DE4435829A1 - Sicherheits-Schaltplatte - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Sicherheits-Schaltplatte zum Aus­ lösen einer Alarm- und/oder Steuerfunktion bei Berührung mit gleichzeitiger Überwachung der Betriebsbereitschaft mit ei­ ner elastischen, elektrisch leitenden Schicht und mit zwei an sich gegenüberliegenden Seiten oder Enden der elastischen Schicht angeordneten, an eine Spannungsversorgung und eine Signalauswerteeinrichtung angeschlossenen Elektroden.

Sicherheits-Schaltplatten werden zum Beispiel neben Pressen, Walzen, Robotern und anderen gefährlichen Maschinen in Werk­ hallen in den Boden eingelassen. Sobald ein Arbeiter die Platte bei einer Annäherung an die Maschine mit einem Fuß be­ tritt oder mit einem Fahrzeug auffährt, spricht die Schalt­ platte an und gibt ein elektrisches Signal. Mit diesem kann die Maschine abgeschaltet und/oder ein optischer oder akusti­ scher Alarm ausgelöst werden. Bekannt ist eine Sicherheits-Schaltplatte (DE 89 09 161 U1), bei der ein Schlauch zwi­ schen dem Boden und einer Deckelplatte verlegt ist. Auf dem Boden und unter der Oberseite des Schlauches verlaufen lei­ tende Schichten. Im Ruhezustand des Schlauches sind sie von­ einander isoliert. Beide sind an die Signalauswerteeinrich­ tung angeschlossen. Diese wird nicht weiter beschrieben. Es heißt lediglich, daß die beiden leitenden Schichten bei Be­ rührung einen elektrischen Kontakt bewirken. Dieser Kontakt bedeutet einen Kurzschluß oder mindestens eine Herabsetzung der Summe der Widerstände der unteren und der oberen leiten­ den Schicht. Diese Widerstandsänderung wird von der Signal­ auswerteeinrichtung detektiert. Bei einer anderen bekannten Sicherheits-Schaltplatte (DE 37 15 871 A1) sind zwischen de­ ren Boden- und Deckelplatte leitende und nichtleitende Schichten abwechselnd übereinander angeordnet. Diese Schich­ ten bilden einen Signalgeber. Jede leitende Schicht ist an ihrem einen Ende mit der jeweils übernächsten leitenden Schicht elektrisch verbunden. Mit ihren anderen Enden sind die leitenden Schichten an eine Spannungsquelle und an eine Signalauswerteeinrichtung angeschlossen. Die nichtleitenden Schichten sind elastisch zusammendrückbar. Bei einem Druck auf die Deckelplatte und damit auf die Schichten werden die leitenden Schichten durch die nun zusammengedrückten nicht­ leitenden Schichten hindurch miteinander verbunden. Die Sig­ nalauswerteeinrichtung erkennt diese Zustandsänderung. Sie liefert ein diese Zustandsänderung anzeigendes Signal. Be­ kannt ist weiter eine sogenannte Kontaktmatte für Tritte (DE 19 71 111 U1), mit der zum Beispiel in Fahrzeugen dem Fahr­ personal angezeigt wird, ob noch ein Fahrgast auf einem Trittbrett steht. Bei dieser Kontaktmatte ist ein Druckwel­ lenschlauch in beliebiger Form zwischen einer unteren und ei­ ner oberen Platte verlegt. Bei Betreten der oberen Platte entsteht in dem Schlauch eine Druckwelle. Diese wird einem an ein Ende des Schlauches angeschlossenen Druckwellenkon­ takt zugeführt und von diesem detektiert. Bestandteil jeder Sicherheits-Schaltplatte ist damit eine Signalauswerteein­ richtung oder ein Druckwellenkontakt. Die Signalauswerteein­ richtung enthält eine Spannungsquelle, an die die beiden lei­ tenden Schichten des Schlauches angeschlossen sind, und eine ebenfalls an die beiden leitenden Schichten angeschlossenen Detektor, der die durch ein Befahren oder Betreten entstehen­ de Widerstandsänderung detektiert.

Die bekannten Sicherheits-Schaltplatten werden im großen Um­ fang verwendet und haben sich mehr oder weniger bewährt. Sämtliche bekannten Sicherheits-Schaltplatten bestehen aus mehreren Teilen. Die zuerst genannte Sicherheits-Schaltplat­ te enthält einen Schlauch, der unter seiner Oberseite und auf seinem Boden elektrisch leitend beschichtet ist. Diese Beschichtung ist teuer. Dies erhöht die Kosten der gesamten Sicherheits-Schaltplatte. Bei der vorstehend an zweiter Stel­ le genannten bekannten Sicherheits-Schaltplatte liegen lei­ tende und nichtleitende Schichten abwechselnd übereinander. Die Herstellung dieser beiden Arten von Schichten und ihre Anordnung zwischen der Boden- und der Deckelplatte ist auf­ wendig und teuer. Dies erhöht die Kosten der gesamten Sicher­ heits-Schaltplatte.

Von diesem Stand der Technik ausgehend liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Sicherheits-Schaltplatte auszubil­ den, die die Alarm-, Steuer- und Überwachungsfunktionen ge­ nauso gut wie oder besser als die bekannten Sicherheits­ schaltplatten ausführt, aber einen wesentlich niedrigeren Herstellungspreis aufweist. Die Lösung für diese Aufgabe er­ gibt sich bei einer Sicherheits-Schaltplatte der eingangs ge­ nannten Gattung nach der Erfindung dadurch, daß die elasti­ sche Schicht eine vom auf sie ausgeübten Druck abhängige, bei zunehmendem Druck ansteigende elektrische Leitfähigkeit aufweist. Solche Schichten sind für einen anderen Zweck, näm­ lich als Unterlage für elektronische Geräte bekannt. Sie be­ stehen aus übereinanderliegenden, abwechselnd nieder- und hochohmigen Lagen. Die hochohmigen Lagen bilden hauchdünne Filme mit einer Stärke im Bereich von Mikrometern. Unter der Einwirkung von Druck werden die die hochohmige Lage bilden­ den Einzelelemente auseinandergedrückt, so daß sich die auf beiden Seiten befindlichen niederohmigen Lagen einander annä­ hern. Die niederohmigen Elemente überbrücken die hochohmigen Elemente. Damit steigt der Leitwert und bei Anliegen einer Spannung der Stromfluß. Bei der Verwendung der Schicht als Unterlage für ein elektronisches Gerät bedeutet dies, daß die Schicht die statische Elektrizität nach Masse ableitet. Die bei Anlegen eines Druckes zunehmende elektrische Leitfä­ higkeit hat dabei keine Bedeutung.

Unerwartet und überraschend hat sich nun gezeigt, daß eine solche Schicht in einer Sicherheits-Schaltplatte als Signal­ geber für die Signalauswerteeinrichtung verwendet werden kann. Ihre Empfindlichkeit oder die Änderung ihres Leitwer­ tes bei einem gegebenen Druck ist so hoch, daß sie schon bei leichter Berührung ein Signal gibt. Vorteilhaft sind ihre niedrigen Herstellungskosten und ihre geringe Höhe. Für nor­ male Anwendungen hat die elastische Schicht eine Stärke von etwa 5 mm. Erfindungsgemäße Sicherheits-Schaltplatten können damit nicht nur vor Pressen und anderen Maschinen im Boden verlegt, sondern auch in Haushalten und Büros unter Teppiche gelegt und dort zum Diebstahlschutz verwendet werden.

Erfindungsgemäß werden elastische Schichten verwendet, deren Leitwerte über der Höhe oder über der Länge veränderlich sind. Dies bedeutet, daß die Elektroden auf der Ober- und Unterseite und/oder an den Schmalseiten der elastischen Schicht anliegen.

In einer zweckmäßigen Ausgestaltung sind die Elektroden auf beiden Seiten, das heißt der Ober- und der Unterseite der elastischen Schicht angeordnet. Dabei können die Elektroden feste Platten sein oder aus einer metallischen Beschichtung bestehen. Im letzteren Fall empfiehlt sich die Auflage von festen Platten auf die metallischen Beschichtungen. Die Elek­ troden können auch an den Stirnseiten der elastischen Schicht angeordnet sein. Ebenso können die Elektroden als Leiterbahnen schleifenförmig auf beiden Seiten der elasti­ schen Schicht aufgebracht sein.

Die an die beiden Elektroden angeschlossene Signalauswerte­ einrichtung ermittelt die an den Elektroden anliegende Span­ nung und gibt bei einer einen Toleranzwert übersteigenden Abweichung ein Signal. Ebenso kann die Signalauswerteeinrich­ tung den Innenwiderstand der elastischen Schicht messen und bei einer einen Toleranzwert übersteigenden Abweichung ein Signal geben.

Die Signalauswerteeinrichtung kann eine Relaisschaltung ent­ halten. Ebenso kann sie als Operationsverstärker ausgebildet sein. Es liegt im Rahmen der Erfindung, wenn die Signalaus­ werteeinrichtung moderne Bauelemente wie Mikroprozessoren, Chips und dergleichen enthält.

Die vorstehend beschriebene elastische Schicht besteht aus abwechselnd übereinanderliegenden Lagen hoher und niedriger Leitfähigkeit. Insgesamt führt dies zu der genannten, mit steigendem Druck zunehmenden Leitfähigkeit. Die Erfindung sieht aber noch eine weitere auch für sich allein neue Aus­ bildung der elastischen Schicht vor. Diese zeichnet sich da­ durch aus, daß über Kreuz verlaufende, wie Schuß und Kette verlegte Fäden in die elastische Matte eingelegt sind und die in der einen Richtung verlaufenden Fäden aus einem elek­ trisch leitenden und die in der anderen Richtung verlaufen­ den Fäden aus einem elektrisch isolierenden und elastisch zusammendrückbaren Material bestehen. Zweckmäßig bestehen die elektrisch leitenden Fäden aus Graphit. Im entspannten Ruhezustand weisen die Fäden Kreisquerschnitt auf und berüh­ ren sich punktförmig. Mit zunehmendem Druck werden die Fäden flachgedrückt und gehen in eine linien- und flächenförmige Berührung über. Damit steigt der Leitwert der elastischen Matte.

Am Beispiel der in der Zeichnung gezeigten Ausführungsformen wird die Erfindung nun weiter beschrieben. In der Zeichnung ist:

Fig. 1 ein Blockschaltbild mit der Darstellung der erfin­ dungsgemäßen Sicherheits-Schaltplatte und ihres An­ schlusses an eine Spannungsquelle und verschiedene Ausführungsformen der Signalauswertevorrichtung,

Fig. 2 eine schematische Darstellung der aus sich kreuzenden Fäden bestehenden elastischen Schicht und

Fig. 3 eine vergrößerte, perspektivische Teildarstellung von sich kreuzenden Fäden.

Fig. 1 zeigt die Spannungsquelle 12. Dies kann eine Gleich­ spannungs- oder eine Wechselspannungsquelle sein. Die Sicher­ heits-Schaltplatte ist schematisch bei 14 dargestellt. Über Leitungen 16 ist sie an die Spannungsquelle 12 angeschlos­ sen. Die Sicherheits-Schaltplatte 14 besteht aus der elasti­ schen Schicht 18 und im gezeigten Beispiel aus den auf ihrer Unter- und ihrer Oberseite aufliegenden Elektroden 20. Die Signalauswerteeinrichtung ist an die in Fig. 1 rechts liegen­ den Enden der Elektroden 20 angeschlossen. Als Beispiel für eine Signalauswerteeinrichtung zeigt Fig. 1 einen Operations­ verstärker 22 und ein Widerstandsmeßgerät 24. Diese sind über Leitungen 26 an die Elektroden angeschlossen.

Die Fig. 2 und 3 zeigen die aus den sich kreuzenden Fäden bestehende elastische Schicht 18. In Fig. 3 sind die leiten­ den Fäden mit 28 und die nichtleitenden Fäden mit 30 bezeich­ net.

Es sei angenommen, daß die Sicherheits-Schaltplatte 14 im Boden vor einer Maschine oder im Büro oder in einer Wohnung unter dem Teppich verlegt ist. Gemäß der Darstellung in Fig. 1 ist sie an eine Spannungsquelle 12 und an eine Signalaus­ werteeinrichtung, entweder den Operationsverstärker 22 oder das Widerstandsmeßgerät 24, angeschlossen. Ebenso kann sie sowohl mit dem Operationsverstärker 22 als auch zusätzlich mit dem Widerstandsmeßgerät 24 verbunden sein. In der Praxis bilden der Operationsverstärker 22, das Widerstandsmeßgerät 24 und andere Ausführungsformen einer Signalauswerteeinrich­ tung ein einziges, in einem einzigen Gehäuse untergebrachtes Gerät.

Im Ruhezustand zeigt der Operationsverstärker 22 eine be­ stimmte Spannung an. Das Widerstandsmeßgerät 24 zeigt einen bestimmten Innenwiderstand der Sicherheits-Schaltplatte 14 an. Es sei nun angenommen, daß auf diese eine Kraft in Rich­ tung des in Fig. 1 eingezeichneten Pfeiles ausgeübt wird. Sie wird zusammengedrückt. Damit steigt ihr Leitwert. Damit sinkt die an ihrem Innenwiderstand abfallende Spannung. Der Operationsverstärker 22 stellt dies fest und gibt ein Sig­ nal. Das Widerstandsmeßgerät 24 detektiert einen abnehmenden Innenwiderstand und gibt ebenfalls ein Signal. Auch bei ei­ ner Unterbrechung einer der Leitungen 16 oder 26 oder bei einem Kurzschluß zwischen diesen Leitungen geben der Opera­ tionsverstärker 22 und das Widerstandsmeßgerät 24 ein Sig­ nal. Gleiches gilt für die in den Fig. 2 und 3 gezeigte Ausführungsform der elastischen Schicht 18.

Claims (15)

1. Sicherheits-Schaltplatte zum Auslösen einer Alarm- und/oder Steuerfunktion bei Berührung und mit gleichzeitiger Überwachung der Betriebsbereitschaft mit einer elasti­ schen, elektrisch leitenden Schicht und mit zwei an sich gegenüberliegenden Seiten oder Enden der elastischen Schicht angeordneten, an eine Spannungsversorgung und eine Signalauswerteeinrichtung angeschlossenen Elektro­ den, dadurch gekennzeichnet, daß die elastische Schicht (18) eine vom auf sie ausgeübten Druck abhängige, bei zunehmendem Druck ansteigende elektrische Leitfähigkeit aufweist.

2. Sicherheits-Schaltplatte nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Leitwert der elastischen Schicht (18) über deren Höhe veränderlich ist.

3. Sicherheits-Schaltplatte nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Leitwert der elastischen Schicht (18) über deren Länge veränderlich ist.

4. Sicherheits-Schaltplatte nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß Elektroden (20) auf bei­ den Seiten der elastischen Schicht (18) angeordnet sind.

5. Sicherheits-Schaltplatte nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektroden (20) feste Platten sind.

6. Sicherheits-Schaltplatte nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektroden (20) aus einer metallischen Beschichtung bestehen.

7. Sicherheits-Schaltplatte nach Anspruch 6, gekennzeichnet durch eine auf jeder metallischen Beschichtung aufliegen­ de feste Platte.

8. Sicherheits-Schaltplatte nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Elektroden (20) auf den Stirnseiten der elastischen Schicht (18) angeordnet sind.

9. Sicherheits-Schaltplatte nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Elektroden (20) als Leiterbahnen schleifenförmig auf beiden Seiten der elastischen Schicht (18) aufgebracht sind.

10. Sicherheits-Schaltplatte nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Signalauswerteeinrich­ tung (22, 24) die an den beiden Elektroden (20) anliegen­ de Spannung ermittelt und bei einer einen Toleranzwert übersteigenden Abweichung ein Signal abgibt.

11. Sicherheits-Schaltplatte nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Signalauswerteeinrich­ tung (24) den Innenwiderstand der elastischen Schicht (18) mißt und bei einer einen Toleranzwert übersteigen­ den Abweichung ein Signal gibt.

12. Sicherheits-Schaltplatte nach Anspruch 10, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Signalauswerteeinrichtung eine Re­ laisschaltung enthält.

13. Sicherheits-Schaltplatte nach Anspruch 10, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Signalauswerteeinrichtung (22) ei­ nen Operationsverstärker enthält.

14. Sicherheits-Schaltplatte nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß über Kreuz verlaufende, wie Schuß und Ket­ te verlegte Fäden in die elastische Matte eingelegt sind und die in der einen Richtung verlaufenden Fäden (28) aus einem elektrisch leitenden und die in der anderen Richtung verlaufenden Fäden (30) aus einem elektrisch isolierenden und elastisch zusammendrückbaren Material bestehen.

15. Sicherheits-Schaltplatte nach Anspruch 14, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die elektrisch leitenden Fäden (28) aus Graphit bestehen.