrichtung zum Schutz eines Objekts vor einer Wechselwirkung mit einem aktiven Teil einer Vorrichtung mit einer elektronischen Schaltung, die aufweist:

das Objekt und den aktiven Teil, die in Reihe geschaltet sind,

eine Generatoreinrichtung zur Erzeugung einer Wechsel Spannung, die in Reihe mit dem Objekt und dem aktiven Teil geschaltet ist,

eine Überwachungseinrichtung zur Detektion des ansprechend auf die Wechselspannung durch das Objekt fließenden Wechselstroms und zur Erzeugung eines Ausgangssignals, wenn ein Parameter des Wechselstroms einen vorbestimmten Referenzwert erreicht,

eine Schutzeinrichtung zur Vermeidung einer Wechselwirkung des Objekts mit dem aktiven Teil, die ansprechend auf das Ausgangssignal ausgelöst wird,

dadurch gekennzeichnet, daß das Objekt und der aktive Teil kapazitiv verbunden sind.

18. Vorrichtung nach Anspruch 17, wobei die Schutzeinrichtung mindestens eine der folgenden Einrichtungen aufweist:

eine Abschalteinrichtung, um mindestens einen Teil der Spannungsversorgung des aktiven Teils abzuschalten,

eine Bremseinrichtung, um mindestens einen Teil einer Aktion des aktiven Teils abzubremsen,

eine Verschiebungseinrichtung zum Verschieben des aktiven Teils oder des Objekts oder von beiden in einer vorbestimmten Richtung oder vorbestimmten Richtungen,

eine Sperreinrichtung, um in eine vorbestimmte Position relativ zu dem aktiven Teil oder dem Objekt oder beiden verschoben zu werden,

eine Warneinrichtung zur Aussendung eines hörbaren und/oder eines sichtbaren und/oder eines fühlbaren Alarms.

19. Vorrichtung nach Anspruch 17 oder 18, wobei die Wechsel Spannung eine vorbestimmte konstante Frequenz hat.

20. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 17 bis 18, wobei die Überwachungseinrichtung eine Filtereinrichtung zum Filtern des Stroms aufweist, um Wechselstromkomponenten mit anderen Frequenzen als die der Wechselspannung zu dämpfen.

21. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 17 bis 20, wobei die Generatoreinrichtung ferner eine Kodiereinrichtung zum Kodieren des Näherungssignals mit einem Kode aufweist und die Überwachungseinrichtung ferner eine Erkennungseinrichtung zur Erkennung des Kodes und eine Freigabeeinrichtung aufweist, um nach der Kodeerkennung die Auslösung der Schutzeinrichtung zu ermöglichen.

22. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 17 bis 21, wobei die Generatoreinrichtung bei Frequenzen im Bereich von 10 Hz-200 kHz arbeitet.

23. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 17 bis 22, wobei die Betriebsfrequenzen im Bereich von 1 kHz-150 kHz sind.

24. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 17 bis 23, wobei die Betriebsfrequenzen im Bereich von 10 kHz-100 kHz sind.

25. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 17 bis 24 die in ein elektrisches Hand-Heckenschneidewerkzeug eingebaut ist, welches ein leitendes Klingenelement, einen elektrischen Motor zum Betreiben des Klingenelements und ein Stromkabel zum Verbinden des Motors mit einer Spannungsquelle aufweist, wobei die Vorrichtung aufweist: eine Generatoreinrichtung, die mit einem oder mehreren der Leiter des Kabels verbunden ist, um eine Wechselspannung daran anzulegen, einen Leiter, der das Klingenelement mit der Überwachungseinrichtung verbindet, einen Leiter, der die Überwachungseinrichtung mit der Auslöseeinrichtung verbindet.

26. Vorrichtung nach Anspruch 25, wobei die Vorrichtung ferner einen Unterbrechungsschalter für die Spannungsversorgung des Motors aufweist, die mit dem Ausgangssignal verbunden ist.

27. Vorrichtung nach Anspruch 25 oder 26, wobei die Vorrichtung ferner eine Bremseinrichtung zum Abbremsen der Schneideaktion des Klingenelements aufweist, die elektrisch mit der Auslöseeinrichtung verbunden ist.

28. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 25 bis 27, wobei das Stromkabel mindestens entlang eines wesentlichen Teils seiner Länge benachbart zu dem Werkzeug zusätzlich zu den Stromleitern einen Blindleiter aufweist, wobei die Generatoreinrichtung mit dem Blindleiter verbunden ist, um eine Wechselspannung daran anzulegen.

29. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 25 bis 28, wobei das Klingenelement ein leitendes Element aufweist, das sich entlang mindestens eines Teils der Länge des Klingenelements erstreckt und das elektrisch dagegen isoliert ist, wobei das leitende Element elektrisch mit der Überwachungseinrichtung verbunden ist und der Rest des Klingenelements elektrisch dagegen isoliert ist.

30. Vorrichtung nach Anspruch 29, wobei das leitende Element vollständig von dem Rest des Klingenelements eingeschlossen ist.

31. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 17 bis 30, wobei die Generatoreinrichtung und die Überwachungseinrichtung in einer einzelnen Einheit angeordnet sind, welche außerhalb der Vorrichtung, zum Beispiel auf einem Stromversorgungskabel für die Vorrichtung, angeordnet ist, wobei die einzelne Einheit mit einer Kommunikationseinrichtung zur Übermittlung eines Signals an die bzw. von der Überwachungseinrichtung und der Generatoreinrichtung von dem bzw. an den aktiven Teil und das Objekt ausgestattet ist.

32. Vorrichtung nach Anspruch 17 und zum Messen mindestens einer Distanz zwischen einer Meßsonde oder ähnlichem und einem Oberflächenteil eines Körpers, wobei die Vorrichtung aufweist:

eine Anlegeeinrichtung zum Anlegen einer Wechselspannung an die Sonde oder den Oberflächenteil,

eine Anordnungseinrichtung zum Anordnen oder Positionieren der Sonde in mindestens einer wohldefinierten Distanz von dem Oberflächenteil,

eine Registrier- und Speichereinrichtung zum Registrieren und Speichern des Amplitudenwerts des von der Wechsel Spannung über den anderen Teil, die Sonde oder den Oberflächenteil, kapazitiv übertragenen Stroms,

eine Vergleichseinrichtung zum nachfolgenden Vergleichen des gespeicherten Werts mit einem neu registrierten Wert, der einem anderen Abstand der Sonde von dem Oberflächenteil entspricht.

33. Vorrichtung nach Anspruch 17 und zum Anordnen oder Positionieren eines ersten Elements an mindestens einem bestimmten Punkt entlang einer wohldefinierten Fortbewegungsbahn relativ zu einem zweiten Element, wobei die Vorrichtung aufweist:

eine Anlegeeinrichtung zum Anlegen einer Wechselspannung an eines der Elemente,

eine Anordnungseinrichtung zum Anordnen oder Positionieren des ersten Elements an mindestens einer wohldefinierten Stelle entlang der Fortbewegungsbahn,

eine Registrier- und Speichereinrichtung zum Registrieren und Speichern des Amplitudenwerts des von der Wechsel Spannung über das zweite Element kapazitiv übertragenen Stroms für jede derartige Stelle,

eine Überwachungseinrichtung zum Überwachen der neuen Amplitudenwerte, während daraufhin das erste Element entlang der Fortbewegungsbahn bewegt wird,

eine Vergleichseinrichtung zum Vergleichen des gespeicherten Werts mit den neuen Amplitudenwerten,

eine Anhalteeinrichtung zum Anhalten des ersten Elements bei seiner Bewegung entlang der Fortbewegungsbahn, wenn der relevante gespeicherte Wert gleich dem neuen Wert ist.

34. Hand-Heckenschneide-Motorwerkzeug, in das eine Vorrichtung mit den in einem der Ansprüche 17 bis 30 definierten Merkmalen eingebaut ist.

35. Hand-Kettensäge, in die eine Vorrichtung eingebaut ist, die die Merkmale hat, welche in einem der Ansprüche 17 bis 24 oder in Anspruch 31 als abhängig von einem der Ansprüche 17 bis 24 definiert sind.

36. Tragbare Vorrichtung, in die eine Vorrichtung eingebaut ist, die die Merkmale hat, welche in einem der An- Sprüche 17 bis 24 oder in Anspruch 31 als abhängig von einem der Ansprüche 17 bis 24 definiert sind.

37. Ortsfeste Vorrichtung, in die eine Vorrichtung eingebaut ist, die die Merkmale hat, welche in einem der Ansprüche 17 bis 24 oder in Anspruch 31 als abhängig von einem der Ansprüche 17 bis 24 definiert sind.

38. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 17 bis 24, wobei das Objekt ein Teil eines menschlichen Körpers ist.