Ein kurzer Überblick über den Erfassungsvorgang bei Lichtvorhängen

Lichtvorhänge dienen dem Schutz von Passagieren und Gegenständen beim Übergang zwischen Fahrkorb und Absatz. Es handelt sich um opto-elektronische Vorrichtungen, die das Vorhandensein von Objekten in der “Erfassungszone” erkennen und beim Ansprechen das Wiederöffnen der Aufzugstüren veranlassen. AVIRE Lichtvorhänge sind weltweit verbreitet und werden jährlich in mehr als eine Viertelmillion Aufzüge eingebaut.

Lichtvorhänge werden stets als Gerätepaar geliefert: Sende- und Empfängereinheit. Die Sendeeinheit verfügt üblicherweise über 8 bis 48 Infrarot-Leuchtdioden (IR-LEDs), die horizontale und diagonale Strahlen über die Türöffnung zur Empfängereinheit senden, welche ihrerseits eine entsprechende Anzahl photoelektrischer Zellen enthält. Diese Zellen registrieren das Vorhandensein oder – im Falle eines Hindernisses – das Nicht-Vorhandensein eines Strahls und übermitteln ein entsprechendes Signal an die Fahrkorbsteuerung. Wenn also ein horizontaler oder diagonaler Strahl durch einen Passagier, der den Fahrkorb betritt oder verlässt, unterbrochen wird, meldet ein Relais in der Empfängereinheit die Statusänderung und die Steuerung öffnet die Aufzugstüren.

Eine höhere Anzahl an LEDs und photoelektrischen Zellen verbessert in der Regel die Abdeckung in der Erfassungszone – eine höhere Anzahl von Strahlen (bzw. eine höhere Strahlendichte) ermöglicht das Erkennen kleinerer Objekte. Die jüngste Gesetzgebung (EN81-20) legt fest, dass ein Objekt von 50mm Größe an jeder Stelle des Erfassungsbereichs erkannt werden muss.

Die Strahlenraster von AVIRE Lichtvorhängen – Abstand 1,2m – mit 20, 36 und 40 Dioden sind unten in Abbildung 1 zu sehen. Die Produkte E10 36 und E10 40 können ein 50mm-Objekt an jeder Stelle ihres Erfassungsbereichs erkennen.

Fig. 1 - Beam Patterns 20, 36 and 40

Abbildung 1 – Strahlenraster von AVIRE Lichtvorhängen mit 20, 36 bzw. 40 Dioden in einem Abstand von 1200mm

Die AVIRE Lichtvorhänge nutzen zur Erfassung IR-Licht. Es müssen daher entsprechende Vorkehrungen getroffen werden, dass sie keinen anderen Lichtquellen ausgesetzt sind, insbesondere nicht solchen mit hohem IR-Anteil, wie beispielsweise Sonnenlicht. Überdies müssen sie robust sein und unempfindlich gegenüber Feuchtigkeit und Staubpartikeln wie auch gegenüber elektromagnetischen Entladungen und Funkstörungen.

Wenn die Fremdlichtsicherheit eines Lichtvorhangs für eine gegebene Anwendung nicht ausreichend ist, kann dieser ohne ein Hindernis auslösen oder, was wesentlich schlimmer ist, bei Vorhandensein eines Objektes nicht auslösen! Eine schlechte Fremdlichtsicherheit führt in der Regel zu einer Verringerung der Empfindlichkeit, was bedeutet, dass kleinere Objekte unter Umständen nicht erfasst werden.

Um einen Lichtvorhang mit einer guten Fremdlichtsicherheit zu konstruieren, muss man zunächst die Art der Störung selbst kennen.

Störungen durch natürliches Licht und Kunstlicht

Abbildung 2 zeigt eine Darstellung des Sonnenstrahlenspektrums. Es ist zu erkennen, dass, obwohl die Atmosphäre einen Großteil der Sonnenenergie absorbiert, mehr als 50% der Solarstrahlung auf Meereshöhe IR-Strahlung ist. Bei genauer Betrachtung stellt man fest, dass es zu einer abrupten Reduzierung des IR-Spektrums kommt, wenn die entsprechenden Wellenlängen vom Wasser absorbiert werden. Nutzt man zur Erfassung diese Wellenlängen, so ist das optische Rauschen deutlich reduziert.

Fig#2

Abbildung 2 – Darstellung des Sonnenstrahlenspektrums

Die zur Erfassung der IR-Strahlen in Lichtvorhängen eingesetzten photoelektrischen Zellen benötigen in der Regel einen Vorverstärker, damit sie die Lichtleistung im Pikowattbereich (1 Billionstel Watt) überhaupt registrieren können. Für die Auswahl der am besten geeigneten LEDs und Zellen müssen einige Faktoren berücksichtigt werden: die Strahlen sollten nicht sichtbar sein, die Einstreuung durch externe Lichtquellen, z. B. Sonnenlicht, muss minimiert werden, und die Kosten müssen vernünftig sein. Die AVIRE-Lichtvorhänge erfassen in der Regel im Bereich von 915-960nm und bieten eine gute Balance zwischen den drei genannten Faktoren.

Künstliche Lichtquellen, wie etwa Leuchtstofflampen, die in vielen Geschäftsgebäuden zu finden sind, können sich mit der Zeit verschlechtern, was zur Emission von IR-Strahlen führt. AVIRE testet auch die Auswirkungen von Leuchtstoff- und Stroboskoplampen (kurze, scharfe Blitze aus sichtbarem Licht und IR-Strahlung) auf die Lichtvorhänge.

Nachfolgend einige Details über AVIRE’s Konstruktionsplanung und die strengen Testverfahren.

Wir haben die besten Dioden ausgewählt. Wie können wir die Fremdlichtsicherheit noch weiter verbessern?

AVIRE konstruiert Lichtvorhänge mit sowohl mechanischen als auch elektronischen Vorrichtungen zur Verbesserung der Fremdlichtsicherheit.

Wie kann die Fremdlichtsicherheit mit mechanischen Vorrichtungen verbessert werden?

Das Gehäuse des Lichtvorhangs, das in der Regel aus Aluminium oder Kunststoff besteht, kann einen Teil des einfallenden Lichts abhalten. Die Detektorränder müssen jedoch miteinander kommunizieren können, wodurch eine Lücke im Gehäuse bleibt. Diese ist mit einem Filter abgedeckt, der einen Teil des sichtbaren einfallenden Lichts absorbiert.

Bei einigen AVIRE Produkten fungiert der Filter auch als Linse, die die IR-Strahlen von der Sendeeinheit auf die Empfängereinheit fokussiert (Abbildung 3). So können sowohl die Leistung des Detektors als auch dessen Fremdlichtsicherheit deutlich verbessert werden. Die Linse fokussiert einfallendes Licht von der Sendeeinheit auf die Photodiode und lenkt außeraxial einfallendes Licht von dieser ab.

Fig. 3 - Focusing Lens

Abbildung 3 – Lichtablenkung durch Fokussierlinse

 

Wie kann die Fremdlichtsicherheit mit elektronischen Vorrichtungen verbessert werden?

 

Unter normalen Bedingungen ist es unmöglich, sämtliches externes Licht von der Empfangseinheit fernzuhalten. Es muss daher digital entfernt werden. Alle Signale von den photoelektrischen Zellen passieren einen elektronischen Filter, der die DC-Komponenten blockiert, die von unerwünschten Lichtquellen produziert werden (d.h.: alles mit Wellenlängen unterhalb des Infrarotspektrums).

 

Zusätzlich zu diesem Filter werden die von der Sendeeinheit emittierten Lichtstrahlen sequenziert, einer nach dem anderen, und auf einer bestimmten Frequenz moduliert. Die Empfängereinheit ist so konzipiert, dass sie nur einen bestimmten Puls und eine bestimmte Frequenz von einem dedizierten Sender akzeptiert (d.h.: sie weiß, wonach sie sucht, und wo). So kann IR-Strahlung von falschen Quellen abgehalten und die Effizienz des Systems erhöht werden.

AVIRE’s Testverfahren

Im Laufe der Jahre hat AVIRE strenge Testverfahren entwickelt und ständig verbessert, um nationale und internationale Vorschriften erfüllen zu können. Jede neue Firmware- oder Produkteinführung wird von zahlreichen Tests und umfangreichen Qualitätsprüfungen begleitet, die auch eine umfassende Testreihe zur Fremdlichtsicherheit beinhalten.

Der Abschnitt Fremdlichtsicherheit der AVIRE QM-Dokumente basiert auf 61496-2 IEC:2006, britischer Standard, ist jedoch nicht auf diesen beschränkt. Er definiert die Testverfahren für aktive opto-elektronische Schutzvorrichtungen (AOESV), einschließlich Lichtvorhängen.

Sonnenlichtsimulation mit Halogenlampen
Fig. 4A - Floodlight stand

AVIRE verwendet sechs Halogenlampen, die so positioniert werden wie auf dem Bild rechts gezeigt. Diese Lampen können ein durchgehendes Lichtspektrum von fast Ultraviolett (UV) bis weit in den Infrarotbereich erzeugen, wobei der Infrarotbereich stärker ist.

Obwohl es keine Standardvorgaben zur mindestens erforderlichen Lichtintensität gibt, testet man in der Branche gewöhnlich mit einem Wert von 100.000 lux direkt auf den Rand der Empfängerseite (dieser Wert entspricht annähernd der maximalen Beleuchtungsstärke in direktem Sonnenlicht am Mittag im Freien). Die AVIRE Testgeräte können bis zu 400.000 lux erzeugen.

 

Fig. 4 - Sunlight Simulation setup

Abbildung 4 – Testaufbau für Sonnenlichtsimulation

Es sei darauf hingewiesen, dass einige Hersteller von Lichtvorhängen, die die Fremdlichtsicherheit ihrer Produkte mit 100.000 lux angeben, das Licht nicht aus dem kleinstmöglichen praktikablen Abstand auf den Empfänger strahlen, sondern einfach darauf vertrauen, dass das mechanische Profil das einfallende Licht abblockt.

Kunstlichtsimulation mit Leuchtstofflampen

Früher gab es sehr wenige Probleme mit der Innenbeleuchtung durch Leuchtstofflampen. In letzter Zeit allerdings, mit der Einführung von elektronischen Vorschaltgeräten und Kompaktleuchtstofflampen (CFL), ist die Angelegenheit komplizierter geworden.

Elektronische Vorschaltgeräte modulieren den Output einer Lampe auf ihre eigene Betriebsfrequenz. Wenn die Betriebsfrequenz der Lampe mit der des Detektors zusammenfällt, kann die Leistung eines Lichtvorhangs beeinträchtigt werden.

Wenn eine Leuchtstofflampe an das Ende ihrer Betriebszeit kommt, lässt ihre Leistung nach und das emittierte Licht verändert sich. Solche EOL (End of Life)-Lampen strahlen bekanntermaßen einen hohen Infrarotanteil ab, der die Leistung von Lichtvorhängen ebenfalls beeinträchtigen kann.

Im Laufe der Zeit hat AVIRE zahlreiche Vorschaltgeräte und Leuchtstofflampen (auch EOL) erworben, die auch häufig in den Testverfahren eingesetzt werden. Nachfolgend einige Beispiele.

Fig. 5 - EOL fluorescent Lamp

Abbildung 5 – ATU 107: Leuchtstofflampe (EOL)

Fig. 6 - Fluorescent Lamp

Abbildung 6 – ATU 108: Kompaktleuchtstofflampe (CFL)

Stroboskoplampen

Eine Stroboskoplampe erzeugt in periodischen Intervallen Blitze hoher Intensität aus sichtbarem Licht und IR-Strahlung. AVIRE hat zu Testzwecken solche Lichtquellen, wie beispielsweise die Xenon-Stroboskoplampe im Bild unten, erworben und auch selbst entwickelt.

Fig. 7 - Xenon Strobe Light

Abbildung 7 – ATU 111: Xenon-Stroboskoplampe

Schlussbemerkung

Es ist in keiner Installation möglich, externe Lichtquellen vollständig zu blockieren. Bei verschiedenen Installationen sind unterschiedliche Herausforderungen zu bewältigen, die entweder mit dem Aufbauort zusammenhängen (z. B. in Innenräumen oder im Freien), mit reflektierenden Materialien im Inneren des Fahrkorbs (z. B. Edelstahl, Spiegel, etc.) oder mit dem Vorhandensein von künstlichem und / oder natürlichem Licht (z. B. Sonnenlicht, Leuchtstofflampen, etc.).

Ungeachtet der Bedingungen am jeweiligen Standort muss angemerkt werden, dass Fremdlichtsicherheit nur durch eine qualitativ absolut hochwertige Konstruktion sowie intensive Prüfung der Lichtvorhänge mit “Worst-Case”-Testszenarien erzielt werden kann.

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