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Elektropneumatische Sicherheitssteuerung für eine automatische
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Tür- oder Torbetätigungsanlage Die Erfindung betrifft eine elektropneumatische
Sicherheitssteuerung für eine automatische Tür- oder Torbetätigungsanlage, die einen
Antrieb zum Oeffnen und Schliessen der Türe bzw. des Tores sowie einen Druckgeber
aufweist, der bei Benützung der Tür bzw. des Tores betätigt wird.
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Es ist bekannt, Türen oder Tore, namentlich schwere Tore wie z.B.
in Fabriken, Garagen oder Warenhäusern, die automatisch geöffnet und geschlossen
werden, mit einer Sicherheitssteuerung zu versehen, die ein unbeabsichtigtes Einklemmen
der den Eingang benützenden Personen bzw. eines Gegenstandes (Fahrzeug etc.) verhindern
soll. Ausser den bekannten Lichtschranken, bei denen die Unterbrechung des quer
über die Türöffnung strahlenden Lichtbündels den Türbetätigungsmechanismus so steuert,
dass dieser die Türe sofort wieder öffnet, sind auch elektropneumatische
Einrichtungen
bekannt, wie sie z.B. bei Fahrzeugen des öffentlichen Verkehrs eingesetzt sind,
aber auch auf stark benützten Eingängen wie z.B. solche von Ladengeschäften. Diese
Einrichtungen beruhen auf dem Prinzip, dass ein Luftschlauch entweder direkt oder
indirekt, z.B. durch ein Trittbrett oder durch eine über den Eingang gelegte Matte
zusammengedrückt wird, wobei der entstehende Druckstoss einen Membrankontaktschalter
auch Druckwellenschalter genannt, betätigt; in diesem wird eine Membran durchgebogen
und schliesst dabei einen elektrischen Kontakt, sodass dann ein Signal abgegeben
wird. Es ist auch bekannt, bei Arbeitsmaschinen Schutzschilder anzubringen, die
bei Inbetriebnahme der Maschine den Zugang zur Bearbeitungszone verschliessen und
die mit einem Druckschalter versehen sind, damit eine Person, die noch in dieser
Zone Arbeiten ausführt, ihre Arme und Hände rechtzeitig herausziehen kann; der Druckschalter
bewirkt bei Berührung ein Wiederhochfahren des Schutzschildes und Abstellen der
allenfalls schon angelaufenen Maschine.
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Es ist bei allen diesen Einrichtungen wesentlich, dass sie einwandfrei
funktionieren, denn ein nicht rechtzeitig erkannter Defekt kann unter Umständen
gefährlicher sein als das Fehlen einer Sicherheitsanlage überhaupt, weil die regelmässigen
Benützer derselben sich auf diese verlassen. Es ist somit unbedingt notwendig, Störungen
an einer solchen Steuerung sofort zu erkennen. Eine Sicherheitssteuerung, die diesen
Vorteil aufweist, ist bereits bekannt. Bei ihr werden die Druckstösse des Druckgebers
an wenigstens zwei voneinander unabhängige Druckwellenschalter weitergeleitet, welche
den Druckstössen entsprechende elektrische Impulse an den Steuerstromkreis der Tür-
bzw. Toröffnungsanlage abgeben, welcher ein Relais für den Tür- bzw. Torantrieb
enthält, das in abgefallenem Zustand diesen Antrieb veranlasst, die Türe respektive
das Tor zu öffnen. Die einmal geöffnete Türe bzw. das Tor
bleibt
offen, und die Störung wird über ein dauerndes Lichtsignal solange angezeigt, bis
sie behoben ist.
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Damit ist zwar die grösstmöglichste Sicherheit erreicht. Der einzige
Nachteil liegt jedoch darin, dass die Türe dauernd offen bleibt. Handelt es sich
um ein schweres breites Tor, das ins Freie führt, so kann dies im Winter, aber auch
abends oder nachts unangenehme Folgen haben; im Winter ist dies vor allem das Einströmen
von Kaltluft, während abends oder in der Nacht das Gebäude auch Unbefugten frei
zugänglich wird.
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Nicht immer ist es jedoch möglich, eine Reparatur sofort in die Wege
zu leiten.
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Die Erfindung stellt sich daher die Aufgabe, eine Sicherheitssteuerung
der eingangs erwähnten Art so zu verbessern, dass sie noch während einer beschränkten
Zeitdauer, bei voller Anzeige der Störung normal weiterbetrieben werden kann, wie
wenn kein Defekt vorhanden wäre. Erst wenn auch nach Ablauf einer gegebenen Zeitspanne
eine Reparatur nicht durchgeführt oder noch nicht möglich ist, wird die Türe dauernd
geöffnet und kann automatisch nicht mehr verschlossen werden.
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Gleichzeitig soll diese Steuerung einfacher aufgebaut und daher sowohl
preisgünstiger als auch noch weniger störanfällig sein. Diese Sicherheitssteuerung
der eingangs erwähnten Art ist dadurch gekennzeichnet, dass den Druckwellenschaltern
indirekt zwei Relais zugeordnet sind, deren Relaiskontakte in Serie in einem Stromkreis
geschaltet sind, der auch den Schütz für den Tür- bzw. Torantrieb enthält, und dass
eine Störungsüberbrückungseinrichtung vorhanden ist, welche bei Nichtausschalten
des einen Relais und/oder eines Defektes im Druckgeber das andere Relais während
einer gewissen Zeitspanne die Funktion des ersten Relais übernehmen lässt, wobei
dieses andere Relais eine Einrichtung einschaltet, die bei andauerndem
Defekt
im ersten Relais und/oder im Druckgeber nach Ablauf dieser Zeitspanne den Schütz
für den Tür- bzw. Torantrieb endgültig ausschaltet.
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Diese Steuerung ist von der Art des Druckgebers unabhängig.
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Dieser kann also entweder die schon erwähnte begehbare Matte, eine
Schwelle oder dergleichen sein, welche die Türe bzw.
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das Tor schon öffnet, bevor der Eingang durchschritten bzw.
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durchfahren wird. Er kann aber auch ein sog. Einklemmschutzgeber sein,
der an der senkrechten Kante der Türe angebracht ist und erst dann anspricht, wenn
er beim Schliessen der Türe auf den sich noch im Durchgang befindlichen Gegenstand
bzw.
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auf eine Person trifft, worauf die bei der Berührung ausgelöste Druckwelle
sofort eine Umkehrung der Schliessbewegung der Türe veranlasst.
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Die Erfindung wird anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert;
es zeigen: Fig. 1 das Schaltschema der Sicherheitssteuerung, die durch einen im
Boden eingebauten Druckgeber betätigbar ist, Fig. 2 das Schaltschema, bei welchem
der Druckgeber sich an der Türe bzw. am Tor befindet (sog. Einklemmschutz), Fig.
3 der Steuerstromkreis des Sicherheitssteuergerätes im Schema nach Fig. 1, Fig.
4 der Steuerstromkreis für das Schema nach Fig. 2, Fig. 5 eine erste Ausführungsform
eines Druckgebers in Form einer Matte zum Schema nach Fig. 1, Fig. 6 eine zweite
Ausführungsform dieses Druckgebers, und Fig. 7 eine dritte Ausführungsform dieses
Druckgebers.
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Die Steuerung we-ist gemäss Fig. 1 fünf miteinander verbundene Teile
auf, nämlich ein Steuergerät DWSR, zwei Druckwellenschaltgeräte DWRBs mit Druckwellenschalter
DW1 und DW2, wobei beide Schalter an einen Druckgeber 100 angeschlossen sind, ein
an das Steuergerät DWSR angeschlossenes Relais TZAB und einen Schütz 200, welcher
in den Stromkreis des nicht dargestellten Türantriebsmotors geschaltet ist.
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Das Steuergerät weist ein erstes Relais dl mit einem einzigen Kontakt
20 auf. In Serie damit ist ein weiterer Relaiskontakt 21 eines Relais d2 geschaltet,
der sich durch eine wesentlich grössere Abfallverzögerung vom Relaiskontakt 20 unterscheidet.
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Auch weist dieses Relais d2 noch einen weiteren Kontaktarm 22 auf.
Ferner ist eine Drucktaste 30 vorhanden. Sie kann entweder lediglich niedergedrückt
oder auch niedergedrückt und anschliessend daran gedreht werden. Die erste Einstellung
("Reset") und die zweite ("Alarm") dieser Drucktaste 30 dienen verschiedenen Zwecken,
wie noch erläutert wird. Ferner sind noch zwei mit D9, D10 sowie mit Dil bezeichneten
Kontrolleuchten vorhanden, die vorzugsweise Leuchtdioden sind.
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Jedes der Druckwellengeräte DWRBs weist ausser den schon erwähnten
Druckwellenschaltern DW1 und DW2 je einen Magneten 41, 42 auf, der einen hier kegelstumpfförmig
gezeichneten Verschlussstift 43 aufweist. Diese Stifte 43 können einen Entlüftungszweig
44 der Luftleitungen 45, 46, die vom Druckgeber 100 zu den einzelnen Druckwellenschaltern
DWl und DW2 führen, luftdicht abschliessen; im eingezeichneten Zustand sind sie
von den Entlüftungszweigen 44 entfernt, sodass die Leitungen 45 und 46 voll entlüftet
sind. Die beiden Magnete 41 und 42 sind an den Ruhekontaktpol 23 des Relais d2 angeschlossen.
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Das Relais TZAB ist mit einer Zeitverzögerungseinrichtung versehen,
die nach einer Zeitspanne t3, die wesentlich grösser
als die Verzögerungszeitspanne
t2 des Relais d2 ist, das Relais TZAB abfallen lässt. Wann und aus welchen Gründen
dieser Vorgang eintreten kann, wird noch erläutert.
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Wie ersichtlich, sind die beiden Kontakte 20, 21 der Relais dl, d2
des Steuergerätes, das Relais TZAB und der Schütz 200 des Türantriebs in Serie an
eine Spannungsquelle P-N gelegt, wobei diese Spannungsquelle von der üblichen Netzspannung
heruntertransformiert sein kann.
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Das Schema gemäss Fig. 1 ist im stromlosen Zustand gezeichnet.
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Dabei ist zu beachten, dass der Schütz 200 so in den Stromkreis des
nicht dargestellten Motors geschaltet ist, dass der letztere, wenn der Schütz stromlos
ist, die Türe öffnet.
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Im weiteren sind die beiden Druckwellenschalter DW1 und DW2 im Ruhezustand
wie dargestellt geschlossen; sie werden bei Eintreffen eines Druckstosses abgehoben
bzw. geöffnet. Die Funktion ist wie folgt: Beim Anlegen der Steuerspannung ziehen
die Relais dl und d2 unverzögert an. Wird der Druckgeber 100 betreten oder befahren,
werden die Leitungen 45 und 46 mit Druck beaufschlagt, und damit öffnen sich die
Kontakte DW1 und DW2. Die dadurch entstehenden Signale werden an das Steuergerät
DWSR weitergeleitet. Wenn mindestens ein Signal in diesem Gerät ankommt, fällt das
Relais dl unverzögert ab; dadurch wird der Schütz 200 stromlos und die Türe wird
geöffnet. Gleichzeitig schliessen die beiden Magnete 41, 42 die Entlüftungszweige
44 unddamit die Luftleitungen 45, 46 dicht ab, solange der Druckgeber 100 ohne Unterbruch
betreten bzw. befahren wird.
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Ein vorhandener Druck an den beiden Druckwellenschaltern DW1 und DW2
wird an den Kontrollampen D9 und D10 angezeigt.
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Wird der Druckgeber 100 entlastet, zieht das Relais dl mit einer Verzögerungszeitspanne
t4, die beispielsweise eine
Sekunde beträgt, an; mit etwa derselben
Verzögerungszeit fallen die beiden Magnete 41, 42 wieder ab und entlüften damit
die Leitungen 45, 46.
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Weist das Relais dl einen mechanischen Defekt auf, wie beispielsweise
eine Verklebung der Kontakte, so kann es bei der nächsten Druckgabe nicht mehr abfallen.
Dies würde bedeuten, dass das Relais TZAB und damit der Schütz 200 dauernd unter
Strom stehen würden, da ja das Relais d2 angezogen hat. Um dies zu vermeiden, d.h.
um den Schütz 200 wieder stromlos zu machen und um damit die Türe wieder zu öffnen,
wird durch einen elektronischen Ueberwachungskreis 3 (Fig. 3) sofort und unverzögert
das Relais d2 zum Abfallen gebracht. Damit ist der Stromkreis zum Schütz 200 wieder
unterbrochen; die Türe öffnet sofort. Gleichzeitig leuchtet die Kontrollampe Dll
("Störung") auf. Gleichzeitig beginnt in einem Zeitschaltkreis T2 (Fig. 3) eine
Abfallverzögerungszeit zu laufen, die beispielsweise 60 Sekunden betragen kann.
Innerhalb dieser Zeit t2 übernimmt das Relais d2 die Funktion von dl; d.h., das
Relais d2 zieht verzögert an (ca. 1 Sek.) und fällt unverzögert ab, entsprechend
der Begehungsfrequenz des Druckgebers. Behebt sich der mechanische Defekt am Relais
dl während dieser Zeit t2 nicht von selbst, bleibt das Relais d2 nach Ablauf dieser
Zeit endgültig abgefallen, und gleichzeitig beginnt im Relais TZAB eine Abfallverzögerungszeit
t3 zu laufen. Diese ist wesentlich grösser, beispielsweise kann sie 48 Std. betragen.
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Die gleiche Abfallverzögerungszeit am Relais d2 beginnt zu laufen,
wenn innerhalb der Zeitspanne tl nicht beide Signale der Druckwellenschalter DW1
und DW2 im Gerät DWSR eintreffen.
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Kommen jedoch innerhalb der Zeit t2 weitere Signale von den beiden
Druckwellenschaltern an, die nunmehr einen zeitlichen Abstand von weniger als t1
aufweisen, wird die gespeicherte
Störung automatisch gelöscht
und die Abfallverzögerungszeit im Relais d2 wieder auf Null zurückgestellt.
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Ist jedoch ein Defekt im Druckluftsystem vorhanden und kommt dauernd
nur ein Signal an, öffnet zwar die Türe über das Relais dl sofort, aber die Störung
wird erkannt, an der Kontrollampe Dll signalisiert, und das Relais d2 fällt nach
Ablauf der Verzögerungszeit t2 ab. Auch in diesem Fall beginnt im Relais TZAB die
Abfallverzögerungszeit t3 (bei-3 spielsweise 48Std.) abzulaufen.
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Durch impulsmässiges Betätigen der Drucktaste 30 und Betreten des
Druckgebers 100 innerhalb der Abfallverzögerungszeit t2 kann versucht werden, die
Störung zu beheben. Dabei wird die Abfallverzögerungszeit am Relais d2 immer wieder
auf Null zurückgestellt. Bleibt jedoch die Störung vorhanden, und wird nichts mehr
unternommen, so fällt nach Ablauf der Zeit t2 das Relais d2 erneut ab. Die Türe
wird wieder geöffnet.
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Nun ist es natürlich nicht möglich, dauernd die Störungsdrucktaste
30 ("Resettaste") zu drücken; trotzdem sollte der Türbetrieb weiter aufrechterhalten
werden. Zu diesem.
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Zweck wird die Drucktaste nun nach dem Niederdrücken noch gedreht,
wodurch sie in die Stellung "Alarm" einrastet. Dadurch zieht das Relais d2 sofort
wieder an. Gleichzeitig beginnt aber die Abfallverzögerungszeit des Relais TZAB
abzulaufen, da dessen Ansteuerkreis wegen der Oeffnung des Störungskontaktarmes
24 auch trotz des Anziehens des Relais d2 bzw. seines zweiten Kontaktes unterbrochen
ist. Kann die Störung nicht innerhalb der Zeit t3 behoben werden, wird der Schütz
200 nach Ablauf dieser Zeit endgültig stromlos.
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Während dieser ganzen Zeit leuchtet die Kontrollampe Dll.
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Nach Behebung der Störung muss die Drucktaste 30 wieder in ihre Anfangsstellung
gebracht werden, worauf auch die Kontrolllampe
Dll erlischt. Die
Steuerung ist wieder normal betriebsbereit.
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Speziell zu erwähnen ist, dass die Steuerung auch dann anspricht,
d.h. die Oeffnung der Türe bzw. des Tores veranlasst, wenn gleichzeitig ein Defekt
im pneumatischen Kreis und ein mechanischer Defekt am Relais dl vorhanden ist und
zwar auch während des Störbetriebes t3 von 48 Std..
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Fig. 2 zeigt die Steuerung in Anwendung als sog. Einklemmschutz. Hier
ist ein Zweikammer-Luftbehälter 50 in Form einer Schiene an dem senkrechten Rand
des Tors bzw. der Türe angebracht. Behälter dieser Art sind in der schweizerischen
Patentschrift 557 949 beschrieben. Die Schaltung ist ziemlich ähnlich wie bei der
Steuerung nach Fig. 1, mit Ausnahme einzelner Zeitglieder. Auch diese Steuerung
ist im Ruhezustand dargestellt. Nach Anlegen der Steuerspannung zwischen P-N ziehen
die Relais dl und d2 sofort an. Der Schütz 200 erhält dadurch Strom, und die Türe
wird in Schliessrichtung bewegt. Trifft nun der Behälter 50 auf eiii Hindernis auf,
ergibt sich ein Druckstoss, der von den beiden Druckwellenschaltern auf das Relais
dl geleitet wird, wodurch dieses abfällt, sodass die Bewegung der Türe augenblicklich
umgekehrt wird, d.h. die Türe öffnet sofort. Sobald der Behälter 50 entlastet wird,
zieht das Relais dl wieder an. Liegt keine Störung vor, kann die Türe somit wieder
in Schliessrichtung bewegt werden.
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Auch hier ist wesentlich, dass beide Druckstösse innerhalb einer vorgegebenen
Zeit tl, beispielsweise innerhalb einer Sekunde, im Gerät DWSR eintreffen. Wenn
dies nicht der Fall ist, fällt das Relais dl sofort ab und der Oeffnungsvorgang
der Türe wird eingeleitet. Im Unterschied zur Steuerung nach Fig. 1 fällt auch das
Relais d2 nach der Zeit t ab. Gleichzeitig
leuchtet die Störungslampe
Dll auf.
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Auch hier kann ein Versuch zur Behebung der Störung unternommen werden,
indem der Behälter 50 kurz zusammengedrückt wird. Wenn dies nichts hilft, beginnt
im Relais TZAB nach Abfall des Relais d2 die Zeit t3 abzulaufen. Am Ende dieser
Zeitspanne kaiin das Tor nicht mehr geschlossen werden. Dieser Teil des Vorganges
ist also derselbe wie bei der Steuerung nach Fig. 1.
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Die beiden elektronischen Schaltkreise des Sicherheitsgerätes DWSR
sind in den Figuren 3 und 4 dargestellt. Die Impulse, die durch das Abfallen der
Druckwellenschalter DW1 und DW2 entstehen, werden auf eine sog. Entprellstufe 1
geleitet, welche die Stromstösse etwas mildert, und von dort über Inverter C auf
eine Auswertstufe 2. Diese stellt fest, ob beide Signale innerhalb der Zeit tl angekommen
sind. Gleichzeitig erhält auch ein Vergleichs-NAND-Element D einen oder zwei Impulse
und schaltet das Relais dl ab. Während der Oeffnungszeit der Druckwellenschalter
DW1 und DW2 leuchten die Kontrolllampen bzw. Leuchtdioden D9 und D10.
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Ein wichtiger Bestandteil des Schaltkreises ist ein Flip-Flop-Element
FF1. Treffen die beiden Druckwellen von den Druckwellenschaltern nicht innerhalb
der vorgegebenen Zeit tl miteinander ein, so wird dies im Flip-Flop-Element gespeichert.
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Dasselbe tritt auf, wenn am Relais dl ein Defekt auftritt, der trotz
eines Druckwellensignals sein Abfallen verhindert, sodass auch der Schütz 200 wegen
des noch geschlossenen Relais d2 unter Strom steht. Um diesen wieder stromlos zu
machen und um dadurch die Türe wieder zu öffnen, wird wie erwähnt durch den elektrischen
Ueberwachungskreis bzw. das elektronische Auswerteglied 3 sofort und unverzögert
das Relais d2 zum Abfallen gebracht. Damit ist der Stromkreis zum Schütz 200 unterbrochen,
sodass die Türe sofort öffnet. Durch die Umsteuerung
eines Flip-Flop-Elementes
FF2 beginnt über das Zeitglied T2 die Zeit t2 abzulaufen. Wenn innerhalb dieser
Zeitspanne t2 wieder weitere Impulse, nunmehr aber innerhalb der Zeitspanne tl,
eintreffen, wird das Flip-Flop-Element FF2 wieder in seinen Ausgangszustand umgespeichert.
Dies hat auch eine Rückstellung des Zeitgliedes T2 auf Null zur Folge. Erst dann,
wenn die volle Zeit t2 abgelaufen ist, ohne dass die Störung behoben ist, und ohne
dass die Drucktaste 30 gedrückt worden ist, wird das Relais d2 durch einen Transistor
T3 zum Abfallen gebracht. Damit übernimmt es die Funktion des Relais dl. Der Stromkreis
vom Schütz 200 wird unterbrochen, und dieser sorgt für die Umsteuerung des Antriebes,
sodass das Tor geöffnet wird.
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Der Unterschied der Schaltung in Fig. 4 zur derjenigen nach Fig. 3
beruht lediglich darin, dass das Zeitglied T2 fehlt.
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Das Relais d2 fällt daher bereits nach der Zeit tl ab, sodass der
Schütz 200 sofort stromlos wird. Damit ist die Hauptbedingung des Einklemmschutzes
erfüllt. Anstelle einer zeitabhängigen Speicherzelle ist eine Speicherzelle 4 vorhanden,
welche den Zustand des Flip-Flop-Elementes FF1 speichert. Der letztere kann erst
wieder in seinen Normalzustand umkippen, wenn wieder zwei Druckwellensignale innerhalb
der Zeit tl eintreffen. Beim Drücken der Taste 30 wird zwar die Information in der
Speicherzelle 4 gelöscht; speichert jedoch das Flip-Flop-Element FF1 immer noch
eine Störung, so fällt das Relais d2 sofort wieder ab.
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Auch hier kann durch Drücken und Drehen der Drucktaste 30 zwar das
Relais d2 wieder zum Anziehen und damit ein Normalbetrieb hergestellt werden; im
Relais TZAB beginnt jedoch auch in diesem Fall eine Zeit t3 abzulaufen, nach welcher
das Tor endgültig geöffnet wird und offen bleibt, bis die Störung behoben ist.
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Die Figuren 5 und 6 zeigen nun, wie die beiden Luftleitungen
45,
46 zusammen in einem Druckgeber 100, hier einer Tretmatte, angeordnet sein können.
Die Unterseite derselben ist mit regelmässigen Vorsprüngen 101 versehen, die so
ausgebildet sind, dass sich dazwischen ein Netz von rechtwinklig zueinander verlaufenden
Kanälen 102, 103 bildet, in welchen die beiden Leitungen 45, 46 derart unabhängig
voneinander verlegt werden können, dass beim Ueberschreiten oder Ueberfahren der
Matte beide mehr oder weniger gleichzeitig, jedenfalls innerhalb der Zeit tl zusammengedrückt
werden, um ihre Druckstösse abzugeben. Noch zweckmässiger ist es, die Unterseite
und Oberseite mit runden Vorsprüngen, sog. Noppen 104, zu versehen. Die Zwischenräume
105 sind mit Vorteil derart gross gewählt, dass die Matte in grossen Stücken hergestellt
und an Ort und Stelle auf die verlangte Grösse zugeschnitten werden kann; die relativ
breiten Zwischenräume 105 erlauben dann ein einfaches Einfassen des zugeschnittenen
Stückes mittels Rahmenschienen (Fig. 7), ohne dass vorerst die Vorsprünge auf die
Dicke der Matte in den Zwischenräumen 105 abgefräst werden müssen, um dieses Einfassen
überhaupt zu ermöglichen.