Hindernismelder – Ein historischer Rückblick

Ein Rückblick auf Türsensoren von den 1950er Jahren bis heute

Ein Hauptproblem bei automatisch angetriebenen Aufzugstüren ist das Verletzungsrisiko von Passagieren durch Türaufprall. Aufzugsunternehmen haben verschiedene alternative Geräte zum Schutz der Fahrgäste eingesetzt, von einfachen mechanischen Sicherheitsschuhen bis hin zu ausgeklügelten Infrarotstrahlsystemen. Dies ist ein Überblick über solche Geräte von etwa den 1950er Jahren bis heute.

Mechanische Aufprallsensoren

Eine der gebräuchlichsten Methoden des Insassenschutzes ist das Anbringen eines weichkantigen Pufferstreifens an einem Mikroschalter-Drucksensor. Diese Vorrichtung kehrt die Türbewegung um, wenn der Schalter durch Kontakt des Puffers mit einem Passagier aktiviert wird. Es basiert auf einem mechanischen Aufprall und daher nicht auf einem „berührungslosen“ Sensor. Es begrenzt jedoch die aufgebrachte Kraft und vermeidet das gefährliche Einklemmen von Gliedmaßen in der Türöffnung. Solche Sicherheitsschuhe werden immer noch häufig in älteren Installationen verwendet, aber ihr Platzbedarf und ihre Kosten haben sie aus modernen leichten Aufzugskabinen eliminiert. Mechanische Schuhe sind durch den täglichen Betrieb anfällig für Beschädigungen oder Verschleiß und ihre elektrischen Schütze können korrodieren. Dies kann zu erheblichen Ausfallzeiten und Kosten führen, während Reparaturen durchgeführt werden. Es wurden elektronische Lösungen (zunächst kapazitiv und jetzt hauptsächlich auf Infrarot-(IR)-Basis) entwickelt, die ohne Anpassungen vor Ort schnell installiert werden können und die Vorteile haben, die Türen selbst vor Beschädigungen zu schützen. Dadurch wird der Bedarf an teuren ungeplanten Wartungsarbeiten reduziert. Einige Dual-Safety-Geräte kombinieren einen mechanischen Schuh mit einem Infrarotstrahlsystem und bieten berührungslose Erkennung und mechanische Sicherung im Falle eines elektronischen Ausfalls der IR-Strahlen.

Kapazitäts-Näherungssensoren

Einige der ersten berührungslosen Geräte verwendeten eine Kapazität zwischen dem Sensor und einem Passagier, um das Vorhandensein eines Hindernisses zu erkennen. Die früheren Sensoren der Modelle "A" und "B" von Otis verwendeten diese Technik, um Passagiere zu erkennen, indem sie eine kapazitive Brückenschaltung aus dem Gleichgewicht brachten. Die Brücke wurde mit einer 50-kHz-Rechteckwelle betrieben, und die Erfassung erfolgte durch Erfassen einer Differenz von 50 kHz Signalpegel in den beiden Hälften der Drahtbrückenantennen an der Türkante. Dieses Gerät hatte eine kurze Reichweite von ca. 50 mm, und die Türen trafen aufgrund des Nachlaufs des Türimpulses oft noch aufeinander, der Aufprall war jedoch relativ sanft. Die größten Probleme bei den früheren Geräten waren die Verschiebung der Brückenbalance und die negativen Auswirkungen einer schlechten Türerdung. Die Metalltürhaut hatte oft aufgrund von Widerstandslagern im Antriebsarm oder Drahtantriebsseil einen schlechten und zeitweiligen Bodenkontakt, und die Variation des Kontaktwiderstands würde große Geräuschsignale in die Brücke einbringen, was oft zu falschen Auslösern führte.

Einige Verbesserungen wurden mit der Einführung des Memco „R“-Modells im Jahr 1980 festgestellt, das eine stabilere AC-gekoppelte Detektionsschaltung verwendet und eine Reichweite von etwa 100 mm erreichen konnte. Seit den späten 1980er Jahren ist der kapazitive Näherungsdetektor jedoch mit der Einführung zuverlässigerer IR-Systeme in Vergessenheit geraten, aber die Technologie hat das Potenzial, wieder aufzutauchen, da verbesserte mikroprozessorbasierte Berührungsschalter die Kapazitätserfassung praktischer machen.

Nähe Infrarot

Während die kapazitivbasierte Detektion eine kurze Reichweite hat und zu Instabilität neigt, ist es möglich, einen reflektierenden Infrarot-Näherungsdetektor mit allgemein guter Leistung zu konstruieren. In den späten 1980er Jahren wurden reflektierende Näherungsgeräte eingeführt, die zu dieser Zeit auf dem weitgehend kapazitiven Markt einigen Erfolg hatten. Einige Zeit später führte Memco das Panaflect ein, ein Infrarot-Näherungs-System mit einer Reichweite von ca. 200 mm, das gut genug war, um die Türnachlaufprobleme von kapazitiven Detektoren zu überwinden. Diese Detektoren emittierten mehrere Infrarotstrahlen in einem vertikalen Fächermuster und verwendeten Fotodioden, um IR-Reflexionen von in der Nähe befindlichen Passagieren zu erfassen. Ein starkes Signal, das nur an wenigen Empfängern vorhanden war, wurde als gültiges Hindernis interpretiert, während ein annähernd gleiches Signal an allen Empfängern als herannahender Schlagpfosten gewertet wurde. Das Näherungssystem trägt zwar dazu bei, die Fahrzeiten des Aufzugs zu verkürzen (im Gegensatz zu normalen Infrarotdetektoren wird nicht für jeden Passagier, der die Tür betritt, eine Erkennung generiert), aber diese reflektierenden Geräte waren teuer in der Herstellung und sind seitdem in Ungnade gefallen.

Infrarotstrahlsysteme

Infrarotstrahl-basierte Detektoren haben sich zu einer der beliebtesten Arten von heute verwendeten Hindernissensoren entwickelt. Infrarotstrahlen bieten eine ausgezeichnete Abdeckung der Türöffnung, sind unempfindlich gegenüber elektronischem Rauschen und sind mit der Verbesserung der Technologie kostengünstig geworden. Die ersten dieser Geräte verwendeten kaum mehr als eine Glühlampe als Sender und eine Selenzelle als Empfänger und waren ziemlich unzuverlässig, aber die Glühlampe wird jetzt durch eine Infrarot-LED und die Selenzelle durch eine Silizium-Fotodiode ersetzt, was eine Verbesserung darstellt in Leistung und Zuverlässigkeit.

Die meisten IR-Strahlsysteme bestehen aus einer Reihe von gemultiplexten Arrays von IR-LEDs an einer Tür mit einer gleichen Anzahl von gemultiplexten Fotodioden an der gegenüberliegenden Tür. Die sensible Zone ist im Wesentlichen durchgehend von knapp über dem Autoschweller bis etwa 1.8 m hoch. Mikrocontroller-Chips in jeder Kante erzeugen die erforderlichen Scanmuster und messen der Reihe nach die Stärke des Signals für jeden Strahl. Es wird davon ausgegangen, dass alle Strahlen, die unterhalb eines voreingestellten Schwellenwerts liegen, durch einen Fahrgast oder ein anderes Hindernis blockiert werden, und das System betätigt dann das Türöffnungsrelais. Es ist wichtig, den Unterschied zwischen der Anzahl der Dioden und Strahlen zu verdeutlichen. Abbildung 2 zeigt das Strahlmuster für einen typischen 18-Dioden-Detektor. Beim Betrieb im Nur-Parallel-Modus entspricht die Anzahl der Strahlen der Anzahl der Dioden.

Designern stehen verschiedene Kombinationen von Scanmustern zur Verfügung, aber die häufigste ist eine Mischung aus parallelen und leicht diagonalen Strahlen, um die beste Strahlrasterdichte zu erzielen. Die Verwendung von Diagonalstrahlen ergibt eine viel größere Strahldichte, und daher werden kleinere Objekte über den größten Teil des Erfassungsbereichs erfasst. Aufgrund der Beschaffenheit des Strahlmusters ist jedoch die minimale Hindernisgröße, die immer erfasst wird, normalerweise etwas größer als der Diodenabstand an einer der Detektorkanten. Die minimal erkennbare Objektgröße bestimmt maßgeblich die Anzahl der LEDs im System. Ältere Strahlgeräte haben oft große Diodenabstände mit nur acht Dioden pro Seite, da die Kosten dieser Komponenten ein großer Faktor bei ihrem Design waren. Moderne Versionen sind typischerweise mit 32 oder 40 Dioden ausgestattet. Ein 40-Dioden-System soll Objekte mit einem Durchmesser von 50 mm zuverlässig erkennen können. Als offizielle Interpretation des Comité Européen de Normalization der Europäischen Norm EN 50-81 . wird derzeit eine Mindesterkennungsgröße von 70 mm vorgeschlagen Sicherheitsregeln für den Bau und die Installation von Aufzügen.

In letzter Zeit ist es populär geworden, Balkensysteme an festen Halterungen zu installieren, normalerweise an den äußersten Enden der Türschienen. Solche Installationen sind gut vor Vandalismus und zufälligen Beschädigungen geschützt, und die Kabel müssen der ständigen Biegung durch Türbewegungen nicht mehr widerstehen. Da auch im geöffneten Zustand große Teile des Strahlrasters von den Türen verdeckt werden, können ungewöhnliche Scanformate verwendet werden. Eines davon ist der Memco Panatech, der die Anzahl der Empfängerdioden auf nur vier reduziert und gleichzeitig ein hochdichtes Strahlmuster über die zugängliche Türöffnung aufrechterhält.

Europäische Verordnungen

EN 81-70:2003 5.2.4 besagt:

„Die Schutzeinrichtung nach 7.5.2.1.1.3 von EN 81-1-2:1998 und EN 81-2:1998 muss die Öffnung über den Abstand zwischen mindestens 25 mm und 1,800 mm über der Kabinentürschwelle abdecken, z , Lichtvorhang. Die Vorrichtung muss ein Sensor sein, der den physischen Kontakt zwischen dem Benutzer und den Vorderkanten der sich schließenden Türblätter verhindert.“

Bei einem Infrarotdetektor stellt dies effektiv die maximale Höhe der niedrigsten Diode und die minimale Höhe der höchsten Diode ein. Wie man sieht, sind die europäischen Vorschriften zu Schutzeinrichtungen an Aufzugskabinentüren äußerst begrenzt. Dies gilt nicht für Lichtvorhänge ohne Aufzug, die für sicherheitsrelevante Anwendungen bestimmt sind. Solche Anwendungen werden von IEC 61496 abgedeckt. Der erste Teil der Norm, IEC 61496-1, legt die allgemeinen Anforderungen und erforderlichen Prüfungen für berührungslos wirkende Schutzeinrichtungen (BWS) fest, einschließlich der Prüfung der Funktionalität (z. B. Ansprechzeit und Anzahl der Ausgänge). , Design (z. B. Stromversorgung und Software) und Umweltbelastung (z. B. Belastung und mechanische Schwingungen).

Der zweite Teil der Norm, IEC 61496-2, befasst sich mit aktiven optoelektronischen Schutzeinrichtungen, der gebräuchlichsten Art von BWS. In diesem Teil der Norm werden die optischen Anforderungen an solche Geräte spezifiziert, einschließlich der Immunität gegen verschiedene Arten von Beleuchtung und Bypass-Reflexion, die beide in Aufzugsanwendungen wichtig sind. Bis es eine grundlegende Überprüfung der geltenden Konstruktions- und Prüfanforderungen für die Lichtvorhänge der Aufzugsindustrie gibt, wird es an den Anlagenplanern bleiben, sicher zu sein, dass ihre Lichtvorhänge Kunden in einer zunehmend strittigen Umgebung schützen. 

Fortschrittliche IR-Strahlsysteme

Die Natur grundlegender Strahlsysteme schließt die Erkennung von Objekten aus, die die schmale Ebene, die die TX- und RX-Detektorstreifen verbindet, nicht schneiden. Dadurch bleibt die Schachttür relativ ungeschützt, da das Strahlmuster normalerweise 50 mm oder mehr hinter der Schachttürvorderkante liegt. Um dieses Problem zu lösen, führte Memco Mitte der 3er Jahre das 1990D-Konzept ein. Ein 3D-Detektor erweitert den sensiblen Bereich in den Bereich vor den Schachttüren, indem er Infrarotlicht nutzt, das von sich nähernden Passagieren reflektiert wird. Ein Array aus Infrarot-LEDs und Fotodioden ist in einem Winkel von ca. 45° zur 2D-Detektionsebene so angewinkelt, dass die Fotodioden kein Signal empfangen können, es sei denn, das Infrarotlicht wird von einer vertikalen Fläche im Anflugbereich bei der Landung reflektiert.

Da das 3D-System auf Infrarotreflexion beruht, wird seine Empfindlichkeit etwas durch die Farbe der von den Passagieren getragenen Kleidung beeinflusst, aber es wurde festgestellt, dass selbst dunkle Farbstoffe oft sehr infrarotreflektierend sind. Das 3D ist besonders nützlich für Umgebungen mit sich langsam bewegenden Passagieren, wie z. B. in Krankenhäusern und betreuten Wohnhäusern, ist aber auch in Einkaufszentren und Bürogebäuden beliebt geworden. Es wird am besten in verkehrsarmen Bereichen verwendet, um unnötige Staus durch Personen zu vermeiden, die an den Türen vorbeikommen und das 3D auslösen. Es sind verschiedene Formate der Detektormontage erhältlich, die jedoch alle erfordern, dass die Kanten an oder in der Nähe der Vorderkante der Türen platziert werden, damit das reflektierende System in den Landebereich „sehen“ kann (Abbildung 4).

Eine Weiterentwicklung des 3D-Systems (jedoch nicht auf 3D-Detektoren beschränkt) ist die Memco-patentierte Panachrome-Serie von „Visual Warning“-Detektoren. Diese Varianten wurden erstmals in den Chromaline-Lichtstreifen und -Detektoren Anfang der 2000er Jahre eingeführt, wurden jedoch schnell durch integrierte Versionen ersetzt. Panachrome enthält sichtbare LED-Leuchten und Lichtleiter, um den Status der Türbewegungen für sich nähernde Passagiere anzuzeigen. Lichtleiter haben typischerweise die Form von 100 mm x 6 mm Balken in einer vertikalen Säule, die zwischen konstantem Grün für „sicheres Betreten“ und rotem Blinken für „Türen schließen“ wechseln. Panachrome ist beliebt für High-End-Anwendungen in Luxushotels und Büros, eignet sich aber auch gut für Krankenhäuser usw., wo ein Warnsystem hilfreich sein kann, um sich bewegende Passagiere zu verlangsamen.

Auf absehbare Zeit ist es unwahrscheinlich, dass der Infrarotstrahldetektor durch eine bahnbrechende Technologie ersetzt wird. Bei Einbeziehung guter Designprinzipien und vollständiger Tests in einer Vielzahl von Umgebungen ist die Infrarottechnologie sicher und effektiv.