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Die Erfindung bezieht sich auf eine Sensoreinrichtung mit zumindest einer optischen Empfangseinrichtung zur Detektion optischer Strahlung. Derartige Sensoreinrichtungen werden beispielsweise auf Türen oder Türelementen montiert, um eine gefahrlose bzw. gefährdungsarme automatische Türöffnung von Türen zu ermöglichen. Eine Sensoreinrichtung auf der Basis einer Signallaufzeitmessung ist beispielsweise aus der Patentschrift
EP 1 832 866 B1 bekannt.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Sensoreinrichtung anzugeben, die hinsichtlich der Einwirkung elektromagnetischer Störstrahlung besonders unempfindlich ist.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Sensoreinrichtung mit den Merkmalen gemäß Patentanspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Sensoreinrichtung sind in Unteransprüchen angegeben.
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Danach ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass die Empfangseinrichtung in einem Schirmkasten untergebracht ist und der Schirmkasten zumindest einen strahldurchlässigen Strahleinfallbereich aufweist, durch den von außerhalb des Schirmkastens kommende optische Strahlung in den Schirmkasten eindringen und die Empfangseinrichtung erreichen kann, wobei der Strahleinfallbereich des Schirmkastens mit zumindest zwei elektrisch leitenden Gittern verschlossen ist, die entlang der Strahlrichtung der einfallenden optischen Strahlung gesehen hintereinander liegen.
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Ein wesentlicher Vorteil der erfindungsgemäßen Sensoreinrichtung ist darin zu sehen, dass der erfindungsgemäß vorgesehene Schirmkasten mit den zwei hintereinander liegenden Gittern eine effiziente Abschirmung bzw. Dämpfung einwirkender elektromagnetischer Störstrahlung bis in den MHz-Bereich und - je nach Gitterausbildung und -anordnung - sogar darüber hinaus gewährleistet, ohne dass dabei das Empfangen optischer Strahlung in relevantem Umfange beeinträchtigt wird.
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Ein weiterer wesentlicher Vorteil der erfindungsgemäßen Sensoreinrichtung ist darin zu sehen, dass sich die hohe Dämpfung elektromagnetischer Störstrahlung mit geringem Fertigungsaufwand erreichen lässt.
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Vorteilhaft kann die Sensoreinrichtung im Bereich der Sicherung von Türsteuerungen eingesetzt werden. Mit anderen Worten kann die Sensoreinrichtung in vorteilhafter Weise eine Türsensoreinrichtung zur Montage an einem vorzugsweise beweglichen Türelement, insbesondere einem um eine Drehachse drehbaren Türelement (z. B. Drehflügeltür), bilden.
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Die zumindest zwei Gitter sind im Strahleinfallbereich relativ zueinander vorzugsweise äquidistant, weisen also im Strahleinfallbereich einen konstanten bzw. nahezu konstanten Abstand zueinander auf.
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Mit Blick auf eine minimale Dämpfung der optischen Strahlung wird es als vorteilhaft angesehen, wenn die Gitteröffnungen der zumindest zwei Gitter im Strahleinfallbereich entlang der Strahleinfallrichtung gesehen fluchten. Demgemäß ist es ebenfalls vorteilhaft, wenn die Gitteröffnungen der zumindest zwei Gitter im Strahleinfallbereich gleich groß sind. Alternativ kann selbstverständlich vorgesehen sein, dass die Gitteröffnungen ungleich groß sind und/oder nicht fluchten.
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Bei einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung ist vorgesehen, dass der Schirmkasten ein die Empfangseinrichtung tragendes Trägerelement, insbesondere eine Leiterplatte, eine innere Gitterhaube und eine die innere Gitterhaube umhüllende äußere Gitterhaube umfasst und der strahldurchlässige Strahleinfallbereich, durch den von außerhalb des Schirmkastens kommende optische Strahlung in den Schirmkasten eindringen und die Empfangseinrichtung erreichen kann, durch einen Gitterabschnitt der inneren Gitterhaube und einen Gitterabschnitt der äußeren Gitterhaube gebildet ist.
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Vorzugsweise weist die Empfangseinrichtung zumindest zwei optische Empfangselemente auf. Bei dieser Variante ist es von Vorteil, wenn der Schirmkasten zumindest eine Trennwand aufweist, die parallel zu der Verbindungslinie zwischen den zwei optischen Empfangselementen angeordnet ist.
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Vorzugsweise weist die Sensoreinrichtung zumindest zwei optische Sendeelemente auf. Bei dieser Variante ist es von Vorteil, wenn der Schirmkasten zumindest eine Trennwand aufweist, die parallel zu der Verbindungslinie zwischen den zwei Sendeelementen angeordnet ist.
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Besonders vorteilhaft ist es, wenn die Sensoreinrichtung zumindest zwei optische Empfangselemente und zumindest zwei optische Sendeelemente aufweist und der Schirmkasten zumindest eine Trennwand aufweist, die zwischen der die zumindest zwei optischen Empfangselemente verbindenden Verbindungslinie und der die zumindest zwei Sendeelemente verbindenden Verbindungslinie angeordnet ist.
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Bei einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung ist vorgesehen, dass zumindest eines der Gitter, vorzugsweise jeweils jedes der Gitter, zumindest zweimal umgebogen, insbesondere um 90° abgeknickt, ist und zwei parallele Gitterflächen und eine zu diesen senkrecht angeordnete Gitterfläche aufweist.
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Auch wird es als vorteilhaft angesehen, wenn zumindest eines der Gitter (oder alle Gitter) ganz oder zumindest abschnittsweise gekrümmt ist, vorzugsweise derart, dass schräg eintreffende optische Empfangsstrahlen - an jedem Auftreffpunkt - nahezu parallel zur Flächennormale des jeweiligen Gitters auftreffen. Beispielsweise können die Gitter durch ihre Krümmung jeweils eine Art Linse, zum Beispiel eine Konvexlinse, bilden.
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Der Abstand zwischen der Empfangseinrichtung und dem zu der Empfangseinrichtung nächstliegenden Gitter beträgt vorzugsweise mindestens 0,2 mm.
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Die zumindest zwei Gitter sind bevorzugt elektrisch miteinander verbunden, um eine besondere gute Abschirmung elektromagnetischer Störstrahlung zu erreichen.
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Der Abstand zwischen den zumindest zwei Gittern beträgt vorzugsweise zwischen 0,1 mm und 100 mm.
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Die zumindest zwei Gitter oder die zumindest zwei Gitterhauben bestehen vorzugsweise aus einem ferromagnetischen Material. Besonders bevorzugt bestehen die Gitter bzw. Gitterhauben aus Weißblech.
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Die Gitter bzw. Gitterhauben können aus unterschiedlichen Materialien, beispielsweise unterschiedlichen ferromagnetischen Materialien, bestehen, jedoch ist es mit Blick auf eine kostengünstige Fertigung von Vorteil, wenn sie aus demselben Material bestehen.
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Wie bereits erwähnt, ist die Sensoreinrichtung besonders bevorzugt eine Türsensoreinrichtung. Sie weist vorzugsweise auf: zumindest eine Sendeeinrichtung zum Erzeugen zumindest eines optischen Überwachungsstrahls, die bereits erwähnte Empfangseinrichtung zum Empfangen reflektierter oder zurück gestreuter optischer Strahlung des zumindest einen optischen Überwachungsstrahls und eine Auswerteinrichtung zum Auswerten der von der Empfangseinrichtung empfangenen optischen Strahlung und Erzeugen eines Objekterkennungssignals.
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Die Auswerteinrichtung ist vorzugsweise derart ausgestaltet, dass sie die Signallaufzeit eines von der Sendeeinrichtung ausgesandten Strahlpulses bis zum Empfang reflektierter oder zurück gestreuter Strahlung auswertet und das Objekterkennungssignal zumindest auch in Abhängigkeit von der Signallaufzeit erzeugt.
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Die Erfindung bezieht sich außerdem auf ein Türelement mit einer Sensoreinrichtung, wie sie oben beschrieben worden ist.
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Die Erfindung bezieht sich darüber hinaus auf ein Verfahren zum Betreiben einer Sensoreinrichtung, die zumindest eine optische Empfangseinrichtung zur Detektion optischer Strahlung aufweist. Erfindungsgemäß ist bezüglich eines solchen Verfahrens vorgesehen, dass die Empfangseinrichtung in einem Schirmkasten untergebracht ist und der Schirmkasten zumindest einen strahldurchlässigen Strahleinfallbereich aufweist, durch den von außerhalb des Schirmkastens kommende optische Strahlung in den Schirmkasten eindringen und die Empfangseinrichtung erreichen kann, wobei der Strahleinfallbereich des Schirmkastens mit zumindest zwei elektrisch leitenden Gittern verschlossen ist, die entlang der Strahlrichtung einfallender optischer Strahlung gesehen hintereinander liegen, und wobei die hintereinander liegenden Gitter elektromagnetische Störstrahlung auf derem Weg zu der Empfangseinrichtung dämpfen.
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Bezüglich der Vorteile des erfindungsgemäßen Verfahrens sei auf die obigen Ausführungen im Zusammenhang mit der erfindungsgemäßen Sensoreinrichtung verwiesen.
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Als besonders vorteilhaft wird es angesehen, wenn im Rahmen des Verfahren als Sensoreinrichtung eine Türsensoreinrichtung betrieben wird, die an einem Türelement angebracht ist, wobei mit einer Sendeeinrichtung der Türsensoreinrichtung zumindest ein optischer Überwachungsstrahl ausgesandt wird, mit der in dem Schirmkasten untergebrachten Empfangseinrichtung reflektierte oder zurück gestreute optische Strahlung empfangen wird und die reflektierte oder zurück gestreute Strahlung ausgewertet und ein Objekterkennungssignal gebildet wird.
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Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert; dabei zeigen beispielhaft
- 1 in einer Draufsicht ein Ausführungsbeispiel für eine erfindungsgemäße Sensoreinrichtung,
- 2 die Sensoreinrichtung gemäß 1 in einer anderen Darstellung in einer Sicht schräg von der Seite,
- 3 ein Ausführungsbeispiel für eine äußere Gitterhaube, die bei einem Schirmkasten der Empfangseinrichtung gemäß den 1 und 2 eingesetzt werden kann,
- 4 ein Ausführungsbeispiel für eine innere Gitterhaube, die bei dem Schirmkasten gemäß der Sensoreinrichtung gemäß den 1 und 2 eingesetzt werden kann, und
- 5 ein weiteres Ausführungsbeispiel für eine erfindungsgemäße Sensoreinrichtung in einer dreidimensionalen Sicht schräg von der Seite.
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In den Figuren werden der Übersicht halber für identische oder vergleichbare Komponenten stets dieselben Bezugszeichen verwendet.
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Die 1 zeigt eine Sensoreinrichtung 10, die eine optische Empfangseinrichtung 20 und eine Sendeeinrichtung 30 umfasst.
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Die optische Empfangseinrichtung 20 weist Empfangselemente 21 auf, die auf einer geraden Linie 22 - nachfolgend Empfängerlinie 22 genannt - angeordnet sind. Bei den Empfangselementen 21 kann es sich beispielsweise um Fotodioden handeln.
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Die Empfangselemente 21 der Empfangseinrichtung 20 sind in einem Schirmkasten 40 untergebracht, der bei dem Ausführungsbeispiel gemäß 1 durch eine innere Gitterhaube 41, eine äußere Gitterhaube 42 sowie einen unteren Abschnitt 43 einer Leiterplatte 50 der Sensoreinrichtung 10 gebildet wird. Die Leiterplatte 50 der Sensoreinrichtung 10 trägt die Empfangselemente 21, den Schirmkasten 40 sowie die Sendeeinrichtung 30.
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Innerhalb des Schirmkastens 40 befindet sich neben den Empfangselementen 21 eine Auswerteinrichtung, die aus Gründen der Übersicht nicht näher dargestellt ist und dazu dient, die Empfangssignale der Empfangselemente 21 auszuwerten.
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Die Sendeeinrichtung 30 umfasst eine Vielzahl an Sendeelementen 31, bei denen es sich vorzugsweise um Leuchtdioden handelt. Die Sendeelemente 31 sind auf einer geraden Linie 32 - nachfolgend Senderlinie 32 genannt - angeordnet. In der 1 lässt sich erkennen, dass die Empfängerlinie 22 und die Senderlinie 32 parallel zueinander angeordnet sind.
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Zur elektromagnetischen Trennung der Empfangselemente 21 von den Sendeelementen 31 ist der Schirmkasten 40 vorzugsweise mit einer Trennwand 44 ausgestattet, die räumlich zwischen der Empfängerlinie 22 und der Senderlinie 32 angeordnet ist und vorzugsweise senkrecht auf der Leiterplatte 50 steht.
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Um den Empfangselementen 21 einen Empfang von außerhalb des Schirmkastens 40 kommender Strahlung zu ermöglichen, weist der Schirmkasten einen strahldurchlässigen Strahleinfallbereich SEB auf, durch den von außerhalb des Schirmkastens 40 kommende Strahlung in den Schirmkasten 40 eindringen und die Empfangselemente 21 erreichen kann.
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Um eine elektromagnetische Abschirmung der Empfangselemente 21 zu gewährleisten, ist der Strahleinfallbereich SEB durch zwei elektrisch leitende Gitter verschlossen, die entlang der Strahlrichtung einfallender Strahlung gesehen hintereinander liegen. Das äußere Gitter wird durch ein Gitter 42a der äußeren Gitterhaube 42 (vgl. 3) gebildet; das dahinter bzw. innen liegende Gitter wird durch ein Gitter 41a der inneren Gitterhaube 41 (vgl. 4) gebildet. Ausführungsbeispiele für die beiden Gitterhauben 41 und 42 sind in den 3 und 4 näher dargestellt.
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Die 2 zeigt die Sensoreinrichtung 10 gemäß 1 in einer anderen Sicht. Es lässt sich erkennen, dass die Sendeelemente 31 relativ zueinander und auch relativ zur Flächennormalen auf der Leiterplatte 50 unterschiedlich geneigt sind, so dass die Sendeeinrichtung 30 insgesamt einen Strahlfächer 11 bildet, der in einer Ebene liegt, die senkrecht zur Leiterplatte 50 steht und die Senderlinie 32 einschließt.
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Vorteilhaft ist es, wenn das auf der Senderlinie 32 liegende mittlere Sendeelement 31a senkrecht oder zumindest im Wesentlichen senkrecht zur Leiterplatte 50 angeordnet ist und somit den Strahl Sa im Wesentlichen senkrecht emittiert, wohingegen die links und rechts daneben liegenden Sendeelemente mit wachsendem Abstand vom mittleren Sendeelement 31a ansteigende Kippwinkel relativ zum mittleren Sendeelement 31a aufweisen.
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Die 3 zeigt ein Ausführungsbeispiel für eine äußere Gitterhaube 42, die bei dem Schirmkasten 40 der Sensoreinrichtung 10 gemäß den 1 und 2 eingesetzt werden kann. Die äußere Gitterhaube 42 weist ein Gitter 42a auf, das eine seitliche Gitterfläche A1, eine dazu parallele zweite seitliche Gitterfläche A2 sowie eine obere Gitterfläche A3 umfasst. Die obere Gitterfläche A3 ist parallel zur Oberfläche der Leiterplatte 50 angeordnet und ermöglicht somit einen Strahleinfall optischer Strahlung, die senkrecht oder zumindest im Wesentlichen senkrecht auf die Leiterplatte 50 einfällt.
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Die beiden seitlichen Gitterflächen A1 und A2 stehen senkrecht zur Leiterplatte 50 und ermöglichen somit gemeinsam mit der oberen Gitterfläche A3 auch einen Einfall optischer Strahlung, die seitlich auf den Schirmkasten 40 fällt.
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Bezüglich der Anordnung der äußeren Gitterhaube 42 wird es als vorteilhaft angesehen, wenn diese auf der Leiterplatte 50 gemäß den 1 und 2 derart angeordnet wird, dass die Flächennormalen N1 und N2 der beiden seitlichen Gitterflächen A1 und A2 parallel zur Empfängerlinie 22 der Empfangselemente 21 liegen. Die Flächennormale N3 der oberen Gitterfläche A3 steht somit senkrecht zur Leiterplatte 50 und zur Empfängerlinie 22.
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Mit Blick auf eine elektromagnetische Trennung der Sendeelemente 31 von den Empfangselementen 21 wird es als vorteilhaft angesehen, wenn die äußere Gitterhaube 42 einen massiven Wandabschnitt 42b aufweist, der räumlich zwischen der Empfängerlinie 22 und der Senderlinie 32 liegt und die Empfangselemente 21 somit von den Sendeelementen 31 trennt.
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Die 4 zeigt ein Ausführungsbeispiel für eine innere Gitterhaube 41, die bei dem Schirmkasten 40 der Sensoreinrichtung 10 gemäß den 1 und 2 eingesetzt werden kann. Die innere Gitterhaube 41 ist kleiner als die äußere Gitterhaube 42, so dass diese innerhalb der äußeren Gitterhaube 42 eingesetzt werden kann. Die Formgestaltung der inneren Gitterhaube 41 ist vorzugsweise ähnlich zu der Ausgestaltung der äußeren Gitterhaube 42, wie sie in der 3 gezeigt ist. So lässt sich in der 4 erkennen, dass die innere Gitterhaube 41 ein Gitter 41a aufweist, das eine seitliche Gitterfläche A1, eine dazu parallele zweite seitliche Gitterfläche A2 sowie eine obere Gitterfläche A3 umfasst. Die obere Gitterfläche A3 ist parallel zur Oberfläche der Leiterplatte 50 angeordnet und ermöglicht somit einen Strahleinfall optischer Strahlung, die senkrecht oder zumindest im Wesentlichen senkrecht auf die Leiterplatte 50 einfällt. Die beiden seitlichen Gitterflächen A1 und A2 stehen senkrecht zur Leiterplatte 50 und ermöglichen somit gemeinsam mit der oberen Gitterfläche A3 auch einen Einfall optischer Strahlung, die seitlich auf den Schirmkasten 40 fällt.
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Bezüglich der Anordnung der inneren Gitterhaube 41 wird es als vorteilhaft angesehen, wenn diese auf der Leiterplatte 50 gemäß den 1 und 2 derart angeordnet wird, dass die Flächennormalen N1 und N2 der beiden seitlichen Gitterflächen A1 und A2 parallel zum Empfängerlinie 22 der Empfangselemente 21 liegen. Die Flächennormale N3 der oberen Gitterfläche A3 steht somit senkrecht zur Leiterplatte 50 und zur Empfängerlinie 22.
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Mit Blick auf eine elektromagnetische Trennung der Sendeelemente 31 von den Empfangselementen 21 wird es als vorteilhaft angesehen, wenn die innere Gitterhaube 41 einen massiven Wandabschnitt 41b aufweist, der räumlich zwischen der Empfängerlinie 22 und der Senderlinie 32 liegt und die Empfangselemente 21 somit von den Sendeelementen 31 trennt.
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Bei den Ausführungsbeispielen gemäß den 3 und 4 weisen die Gitter 41a und 42a der beiden Gitterhauben 41 und 42 jeweils drei Flächenabschnitte auf, nämlich zwei seitliche Gitterflächen A1 und A2 sowie eine obere Gitterfläche A3, wobei die obere Gitterfläche A3 senkrecht zu den beiden seitlichen Gitterflächen A1 und A2 ausgerichtet ist. Alternativ ist es möglich, die Gitterflächen der beiden Gitter gekrümmt oder gewölbt auszugestalten, um eine Art Linsenform zu bilden, so dass auch schräg eintreffende Empfangsstrahlen nahezu parallel zur jeweiligen Flächennormale des Gitters - bezogen auf den jeweiligen Auftreffpunkt - auftreffen bzw. verlaufen.
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Die in den 3 und 4 gezeigte kastenförmige Ausgestaltung der beiden Gitterhauben 41 und 42 und die zweifach umgebogene bzw. abgeknickte Ausgestaltung der beiden Gittern 41a und 42a ist mit Blick auf eine einfache Herstellung der Gitterhauben 41 und 42 besonders vorteilhaft. Beispielsweise können die Gitterhauben 41 und 42 jeweils durch Stanzen und Umbiegen von Weißblech hergestellt werden.
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Die 5 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel für eine Sensoreinrichtung 10, bei der Empfangselemente 21 (vgl. 1 und 2) einer Empfangseinrichtung 20 in einem Schirmkasten 40 untergebracht sind. Der Schirmkasten 40 kann mit dem Schirmkasten 40 bei dem Ausführungsbeispiel gemäß den 1 bis 4 baugleich sein.
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Im Unterschied zu dem Ausführungsbeispiel gemäß den 1 und 2 weist die Sensoreinrichtung 10 gemäß 5 eine zusätzliche Trenneinrichtung 60 mit Strahlkanälen 61 auf, die auf die Sendeelemente 31 (vgl. 1 und 2) bzw. die Senderlinie 32 aufgestülpt sind und somit die Sendeelemente 31 voneinander trennen.
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Die Funktion der Trenneinrichtung 60 besteht darin, für jedes Sendeelement 31 einen individuellen Strahlkanal bereitzustellen, durch den die optische Strahlung des jeweiligen Sendeelements 31 austreten kann. Die Sendeelemente 31 werden durch die Trenneinrichtung 60 darüber hinaus von der optischen Empfangseinrichtung 20 isoliert, so dass ein unmittelbares Einkoppeln optischer Strahlung der Sendeelemente 31 in die Empfangselemente 21 (vgl. 1 und 2) verhindert oder zumindest stark reduziert wird.
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Im Übrigen gelten die obigen Erläuterungen im Zusammenhang mit den 1 bis 4 bei dem Ausführungsbeispiel gemäß 5 entsprechend.
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Obwohl die Erfindung im Detail durch bevorzugte Ausführungsbeispiele näher illustriert und beschrieben wurde, so ist die Erfindung nicht durch die offenbarten Beispiele eingeschränkt und andere Variationen können vom Fachmann hieraus abgeleitet werden, ohne den Schutzumfang der Erfindung zu verlassen.
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Bezugszeichenliste
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- 10
- Sensoreinrichtung
- 11
- Strahlfächer
- 20
- Empfangseinrichtung
- 21
- Empfangselemente
- 22
- Empfängerlinie
- 30
- Sendeeinrichtung
- 31
- Sendeelemente
- 31a
- Sendeelement
- 32
- Senderlinie
- 40
- Schirmkasten
- 41
- Gitterhaube
- 41a
- Gitter
- 41b
- Wandabschnitt
- 42
- Gitterhaube
- 42a
- Gitter
- 42b
- Wandabschnitt
- 43
- Abschnitt
- 44
- Trennwand
- 50
- Leiterplatte
- 60
- Trenneinrichtung
- 61
- Strahlkanäle
- A1
- Gitterfläche
- A2
- Gitterfläche
- A3
- Gitterfläche
- N1
- Flächennormale
- N2
- Flächennormale
- N3
- Flächennormale
- Sa
- Strahl
- SEB
- Strahleinfallbereich
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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