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Dokumentenidentifikation DE102006055205B4 28.04.2011
Titel Fehlersichere Steuerung für Pflegebetten
Anmelder Barthelt, Hans-Peter, Dipl.-Ing., 73732 Esslingen, DE
Erfinder Barthelt, Hans-Peter, Dipl.-Ing., 73732 Esslingen, DE
Vertreter Rüger und Kollegen, 73728 Esslingen
DE-Anmeldedatum 21.11.2006
DE-Aktenzeichen 102006055205
Offenlegungstag 05.06.2008
Veröffentlichungstag der Patenterteilung 28.04.2011
Veröffentlichungstag im Patentblatt 28.04.2011
IPC-Hauptklasse F16P 3/00  (2006.01)  A,  F,  I,  20070926,  B,  H,  DE
IPC-Nebenklasse F16P 7/00  (2006.01)  A,  L,  I,  20070926,  B,  H,  DE
A61G 7/018  (2006.01)  A,  L,  I,  20070926,  B,  H,  DE
A47C 17/04  (2006.01)  A,  L,  I,  20070926,  B,  H,  DE
G05B 23/00  (2006.01)  A,  L,  I,  20070926,  B,  H,  DE

Beschreibung[de]

Pflegebetten werden von Menschen benutzt, die hinsichtlich ihrer Körperfunktionen eingeschränkt sind. Die einzelnen gegeneinander beweglichen Elementen des Bettes werden deswegen bei Pflegebetten mit Hilfe von Elektromotoren betätigt, um die Einstellung des Betts ohne Kraftaufwand durchführen zu können.

Die Steuerung der Elektromotoren muss im Hinblick auf die eingeschränkten Bewegungsmöglichkeiten der Patienten besonderes zuverlässig sein. Insbesondere muss sichergestellt sein, dass die Motoren nicht thermisch überlastet werden. Um dies zu gewährleisten sind die Motoren üblicherweise mit Endschaltern ausgerüstet, damit tatsächlich nur solange Strom fließt, wie der Motor Zeit benötigt, um in eine Endlage zu kommen. Selbst wenn der Benutzer eine entsprechende Taste der Eingabetastatur länger betätigt als der Motor Zeit benötigt um die Endlage zu erreichen, kann eine Überlastung nicht stattfinden, weil der Motorstrom zwangsläufig durch den Endschalter abgeschaltet wird.

Kritisch kann die Sache jedoch dann werden, wenn durch Fehler in den Stromzuleitungen oder bei den Endschaltern die Endabschaltung nicht wie gewünscht erfolgt.

Die DE 201 05 656 U1 beschreibt eine Sicherheitsvorrichtung für elektrisch angetriebene Pflege- und Krankenbetten. Bei diesem Krankenbett werden in der üblichen Weise die Bewegungen des betreffenden Antriebsmotors über eine Handtastatur gesteuert. Die Handtastatur ist an einen Prozessor angeschlossen, der entsprechend den Befehlen von der Handtastatur ein Stromrelais, das in der Stromzuleitung zum Motor liegt, ansteuert.

Mit Hilfe der Prozessoreinrichtung wird überwacht, wie lange an der Handtastatur eine Taste betätigt gehalten wird. Wenn die Betätigung zu lange andauert, wird der Antrieb zwangsläufig stillgesetzt.

Eine zu lange Betätigung eines Tasters an der Handtastatur braucht jedoch keineswegs einen Fehler darzustellen, der zu einer gefährlichen Situation führt, weil die Antriebsmotoren ohnehin Endschalter besitzen. Somit ist die Auswertung der Tastenbetätigung keine echte Fehleranalyse.

Die DE 202 05 249 U1 beschreibt eine elektromotorische Antriebanordnung mit Erstfehlersicherheitssystem. Als Fehler werden hier angesehen die Temperatur, die Feuchte oder die Stromstärke. Wenn einer der Grenzwerte für diese Parameter überschritten wird, wird dies als Fehler angesehen. Beim Auftreten eines solchen Fehlers sollen Maßnahmen zur Verhinderung einer Eigenbewegung der Antriebseinrichtung vorgesehen werden.

Von der Stromstärke als solche geht kein Gefährdungspotential aus, da aufgrund der äußeren Beschaltung der Versorgungsstrom für den Motor ohnehin begrenzt ist.

Aus der Druckschrift ist es nicht bekannt die Stromflussdauer zu erfassen.

Ausgehend hiervon ist es Aufgabe der Erfindung eine Steuerung zu schaffen, die erhöhte Anforderungen an die Sicherheit erfüllt.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit einer Steuerung mit den Merkmalen des Anspruches 1 oder des Anspruches 2 gelöst.

Bei der neuen Steuerung handelt es sich um eine Steuerung für Pflegebetten, bei denen die einzelnen Teile über Elektromotoren angetrieben und in Bewegung gesetzt werden können. An die Steuerung ist eine Eingabeeinrichtung in Gestalt einer Handtastatur angeschlossen, mit mehreren Tasten, über die der Benutzer Befehle zum Bewegen der einzelnen Elemente des Bettes eingeben kann. Die Bewegung des jeweiligen Elementes hält solange an, bis entweder der Benutzer die Taste loslässt oder der Motor die Endlage erreicht.

Zur Steuerung gehört ferner eine Prozessoreinrichtung, in der ein Programm abgelegt ist, um aus den Eingabebefehlen, die der Benutzer über die Tastatur eingibt, die entsprechenden Steuersignale für die Motoren zu erzeugen.

In der Regel gehört zu der Steuerung auch ein Polaritätsumschalter, damit die Motoren wahlweise in entgegengesetzter Richtung laufen können. Üblicherweise werden zum Antrieb der Betten permanenterregte Motoren verwendet, bei denen die Drehrichtung in einfacher Weise durch Polaritätswechsel vorgegeben werden kann.

Der Polaritätsumschalter ist entweder so gebaut, dass beim Fehlen von Eingangssignalen der Motorstrom ohnehin unterbrochen ist, oder, falls dies nicht der Fall ist kann in Serie mit dem Polaritätsumschalter eine zusätzliche Schalteinrichtung liegen, um den Motorstrom abzuschalten, wenn der Benutzer die betreffende Taste loslässt.

Es ist eine Überwachungseinrichtung vorgesehen, die dazu eingerichtet ist, den Stromfluss zu dem wenigstens einen Antriebsmotor oder den Einschaltzustand des Polaritätsumschalters bzw. des damit in Serie liegenden Schalters zu überwachen.

Mit der Überwachungseinrichtung arbeitet die Prozessoreinrichtung zusammen, die einen Programmabschnitt mit einem Timer enthält. Der Timer wird jedesmal dann gestartet, wenn von der Überwachungseinrichtung ein Signal kommt, das anzeigt, dass entweder Strom fließt oder ein Einschaltsignal für den Polaritätsumschalter vorliegt, um den Motor in Gang zu setzen. Dadurch wird nicht nur das tatsächliche Fließen eines Stroms sondern auch das mögliche Fließen eines Stroms in sinnvoller Weise überwacht, um Risiken in Folge von Fehlern in der Steuerung auszuschließen. Solche Fehler können beispielsweise auftreten, wenn der Patient versehentlich auf der Handtastatur liegt und gleichzeitig ein Motorendschalter versagt, oder aber ein Kabel gequetscht ist und somit ebenfalls wiederum ein Dauersignal für einen Motor geliefert wird, dessen Endschalter versagt, oder aber in der Steuerung selbst das Abschaltendes Motorstroms wegen eines Versagens von Halbleiterbauelementen versagt.

Mit Hilfe des Timers wird festgestellt, ob eine solche tatsächliche oder mögliche Stromflussbedingung länger als eine vorbestimmende Zeit lang andauert. Soll dies der Fall sein, wird die Steuerung in einer Weise blockiert, dass ein weiteres Weiterleiten oder Verarbeiten von Steuersignalen oder Einschalten von Motoren unmöglich wird. Der Strom zu dem Antriebsmotor kann zwangsweise unterbrochen werden, und zwar unter Umständen unabhängig von dem Polaritätsumschalter.

Durch diese Maßnahme erhöht sich wesentlich die Redundanz des Gesamtsystems und Einzelfehler von Halbleiterbauelementen können keinen Schaden mehr auslösen. Da obendrein die Steuerung vollständig blockiert wird, wird nach außen unmissverständlich angezeigt, es liegt ein gefährlicher Fehler vor. Das gesamte System wird außer Betrieb genommen, um den Benutzer zu zwingen das Gesamtsystem aus Bett und Steuerung durch geeignetes Wartungspersonal überprüfen zu lassen.

Die zwangsweise Abschaltung des Gesamtsystems kann auch mit Hilfe eines zusätzlichen in der Stomzuleitung liegenden Sicherheitsschalters ausgeführt sein, über den wenigstens der Motorstrom fließt.

Eine weitere Möglichkeit besteht darin, über den Sicherheitsschalter auf die Stromversorgung zu der Prozessoreinrichtung zu steuern, damit im Fehlerfall sich auch die Porzessoreinrichtung selbsttätig dauerhaft abschaltet.

Eine einfache Sicherheitsschaltereinrichtung kann von einem bistabilen Relais gebildet sein, das normalerweise ohne äußere Stromzufuhr in dem Betriebszustand ist, der eine Stromversorgung der Steuerung und/oder der Motoren zulässt. Sollte die Prozessoreinrichtung einen gefährlichen Fehler erkennen, der eine Blockierung zweckmäßig erscheinen lässt, wird das bistabile Relais angesteuert und in den anderen Betriebszustand dauerhaft umgeschaltet, der die Stromzufuhr zu den Motoren und/oder der Steuerung unterbricht. Lediglich durch die Zufuhr eines weiteren Stromimpulses umgekehrter Polarität oder an einer anderen Wicklung lässt sich der Sicherheitsschalter wieder in den Zustand zurückversetzen, in dem eine Stromversorgung innerhalb der Steuerung möglich ist.

Vorteilhafterweise kann die Steuerung einen Sonderbetrieb aufweisen, in dem die Sperre für den oder die Polaritätsumschalter oder den Sicherheitshalter rücksetzbar ist. Dieser Sonderbetrieb kann beispielsweise angesteuert werden, in dem innerhalb bestimmter Zeitfenster eine vorher festgelegte Folge von Tasten auf der Handsteuerung betätigt wird.

Die Eingabeeinrichtung kann eine Tastatur aufweisen, oder gegebenenfalls auch eine Spracheingabe.

Besonders sicher wird die Steuerung, wenn sie zwei Prozessoren enthält. Diese Prozessoren können dazu verwendet werden, sich gegenseitig zu überwachen.

Die Sicherheit wird gesteigert, wenn die Prozessoren hardwaremäßig diversitär sind. Eine noch größere Sicherheit kann erreicht werden, wenn die in den Prozessoren laufenden Programme softwaremäßig diversitär sind.

Die softwaremäßige Diversität kann erreicht werden, wenn einer der Prozessoren das volle Steuerprogramm enthält und der andere lediglich einen Teil mit Sicherheitsfunktionen. Die Wahrscheinlichkeit von ungünstigen, schwer zu entdeckenden Programmierfehlern wird damit praktisch auf Null reduziert, weil die Sicherheitsfunktionen einfach und übersichtlich zu programmieren sind, und letztlich dadurch Fehler in dem anderen Programm in ihrer Wirkung in Kombination mit der Steuerung mit den Merkmalen des Anspruches 1 eliminiert werden.

Ein sehr einfacher Polaritätsumschalter wird erreicht, wenn er lediglich Halbleiterbauelemente aufweist. Der Polaritätsumschalter kann wenigstens zwei Halbbrücken enthalten, wobei der betreffende Antriebsmotor im Brückenzweig liegt.

Wenn der Polaritätsumschalter drei Halbbrücken aufweist, können in die damit geschaffenen drei Brückenzweige insgesamt drei Motoren geschaltet sein, wobei in jedem Brückenzweig ein Antriebsmotor liegt. Hierdurch reduziert sich die Zahl der erforderlichen Halbbrücken, die gleich der Anzahl der Motoren ist. Die Anordnung gestattet die Ansteuerung jedes einzelnen Motors oder aber auch zweier Motoren, dann jedoch mit entgegengesetzter Polarität.

Die Verwendung von Halbbrücken ermöglicht auch ohne weiteres eine Strombegrenzung zu realisieren, wobei zur Verringerung der Umschaltverlustleistung jedes Transistors in der Halbbrücke während einer Halbwelle der speisenden Vollwellen gleich gerichteten Versorgungsspannung der obere Transistor und in der nächsten Halbwelle der untere Transistor zum Ausschalten herangezogen wird. Der jeweils andere Transistor wird stromlos in den entsprechenden Zustand gesteuert, der während der jeweils nächsten Phase benötigt wird.

Die Überwachungseinrichtung kann einen Stromsensor enthalten. Dieser Stromsensor kann in der Stromzuleitung zu allen Motoren liegen, um so auf einfache Weise sämtliche Motoren und deren Betriebszustände zu überwachen.

Der Stromsensor kann mit Eingängen beider Prozessoren verbunden sein. Es ist auch möglich, dass der Stromsensor ein oder mehrere Stromsensorwiderstände aufweist, die entweder sämtlich oder voneinander getrennt mit Eingängen der Prozessoren verbunden sind.

Zur Überwachung der Schaltzustände der Polaritätsumschalter kann der weitere Prozessor, der lediglich einen Teil des gesamten Programms enthalten kann, mit Eingangsanschlüssen an die Steuereingänge der Polarisationsumschalter angeschlossen werden. Hierdurch wird der weitere Prozessor in die Lage versetzt zu kontrollieren, welche Schaltzustände durch den anderen Prozessor an den Polaritätsumschaltern eingeschaltet werden soll.

Damit die Prozessoreinrichtung nicht nach dem Verschwinden der Versorgungsspannung in den Normalbetriebszustand willkürlich zurückgesetzt werden kann, enthält sie vorzugsweise einen nichtflüchtigen Speicher, in dem eine Variable abgelegt wird, die den Blockierzustand angibt. Dieser Variable wird nach dem Wiedereinschalten abgefragt, womit dann die Steuerung automatisch in den Blockierzustand übergehen kann.

Eine besonders einfache Schaltung wird erreicht, wenn in der Stromzuleitung zu den Motoren ein Sicherheitsschalter liegt, der im Übrigen autonom arbeitet. Dieser Sicherheitsschalter kann beispielsweise ein bistabiles Relais umfassen, das normalerweise beim Auslieferungszustand der Steuerung in dem Zustand ist, der die Stromversorgung der Motoren gestattet. Im Fehlerfall wird das bistabile Relais in den anderen Zustand umgeschaltet, womit die Steuerung funktionsunfähig wird. Das bistabile Relais kann entweder aus dem Hauptprozessor oder einem eigenen autonomen Prozessor angesteuert werden.

Im Übrigen sind Weiterbildungen der Erfindung Gegenstand von Unteransprüchen.

Die nachfolgende Figurenbeschreibung erläutert Aspekte der Erfindung. Kleinere nicht beschriebene Details kann der Fachmann in der gewohnten Weise den Zeichnungen entnehmen, die insoweit die Figurenbeschreibung ergänzen. Es ist klar, dass eine Reihe von Abwandlungen möglich sind.

Die nachfolgenden Zeichnungen sind nicht unbedingt maßstäblich. Zur Veranschaulichung der wesentlichen Details kann es sein, dass bestimmte Bereiche übertrieben groß dargestellt sind. Darüber hinaus sind die Zeichnungen vereinfacht und enthalten nicht jedes bei der praktischen Ausführung gegebenenfalls vorhandene Detail.

1 zeigt in einer perspektivischen Darstellung ein erfindungsgemäßes Pflegebett unter Veranschaulichung der einzelnen Abschnitte des Liegerahmens.

2 zeigt das Bett nach 1 in der Sesselstellung,

3 zeigt das Prinzipschaltbild eines ersten Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen fehlersicheren Steuerung unter Verwendung von zwei Prozessoren und abschaltenden Polaritätsumschaltern.

4 zeigt ein stark vereinfachtes Flussdiagramm für die Steuerung nach 1 und

5 zeigt ein zweites Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Steuerschaltung unter Verwendung eines zusätzlichen Sicherheitsschalters und

6 zeigt das Prinzipschaltbild unter Verwendung einer Gruppe von Halbbrücken zur Ansteuerung von drei Motoren.

1 zeigt in einer perspektivischen Darstellung das erfindungsgemäße Dreh- und Aufstehbett 1 in der Liegestellung, während 2 das Bett 1 in der Sitz- oder Sesselstellung wiedergibt.

Das Bett 1 weist eine Bettumrandung 2 mit einem Kopfteil 3, einem Fußteil 4 sowie Seitenwänden 5 und 6 auf. Die dem Betrachter zugekehrte Seitenwand 5 befindet sich in der Liegestellung. Die Seitenwand 5 steht in einem größeren Abstand zum Boden, womit zwischen der Unterkante der Seitenwand 5 und dem Boden ein Spalt besteht, der es dem Pflegepersonal ermöglicht, die Fußspitzen unter das Bett zu stellen. Die Seitenwand 5 ist beweglich gelagert und gelangt in der Sesselstellung des Bettes 1 in einer weiter nach unten verschobene Position, wie dies 2 erkennen lässt. Die spezielle Lagerung der Seitenwand 5 ist beispielsweise ausführlich in der DE 199 12 937 A1 erläutert.

Innerhalb der Bettumrandung 2 befindet sich ein Heber 8, der ausschnittsweise in 2 zu erkennen ist. Auf dem Heber 8 ist über ein nicht weiter erkennbares Drehscharnier ein Liegerahmen 9 befestigt, der einer Matratze 11 trägt. Der Heber 8 dient dazu, den Liegerahmen 9 samt der darauf befindlichen Matratze 11 in unterschiedliche Höhen zu bringen. Der Aufbau des Hebers ist beispielsweise in der DE 10 2004 019 144 A1 ausführlich erläutert, auf die insoweit Bezug genommen wird.

Der Liegerahmen 9 gliedert sich in mehrere, gegeneinander bewegliche Abschnitte. Die Bezeichnungen der einzelnen Abschnitte entsprechen im Wesentlichen der Bezeichnung der darauf ruhenden Körperteile eines im Bett liegenden Menschen.

Unmittelbar am Kopfende befindet sich ein schwenkbarer und in 1 nach oben geschwenkter Kopfabschnitt 12, an den sich in Richtung auf das Fußende ein Rückenabschnitt 13 anschließt. Der Rückenabschnitt 13 ist an einem Zentralabschnitt 14 anscharniert, der seinerseits unmittelbar über das Drehscharnier mit dem Heber oder Lifter 8 verbunden ist. Auf den Zentralabschnitt 14 folgt ein Oberschenkelabschnitt 15, der in einen Unterschenkelabschnitt 16 übergeht. Schließlich bildet die Liegefläche noch ein Fußabschnitt 17. Im gedrehten Zustand bleibt der Fußabschnitt 17 ortsfest im Bett, während lediglich die Abschnitte 12 bis 16 bewegt werden. Die einzelnen Abschnitte des Liegrahmens 9 und der Heber 8 sowie die Dreheinrichtung werden über permanenterregte Getriebemotoren bewegt.

3 zeigt ein prinzipielles Blockschaltbild einer Steuerung 20, wie sie verwendet wird, um die einzelnen Getriebemotoren über eine Handtastatur 21 zu steuern. Zu der Steuerung 20 gehören zwei Prozessoren 22 und 23 sowie zwei Polaritätsumschalter 24 und 25. Zu jedem Polaritätsumschalter 24 und 25 wird ein zugeordneter Motor 26 bzw. 27 mit Strom versorgt, wobei die Polarität umgeschaltet werden kann.

Die beiden Polaritätsumschalter 24, 25 sowie die daran angeschlossenen Motoren 26, 27 sind lediglich exemplarisch veranschaulicht. Es versteht sich, dass die Anzahl der Polaritätsumschalter und die Anzahl der Motoren, die über die Steuerung 20 betätigt wird, der Anzahl der Motoren entspricht, die das Pflegebett 1 enthält.

Der mit 23 in der Figur bezeichnete Block versinnbildlicht eine Zusammenschaltung oder Baueinheit, bestehend aus einer CPU sowie einem Programm und Datenspeicher. Die so gebildete Einheit, die gegebenenfalls aus mehreren hardwaretechnischen Einheiten bestehen kann, wird insgesamt als Prozessor bezeichnet. Dieselbe Vereinbarung gilt für den Prozessor 22. Die darin enthaltenen CPU's und/oder Programm- und Datenspeicher sind vorzugsweise hardwaremäßig diversitär. Auch die darin abgelegten Programme sind diversitär, zumindest in dem Sinne, dass die Steuerprogramme, die in ihnen enthalten sind, nicht gleich sind. Die möglichen Unterschiede werden weiter unten im Einzelnen erläutert.

Der Prozessor 23 weist einen Eingang 28 auf, an den über ein mehrpoliges Kabel 29 die Handtastatur 21 angeschlossen ist. Die Handtastatur 21 weist eine Anzahl von einzelnen Tasten 31 auf. Beim Betätigen einer Taste wird der Motor, der dieser Taste zugeordnet ist mit der betreffenden Drehrichtung eingeschaltet.

Über einen weiteren Port 32 ist der Prozessor 23 mit dem Prozessor 22 verbunden. Ports 33 und 34 bilden Signalausgänge, an die Eingänge 35, 36 der Polaritätsumschalter 24, 25 angeschlossen sind. Der Polaritätsumschalter 25 weist einen Stromversorgungseingang 37 sowie einen Masseanschluss 38 auf, der mit der Schaltungsmasse verbunden ist.

In ähnlicher Weise enthält der Polaritätsumschalter 24 ebenfalls einen Stromversorgungsanschluss 39 sowie einen Masseanschluss 41. Die beiden Masseanschlüsse 37 und 39 liegen miteinander verbunden an einem Stromsensorwiderstand 42, dessen heißes Ende mit einer Stromversorgung 43 verbunden ist.

Parallel zu dem Stromsensorwiderstand 42 liegen zwei Einganganschlüsse 44 und 45 des Prozessors 22. Zwei weitere Eingänge 46 und 47 sind an die Eingänge 35 und 36 der beiden Polaritätsumschalter 24 und 25 angeschlossen. Ein I/O-Port 48 ist mit dem I/O-Port 32 des Prozessors 23 verbunden.

Es versteht sich, dass die gezeigten Verbindungen ein- oder mehrpolige Verbindungen sein können, je nachdem, wie sie benutzt werden. Wieviele Pole die Verbindung jeweils enthält ist dem Fachmann geläufig.

Der Vollständigkeit halber ist schließlich noch erwähnt, dass die beiden Motoren 26 und 27 an entsprechenden Stromversorgungsausgängen 49...53 der beiden Prozessoren 24 und 25 liegen.

Die Funktionsweise der Schaltung wird nachstehend in Verbindung mit 4 erläutert.

Es sei dazu angenommen, dass die Oberreihe von Tasten 31 der Steuerung des Rückenteils 13 entspricht, das über den Motor 27 bewegt wird. In der zweiten Reihe von Tasten 31 auf der Handtastatur 21 wird das Oberschenkel- und das Fußteil 15, 16 angesteuert, das über den Motor 26 bewegt wird. Wenn keine Taste betätigt ist, gibt der Prozessor 23 an seinen beiden Ausgängen 33 und 34 keine Steuersignale an die Polaritätsumschalter 24, 25 ab. Die beiden Motoren 26 und 27 sind und bleiben stromlos.

Wenn der Benutzer ein Anliegen des Rückenteils möchte, betätigt er die entsprechende Taste 31 in der oberen Reihe auf der Handtastatur 21. Der Prozessor 23 bekommt über das Kabel 29 ein entsprechendes elektrisches Signal, das er, je nach Stellung des Bettes, auf Zulässigkeit überprüft und er gibt sodann über seinen Ausgang 33 einen Steuerbefehl an den Polaritätsumschalter 25 ab. Der Polaritätsumschalter schaltet daraufhin den Strom für den Motor 27 mit der entsprechenden erforderlichen Polarität ein. Sobald der Benutzer die entsprechende Taste loslässt, verschwindet das Steuersignal an dem Ausgang des Prozessors 23, womit der Polaritätsumschalter 25 die Stromversorgung zu dem Motor 27 unterbricht.

Sinngemäß die gleiche Steuerung erfolgt für den Motor 26 mit den Tasten 31 der zweiten Reihe.

Da, wie oben angegeben, das Bett eine Vielzahl von Bewegungsmöglichkeiten hat, muss die Steuerung 23 überprüfen, ob in der jeweiligen Betriebsstellung des Betts die gewünschten Bewegungen möglich sind oder zu einer Gefährdung führen würden. Hierzu sind in dem Bett noch weitere Positionsschalter verteilt, die auch an die Steuerung 23 angeschlossen werden können. Für das Wesen der vorliegenden Erfindung ist dies jedoch im Moment nicht von Bedeutung.

Wenn der Benutzer das Rückenteil 13 anheben will und die entsprechende Taste 31 betätigt hat, gibt, wie oben ausgeführt, die Steuerung 23 ein entsprechendes Signal an den Polaritätsumschalter 25 ab. Dieses an dem Ausgang 33 abgegebene Signal wird gleichzeitig von dem Prozessor 22 abgehört und überprüft.

Außerdem erzeugt der laufende Motor 27 einen Spannungsabfall an dem Widerstand 42. Dieses Spannungssignal gelangt ebenfalls über die Eingänge 44 und 45 in den Prozessor 22.

Der Prozessor 22 erfährt somit über zwei Wege davon, dass der Motor 27 läuft bzw. laufen soll.

In dem Prozessor 22 ist ein Programmabschnitt realisiert, wie er, grob vereinfacht, in 4 gezeigt ist. Der Prozessor 22 überwacht in einem Abfrageblock 55 ständig, ob der Motorstrom eingeschaltet ist, d. h. an dem Widerstand 42 ein Spannungsabfall aufscheint, der größer ist als ein vorgebener Grenzwert, oder ob an einem der überwachten Ausgänge 33 oder 34 des Prozessor 23 ein Signal zum Einschalten eines der Polaritätsumschalter 25, 26 abgegeben wird. Wenn dies nicht der Fall ist, kehrt das Programm an den Anfang des Abfrageblocks 55 zurück. Sobald jedoch eine der beiden Bedingungen erfüllt ist, geht das Programm zu einem Anweisungsblock 56 weiter. In dem Anweisungsblock 56 wird ein Timer oder eine Stoppuhr gestartet, die mit vorgegebenen Schritten eine Zeit hoch zählt. Nach dem Starten des Timers im Anweisungsblock 56 gelangt das Programm in einen Abfrageblock 57. An dieser Stelle des Programms wird überprüft, ob entweder noch der Motorstrom fließt oder ein Einschaltsignal für einen der Motoren 26, 27 abgegeben wird, oder beide Bedingungen vorliegen. Ferner wird überprüft, bis zu welchem Wert zwischenzeitlich der Timer hochgezählt hat. Wenn zwar noch Motorstrom fließt oder das entsprechende Befehlssignal zum Einschalten des Motorstroms noch anliegt, der Timer jedoch noch nicht seinen Grenzwert erreicht hat, geht das Programm in einen Anweisungsblock 58, und wartet dort etwa 10 Millisekunden, ehe das Programm an den Anfang des Abfrageblocks 57 zurückkehrt. Die Wartezeit von 10 Millisekunden ist willkürlich und kann durch jede andere beliebige, jedoch hinreichend kurze Zeit ersetzt werden.

Wenn kein Fehler vorliegt, d. h. also die Einschaltzeit für den betreffenden Motor oder die Stromflusszeit kürzer sein als der festgelegte Grenzwert, wird das Programm in der Schleife über die Abfrageblöcke 57, 58 und den Anweisungsblock 59 in dem Abfrageblock 57 festellen, dass der Motorstrom verschwunden ist und auch das Steuersignal für den Motor abgeschaltet wurde. Damit kehrt das Programm an den Anfang des Abfrageblocks 55 zurück.

Wenn jedoch ein Doppelfehler vorliegt, der dazu führt, dass der Motorstrom eingeschaltet bleibt und weiterhin fließt, was die Gefahr einer thermischen Überlastung und eines Schmorbrands des Motors auslösen könnte, wird zuvor in dem Abfrageblock 58 die Situation eintreten, dass der aktuelle Wert, den die variable Timer angenommen hat, einen vorgegebenen Grenzwert übersteigt. Das Programm wird in einem solchen Falle mit dem Anweisungsblock 61 fortfahren und die gesamte Steuerung oder wenigstens einen relevanten Teil davon sperren.

Die Zeitschleife ist so festgelegt, dass eine thermische Überlastung mit Sicherheit ausgeschlossen ist.

Indem Abfrageblock 57 sind die Bedingungen mit ”oder” verknüpft, was bedeutet, dass eine Blockierung der Steuerung nicht eintritt, wenn eine oder beide Variablen vor dem Erreichen des Zeitgrenzwertes wieder verschwindet.

Die Blockierung wird beispielsweise dadurch geschehen, dass der Prozessor 22 auf dem Prozessor 23 entsprechend einwirkt und ihn daran hindert, die entsprechenden Steuersignale an die Motoren weiter zu geben. Die Polaritätsumschalter 24 und 25 werden abgeschaltet und das Gefahrenpotential verschwindet.

Abweichend von der Darstellung in 3, bei der nur der Prozessor 22 an dem Stromsensorwiderstand 42 angeschlossen ist, besteht auch die Möglichkeit, den Prozessor 23 mit entsprechenden Eingängen zu dem Sensorwiderstand 42 parallel zu schalten, so dass beide Prozessoren 22 und 23 von sich aus dieselbe Überwachungsfunktion durchführen. Schließlich besteht die Möglichkeit zwei Sensorwiderstände zu verwenden, wobei jeder von beiden Sensorwiderständen einem der beiden Prozessoren 22, 23 zugeordnet ist.

Anstelle des Stroms kann auch das Strom-Zeit-Integral als Grenzwert ausgewertet werden.

5 zeigt eine abgewandelte Ausführungsform der Steuerung nach 3. Bei dieser Ausführungsform ist zusätzlich in der Zuleitung zu dem Sensorwiderstand 42 ein bistabiles Relais 62 vorgesehen, das zwei Steuerwicklungen 63 und 64 aufweist. Eine der beiden Steuerwicklungen, nämlich die Steuerwicklung 64 ist mit dem I/O-Port 48 des Prozessors 22 verbunden. Der andere Steuerwickler 63 liegt an zwei gesonderten Eingangsanschlüssen 65.

Der Prozessor 22 oder der Prozessor 23 arbeiten wie zuvor beschrieben.

Im Auslieferungszustand ist der Schalterkontakt des bistabilen Relais 62 geschlossen, d. h. es besteht eine galvanische Verbindung von der Stromversorgung 43 zu den Motoren 26 und 27, die über die Polaritätsumschalter 24 und 25 gesteuert wird.

Der Prozessor 22 arbeitet wie zuvor beschrieben. Sollte er dabei wegen eines Fehlers bei den Endschaltern der Motoren in Verbindung mit einer Fehlsteuerung über die Handtastatur bei dem Anweisungsblock 61 angelangen, gibt er an seinem I/O-Port 48 ein Steuersignal für die Magnetwicklung 64 ab, die daraufhin das bistabile Relais 61 in den Ausschaltzustand überführt. Die Stromverbindung zwischen den Motoren 26, 27 und der Stromversorgung 43 ist damit zwangsweise und unabhängig von den Polaritätsumschaltern 24, 25 unterbrochen.

Eine Wiederinbetriebnahme geschieht nur, indem die andere Magnetwicklung 63 bestromt wird. Um das bistabile Relais in den Auslieferungszustand zurück zu bringen.

Die Bestromung des Relais 63 kann entweder über den Prozessor 23 oder über eine von außen zugeführte Spannung erfolgen. Wenn das Rücksetzen des bistabilen Relais 62 in den normalen Betriebszustand über den Prozessor 23 erfolgen soll, ist eine zusätzliche Verbindung zwischen einem I/O-Port und der Magnetwicklung 63 vorgesehen. Das Rücksetzen geschieht beispielsweise, indem auf der Handtastatur 21 innerhalb eines vorgesehenen Zeitfensters eine bestimmte Tastenfolge ausgeführt wird.

Die Einsteuerung des Relais 62 im Fehlerfall, d. h. die Ansteuerung der Magnetwicklung 64 kann über eine entsprechende Entkopplung auch über den Prozessor 23 erfolgen.

Wie sich aus dem Obigen ergibt braucht der Prozessor 22 nicht das vollständige Steuerprogramm zu enthalten. Es genügt, wenn er die sicherheitsrelevante Zeitüberwachung abwickelt. Ein solches Programm ist wesentlich einfacher und damit fehlersicherer zu programmieren, als das komplizierte Programm des Prozessors 23.

5 zeigt schließlich das Prinzipschaltbild eines abgewandelten Polaritätsumschalters 24. Der Polaritätsumschalter 24 enthält hiernach mehrere Halbbrücken 65, 66 und 67 von denen jede zwei Feldeffekttransistoren 68a bzw. 69a in Serie zwischen der Schaltungsmasse und der Stromversorgung 43 aufweist. Die Halbbrücke 66 weist entsprechende Transistoren 68d und 69d bzw. 68c und 69c in der Halbbrücke 67 enthält. Dadurch entstehen insgesamt drei Brückenzweige zwischen den Halbbrücken 65, 66; 66, 67 und 67, 65. In jedem Brückenzweig liegt einer der Motoren 26 und 27 bzw. ein weiterer Motor 27a. Wenn beispielsweise der Motor 26 mit einer Drehrichtung in Gang gesetzt wird, werden über den I/O-Port 35 der Feldeffekttransistor 68a und der Feldeffekttransistor 69b eingeschaltet.

Die umgekehrte Drehrichtung des Motors 26 wird erhalten durch Einschalten des Transistors 68b und des Transistors 69a.

Bei diesem Betriebsfall bleiben die beiden benachbarten Motoren 27 und 27a stromlos, weil in der Halbbrücke 67 sämtliche Feldeffekttransistoren 68c und 69c abgeschaltet bleiben.

Wie unschwer zu erkennen ist gilt derselbe sinngemäße Betriebszustand für alle übrigen Motoren auch.

Wie ferner leicht zu erkennen ist, kann die Anordnung durch weitere Halbbrücken ergänzt werden. Ab vier Halbbrücken sind zwei Motoren unabhängig voneinander betreibbar. Der Vorteil der Anordnung besteht darin, dass die Anzahl der Halbbrücken mit der Anzahl der Motoren übereinstimmt und somit Halbleiter gespart werden.

Schließlich besteht ein Vorteil der Anordnung darin, dass die Umschaltverlustleistung halbiert werden kann. Wenn angenommen wird, die Schaltung arbeitet mit einer Strombegrenzung, wobei beim erreichen des Grenzstroms beispielsweise beim Motor 26, wahlweise der Feldeffekttransistor 69b oder der Feldeffekttransistor 69b oder der Feldeffekttransistor 68a abgeschaltet werden, besteht die Möglichkeit, dieses Abschalten aufeinander folgend durch jeweils den anderen Transistor durchzuführen, womit immer einer der Transistoren leistungslos geschaltet wird. Die Abschaltleistung und die Wiedereinschaltleistung kann dadurch periodisch zwischen den beiden Transistoren hin und her geschaltet werden. Für jeden Transistor halbiert sich damit die Verlustleistung, die beim Abschalten oder beim Einschalten auftritt.

Der Übersichtlichkeit halber sind die erforderlichen Freilaufdioden nicht dargestellt.

Eine Steuerschaltung für Pflegebetten enthält eine zusätzliche Strom- und Einschaltdauerüberwachung der Motoren. Wenn die Motoren länger als eine vorbestimmte Zeit eingeschaltet bleiben und auch Strom fließt, gelangt die Steuerung in einen Blockierzustand um ein thermisches Überlasten der Motoren auszuschließen.


Anspruch[de]
Steuerung (20) für Betten, die mehrere gegeneinander bewegliche Teile (12..17) und hierfür elektrische Antriebsmotoren (26, 27) aufweisen,

mit einer Eingabeeinrichtung (21), über die der Benutzer Steuerbefehle zum Einschalten von Antriebsmotoren (26, 27) geben kann,

mit einer Prozessoreinrichtung (22, 23), an die die Eingabeeinrichtung (21) angeschlossen ist und die Steuerausgänge (33, 34) aufweist,

mit wenigstens einem Polaritätsumschalter (24, 25), der einen Steuereingang (35, 36) aufweist, an den der wenigstens eine Antriebsmotor (26, 27) angeschlossen ist und über den der Antriebsmotor (26, 27) wahlweise mit einer ersten oder einer zweiten Polarität mit einer Spannungsquelle (43) verbindbar ist, wobei dessen Steuereingang (35, 36) mit der Prozessoreinrichtung (22, 23) verbunden ist und wobei der Motorstrom entweder über den Polaritätsumschalter oder einen in Serie liegenden Schalter ein- und ausschaltbar ist, und

mit einer Überwachungseinrichtung (22, 42) zur zeitlichen Überwachung des Stromflusses durch den jeweiligen Antriebsmotor (26, 27), der an den Polaritätsumschalter (24, 25) angeschlossen ist,

wobei die Prozessoreinrichtung (22, 23) einen Programmabschnitt mit einem Timer aufweist, der mit dem Beginn des Stromflusses für den Antriebsmotor (26, 27) startet und während dem fortwährenden Stromfluss läuft, wobei der Timer jedesmal zurückgesetzt wird, wenn der Stromfluss verschwindet, und

wobei die Prozessoreinrichtung (22, 23) den Polaritätsumschalter (24, 25) oder eine andere Schalteinrichtung (62) zwangsweise in den Ausschaltzustand bringt, wenn der Timer einen vorgegebenen Grenzwert überschreitet.
Steuerung für Betten, die mehrere gegeneinander bewegliche Teile (12..17) und hierfür elektrische Antriebsmotoren (26, 27) aufweisen,

mit einer Eingabeeinrichtung (21), über die der Benutzer Steuerbefehle zum Einschalten von Antriebsmotoren (26, 27) geben kann,

mit einer Prozessoreinrichtung (22, 23), an die die Eingabeeinrichtung (21) angeschlossen ist, und die Steuerausgänge (33, 34) aufweist,

mit wenigstens einem Polaritätsumschalter (24, 25),

– der einen Steuereingang (35, 36) aufweist,

– der an den wenigstens einen Antriebsmotor (26, 27) angeschlossen ist und

– über den der Antriebsmotor (26, 27) wahlweise stromlos oder mit einer ersten oder einer zweiten Polarität mit einer Spannungsquelle (43) verbindbar ist, wobei der Steuereingang (35, 36) mit der Prozessoreinrichtung (22, 23) verbunden ist, und

mit einer Überwachungseinrichtung (42, 22) zur zeitlichen Überwachung des Stromflusses durch den Antriebsmotor (26, 27), der an den Polaritätsumschalter (24, 25) angeschlossen ist,

mit einem Sicherheitsschalter (62),

– der zwei stabile Schaltzustände aufweist, wobei er wenigstens einmal in einer Richtung von dem leitenden Zustand in den nichtleitenden Zustand durch impulsartige Stromzufuhr umschaltbar ist,

– der mit dem wenigstens einen Polaritätsumschalter (24, 25) in Serie liegt,

– der von der Überwachungseinrichtung (22, 23) gesteuert wird, derart, dass er von dem leitenden Zustand in den nichtleitenden Zustand gesteuert wird, wenn die Überwachungseinrichtung (22, 23) feststellt, dass in dem überwachten Strompfad länger als ein vorgegebenes Zeitintervall Strom fließt.
Steuerung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerung (20) für Pflegebetten vorgesehen ist. Steuerung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass sie jeden Polaritätsumschalter (24, 25) dauerhaft sperrt, wenn einmal eine Zeitüberschreitung festgestellt wurde. Steuerung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass sie einen Sonderbetrieb aufweist, in dem die Sperre für die/den Polaritätsumschalter (24, 25) oder den Sicherheitsschalter (62) rücksetzbar ist. Steuerung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Eingabeeinrichtung (21) eine Tastatur aufweist. Steuerung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Prozessoreinrichtung (22, 23) wenigstens zwei Prozessoren aufweist. Steuerung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Prozessoren (22, 23) hardwaremäßig diversitär sind. Steuerung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die in den Prozessoren (22, 23) laufenden Programme softwaremäßig diversitär sind. Steuerung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass einer der Prozessoren (22, 23) das volle Steuerprogramm enthält und der andere lediglich einen Teil mit Sicherheitsfunktionen. Steuerung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Polaritätsumschalter (24, 25) lediglich Halbleiterbauelemente aufweist. Steuerung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Polaritätsumschalter (24, 25) wenigstens zwei Halbbrücken (65..67) aufweist und dass der betreffende Antriebsmotor (26, 27) im Brückenzweig liegt. Steuerung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Polaritätsumschalter (24, 25) wenigstens drei Halbbrücken (65..67) aufweist und dass zwei Antriebsmotoren (26, 27) in die vorhandenen Brückenzweige geschaltet sind, wobei in jedem Brückenzweig ein Antriebsmotor (26, 27) liegt. Steuerung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Überwachungseinrichtung (22, 42) einen Stromsensor (42) aufweist. Steuerung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass der Stromsensor (42) in der Stromzuleitung zu allen Motoren (26, 27) liegt. Steuerung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass der Stromsensor (42) mit Eingängen (44, 45) beider Prozessoren (22, 23) verbunden ist. Steuerung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass je Prozessor (22, 23) ein Stromsensorwiderstand (42) vorgesehen ist. Steuerung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass zum Rücksetzen der Steuerung (20) in den Normalbetriebszustand die Betätigung von Eingabetasten (31) der Eingabeeinrichtung (21) in einer vorgegebenen Reihenfolge gehört. Steuerung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Prozessoreinrichtung (22, 23) einen nicht flüchtigen Speicher enthält, in dem eine dem Blockierzustand entsprechender Wert abgelegt wird derart, dass nach dem Wiedereinschalten der Spannung für die Prozessoreinrichtung (22, 23) der Blockierzustand aufrecht erhalten bleibt. Steuerung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass in der Stromzuleitung von wenigstens einigen Antriebsmotoren (26, 27) ein mechanischer Sicherheitsschalter (62) liegt. Steuerung nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, dass der mechanische Sicherheitsschalter (62) von einem bistabilen Relais gebildet ist. Steuerung nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, dass der Sicherheitsschalter (62) zwei Magnetwicklungen (63, 64) aufweist, von denen die eine dem Rücksetzen dient. Steuerung nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, dass die Wicklung (63) zum Rücksetzen an die Prozessoreinrichtung (22, 23) angeschlossen ist. Steuerung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Stromgrenzwert das Strom-Zeit-Integral ist.






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