DE19600791A1 - Vorrichtung zur Begrenzung des Ansprechbereichs eines von einem Fernsteuersender funkferngesteuerten Arbeitsgerätes - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Begrenzung des Ansprech­ bereichs eines von einem Fernsteuersender funkferngesteuerten Ar­ beitsgeräts, zum Beispiel eines Krans auf eine vorgebbare, maximale Entfernung vom Fernsteuersender.

Funkfernsteuergeräte werden im Bereich der Industriefernsteuerungen zunehmend eingesetzt, sie dienen z. B. zur Fernsteuerung von Arbeits­ geräten wie Kranen oder sonstigen Bau- oder Transportgeräten. Da es in solchen Arbeitsbereichen, wie beispielsweise Baustellen, zu Über­ schneidungen der Wirkungsbereiche der Funkfernsteuerungen kommen kann und sich in der Regel auch Arbeitskräfte im unmittelbaren Ar­ beits- und Wirkungsbereich der funkferngesteuerten Geräte selbst aufhalten, wird zunehmend von amtlichen Institutionen, die sich mit Problemen der Arbeitssicherheit bei Anwendung von industriellen Funkfernsteuerungen beschäftigen, gefordert, daß sich die Reichweite des Funksteuersenders auf einen festgelegten Arbeitsbereich mög­ lichst genau begrenzen läßt. Es gibt bereits Normungsvorschläge, wo­ nach z. B. die Steuerung eines Brückenkrans nur in einem Bereich von ca. 10 m Radius um die gedachte Verlängerung des Hubseiles auf dem Erdboden möglich sein soll.

Aufgabe der Erfindung ist es, hier eine wirksame und technisch ein­ fach zu realisierende Lösung dieses allgemeinen Problems zu schaffen.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe gemäß dem kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1 gelöst.

Der Grundgedanke der Erfindung besteht demnach in einer einfalls­ winkelabhängigen Messung der Phasenverschiebung der am Ort des Empfängers des fernzusteuernden Gerätes einfallenden HF-Strahlung des zugehörigen Funkfernsteuersenders.

Eine schaltungstechnisch einfache Realisierung besteht in der Ver­ kettung handelsüblicher Bauteile wie z. B. eines HF-Empfängers mit FM-Demodulator, so daß die entstehenden Zusatzkosten sich in engem Rahmen halten.

Ein Anwendungsbeispiel der erfindungsgemäßen Lösung und ein Ausfüh­ rungsbeispiel der hierzu verwendeten Schaltung werden nun anhand von Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine schematische Darstellung eines Anwendungsbereichs der erfindungsgemäßen Lösung und der erfindungswesent­ lichen Parameter,

Fig. 2 ein Blockschaltbild mit schematischer Andeutung der Sig­ nalverläufe zur Erzeugung eines einfallswinkelabhängigen Schaltsignals.

Fig. 1 zeigt einen am Boden dargestellten Sender 10, über dem in der Höhe H ein Brückenkran 20 auf Schienen 21 horizontal bewegbar ist. Zweck der erfindungsgemäßen Lösung soll es sein, ein Schaltsignal zu erzeugen, das beispielsweise die Bewegung des Brückenkrans 20 stoppt, wenn die Verbindungslinie zwischen zwei Bezugspunkten S und F zwischen Sender 10 und Brückenkran 20 einen Winkel α_max erreicht, gemessen gegenüber der normalen N-N, bei der sich die beiden Bezugs­ punkte S und F senkrecht übereinander befinden. Abhängig von der Höhe H läßt sich über den Maximalwinkel α_max dann auch der maximale Abstand A_max der Projektion des Bezugspunktes F auf den Boden und damit beispielsweise die Verlängerung eines Hubseiles auf dem Erd­ boden definieren.

Zur Umsetzung dieses Ziels sind am Brückenkran 20 (schematisch dar­ gestellt) an einem Ausleger 22 zwei übereinander angeordnete Emp­ fangsantennen 22A, 22B gehalten, deren Abstand D vorzugsweise der halben Wellenlänge (λ/2) der verwendeten HF-Strahlung des Senders 10 entspricht (bei einer Fernsteuerfrequenz von . . . Hertz beträgt D dann . . . ).

Befindet sich der Brückenkran 20 in seiner Normalposition (Bezugs­ punkt F in der normalen N-N), so beträgt die Phasenverschiebung zwi­ schen den an den beiden Antennen 22A, 22B eintreffenden HF-Signal-Zügen folglich 180° (die Phasenverschiebung Δϕ beträgt für Winkel ungleich Null bei der Näherung H<<D):

mit λ = Wellenlänge der HF-Signale des Senders 10.

Die gewünschte Diskriminierung zwischen "erlaubten" Winkeln α und "unerlaubten" Winkeln α (bei Überschreiten von α_max) wird also mög­ lich durch eine entsprechende Diskriminierung der auftretenden Pha­ senunterschiede der HF-Strahlung an den beiden Antennen 22A, 22B.

Es soll noch angemerkt werden, daß die beiden Antennen 22A, 22B dabei nicht notwendigerweise die in der Fig. 1 beispielhaft darge­ stellte horizontale Orientierung aufweisen müssen und auch nicht notwendigerweise vertikal übereinander angeordnet sein müssen, so­ lange nur sichergestellt ist, daß ein eindeutiger Zusammenhang zwi­ schen dem Winkel α einerseits und dem entstehenden Phasenunterschied Δϕ andererseits sich einstellt.

Die in Fig. 1 dargestellte Anordnung kann auch übertragen werden in die Horizontale, wo dann beispielsweise ein auf Schienen laufender konventioneller Kran gesteuert wird.

Fig. 2 zeigt ein Beispiel, wie die beiden phasenversetzten Hochfre­ quenzsignale an den beiden Antennen 22A, 22B so weiterverarbeitet werden können, daß ein phasenverschiebungsabhängiges Steuersignal entsteht, das dann in der Steuereinrichtung des Brückenkrans 20 einen gewünschten Schaltvorgang auslöst, beispielsweise Stoppen des Antriebsmotors, Schaltung eines Alarmsignals oder ähnliches:
Die beiden Hochfrequenzsignale S1 der Antenne 22A und S2 der Antenne 22B gelangen an einen Umschalter 23, der mit einer vorgegebenen Um­ schaltfrequenz f_u arbeitet, die beispielsweise im Bereich einiger hundert Hertz liegt. Zum Umschaltzeitpunkt t_u ergibt sich dann die in Skizze A schematisch dargestellte Signalform, bei der die Wellen­ züge der beiden Hochfrequenzsignale S1, S2 abwechselnd aneinander­ gereiht werden. Aus der in der Skizze A dargestellten Phasenver­ schiebung zwischen den beiden Hochfrequenzsignalen läßt sich ent­ nehmen, daß die Position des Brückenkrans 20 nicht seiner Normal­ position senkrecht über dem Sender entspricht.

Diese im Ausgangssignal des Umschalters enthaltene Phasenmodulation entspricht einer Frequenzmodulation (m = C·dϕ/dt mit in Frequenzhub und ϕ = Phasenhub), so daß dieses Signal dann einem normalen HF-Empfänger mit FM-Demodulator 24 zur weiteren Auswertung zugeführt werden kann. An dessen Ausgang steht dann ein Signal an, wie es in Skizze B dargestellt ist, nämlich ein niederfrequentes, impulsförmiges Signal mit einer Impulsfrequenz f_u und einem Pegel P, der der Phasenverschiebung Δϕ proportional ist.

In einem nachgeschalteten Bandfilter mit der Mittenfrequenz f_u sowie einer Gleichrichter- und Tiefpaßanordnung 26 liegt somit am Plus-Eingang eines Komparators 28 ein weitgehend konstantes Signal an, dessen Pegel ein eindeutiges Maß für den Winkel α ist, sofern dieser innerhalb eines Bereichs 0αα_max liegt, in dem die Phasenverschiebung Δϕ kleiner als 180° ist. Bei dem dargestellten Beispiel (D = λ/2) liegt somit der Eindeutigkeitsbereich für α (mit cosα_max = D/2D) bei etwa 0α60°, wenn man verein­ fachend annimmt, daß der Abstand D der beiden Antennen nur eine erste Näherung für die Ermittlung der Phasenverschiebung ist.

Über ein Potentiometer 27 am Minus-Eingang des Komparators 28 läßt sich ein Referenzwert eingeben entsprechend dem gewünschten Wert_max, so daß bei Erreichen dieses Maximalwertes zum Zeitpunkt T der Komparator 28 umschaltet, wie dies schematisch in der Skizze C dar­ gestellt ist. Damit ist dann ein eindeutiges Schaltsignal gewonnen, das einer Steuereinheit 29 zugeführt wird, in der dann die gewünsch­ ten Reaktionen veranlaßt werden, beispielsweise Blockierungen spezi­ fischer Kranfunktionen. Es versteht sich von selbst, daß diese Reak­ tionen spezifisch für das jeweils ferngesteuerte Arbeitsgerät sind und hier im einzelnen nicht erläutert werden müssen.

Claims (3)

1. Vorrichtung zur Begrenzung des Ansprechbereichs eines von einem Fernsteuersender funkferngesteuerten Arbeitsgeräts, z. B. eines Krans, auf eine vorgebbare, maximale Entfernung vom Fernsteuer­ sender, gekennzeichnet durch mindestens zwei in unterschiedlichen Positionen zum Sender (10) angeordnete Empfangsantennen (22A, 22B) am ferngesteuerten Arbeitsgerät (20), aus deren phasenver­ schobenen Empfangssignalen (S1, S2) ein Steuersignal gewonnen wird, das im Arbeitsgerät (20) für Schaltvorgänge zur Verfügung steht, wenn ein vorgegebener Grenzwert der Phasenverschiebung über- oder unterschritten wird.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur Ge­ winnung des phasenverschiebungsabhängigen Steuersignals ein Um­ schalter (23) zwischen den beiden Antennensignalen (S1, S2) mit einer Umschaltfrequenz (f_u) umschaltet und daß ein HF-Empfänger mit FM-Demodulator (24) aus dem resultierenden Signal eine Folge von Impulsen mit der Umschaltfrequenz (f_u) erzeugt, deren Pegel (P) proportional zur Phasenverschiebung (Δϕ) ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß aus den Impulsen ein Signal gewonnen wird, dessen konstante Amplitude zum Pegel (P) der Impulse proportional ist, und daß dieses Signal in einem Komparator (28) mit einem Referenzsignal verglichen wird, dessen Wert die Ansprechgrenze zur Erzeugung des Steuersignals definiert.