DE10131243C1 - Capacitive proximity switch e.g. for production line robot, uses difference signal between 2 screened sensor electrodes - Google Patents

Capacitive proximity switch e.g. for production line robot, uses difference signal between 2 screened sensor electrodes

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DE10131243C1 DE2001131243 DE10131243A DE10131243C1 DE 10131243 C1 DE10131243 C1 DE 10131243C1 DE 2001131243 DE2001131243 DE 2001131243 DE 10131243 A DE10131243 A DE 10131243A DE 10131243 C1 DE10131243 C1 DE 10131243C1
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Abstract

The proximity switch has 2 sensor electrodes (101,201), each screened relative to earth via a screening electrode (102,202) and connected to one input of a respective amplifier, providing an output which is supplied to the screening electrode and to an evaluation circuit for the difference signal between the sensor electrodes, controlling a transistor, thyristor or relay switch. The sensor electrodes are arranged so that one projects outwards from the other.

Description

Die Erfindung betrifft einen kapazitiven Näherungsschalter mit zwei jeweils durch eine Abschirmelektrode gegen Masse abge­ schirmten Sensorelektroden, wobei die Sensorelektroden jeweils mit dem Eingang eines Verstärkers und die Abschirmelektroden mit dem Ausgang des Verstärkers verbunden sind, und mit einer Auswerteschaltung für das Differenzsignal der beiden Sensor­ elektroden, die mindestens einen elektrischen Schalter, bei­ spielsweise einen Transistor, einen Thyristor oder ein Relais ansteuert.The invention relates to a capacitive proximity switch two each abge by a shielding electrode against ground shielded sensor electrodes, the sensor electrodes each with the input of an amplifier and the shielding electrodes are connected to the output of the amplifier, and to one Evaluation circuit for the difference signal of the two sensors electrodes that have at least one electrical switch for example a transistor, a thyristor or a relay controls.

Ein solcher Näherungsschalter ist beispielsweise aus der DE 42 38 992 A1 bekannt. Die beiden Sensorelektroden des be­ kannten Näherungsschalters sind identisch aufgebaut. Ein sich nähernder Gegenstand verändert die Kapazität der Sensorelek­ troden je nach Bewegungsrichtung gleichmäßig oder unterschied­ lich, wodurch der Näherungsschalter richtungsselektiv arbeiten kann. Das Vorsehen von zwei Sensorelektroden hat gegenüber dem Vorsehen nur einer Elektrode außerdem den Vorteil, dass sich Störkapazitäten weniger stark auswirken können als bei der Auswertung der absoluten Kapazitätsänderung nur einer Sensor­ elektrode. Such a proximity switch is for example from the DE 42 38 992 A1 known. The two sensor electrodes of the be Known proximity switches are constructed identically. A yourself Approaching object changes the capacitance of the sensor electronics Tread evenly or differently depending on the direction of movement Lich, whereby the proximity switch work directionally selective can. The provision of two sensor electrodes has compared to that Providing only one electrode also has the advantage that Interference capacities can have less impact than the Evaluation of the absolute change in capacity of only one sensor electrode.  

Die DE 32 21 223 A1 beschreibt einen kapazitiven Näherungs­ schalter, bei dem die Sensorelektrode vor einer Schutz- und einer Schirmelektrode angeordnet ist.DE 32 21 223 A1 describes a capacitive approximation switch in which the sensor electrode from a protective and a shield electrode is arranged.

Die bekannten Näherungsschalter sind jedoch alle nicht ausrei­ chend betriebssicher, um sie beispielsweise auch an Robotern in einer Produktionslinie einsetzen zu können. Aus Sicher­ heitsgründen werden deswegen Roboter von Schutzgittern umge­ ben, die dafür sorgen, dass es zu keinen Gefährdungen von im Produktionsprozess arbeitenden Menschen kommen kann. Die Schutzgitter benötigen jedoch sehr viel Raum, da sie den ge­ samten möglichen Bewegungsraum des jeweiligen Roboters um­ schließen müssen, auch wenn der Roboter während des Produk­ tionsprozesses bei ordnungsgemäßem Betrieb sehr viel weniger Platz beansprucht. Für den Personenschutz wäre es dabei aus­ reichend, dass der Roboter sicher anhält, sobald ihm eine Person zu nahe kommt. Dafür sind jedoch Näherungsschalter mit einer ausgesprochen hohen Funktionssicherheit und Störunanfäl­ ligkeit erforderlich.However, the known proximity switches are not all sufficient operationally reliable, for example on robots to be able to use in a production line. For sure For this reason, robots are reversed from protective grids ben who ensure that there are no hazards from im Production process working people can come. The Protective grids, however, require a great deal of space because entire possible movement space of the respective robot must close, even if the robot is in production tion process with proper operation much less Takes up space. It would be enough for personal protection enough that the robot stops safely as soon as it gets one Person comes too close. However, proximity switches are included an extremely high level of functional reliability and accidents required.

Zur Erfüllung dieser Anforderungen schlägt die vorliegende Erfindung einen kapazitiven Näherungsschalter der eingangs genannten Art vor, der erfindungsgemäß dadurch gekennzeichnet ist, dass die beiden Sensorelektroden derart angeordnet sind, dass eine der beiden Sensorelektroden gegenüber der anderen nach außen vorsteht. Nähert sich eine Person oder ein elek­ trisch leitfähiger Gegenstand dem Näherungsschalter, so ändert sich die Kapazität der beiden Sensorelektroden. Bei derjenigen Sensorelektrode, die weiter vorsteht, ergibt sich dabei eine höhere Kapazität als bei der weniger weit vorstehenden Sensor­ elektrode. Durch die Differenzsignals wird der mindestens eine elektrische Schalter betätigt und dadurch beispielsweise ein Roboter außer Tätig­ keit gesetzt.The present suggests to meet these requirements Invention a capacitive proximity switch of the beginning mentioned type, characterized according to the invention is that the two sensor electrodes are arranged in such a way that one of the two sensor electrodes versus the other protrudes outwards. Approaches a person or an elek tric conductive object the proximity switch, so changes the capacity of the two sensor electrodes. With that one Sensor electrode that protrudes further results in a higher capacity than the less protruding sensor electrode. By the difference signal  becomes the at least one electrical switch operated and thereby, for example, a robot out of action set.

Die Sensorelektroden können dabei in an sich bekannter Weise mit einer Wechselspannung beaufschlagt sein. Sind die Sensor­ elektroden Teil eines Schwingkreises, so kann die Annäherung eines elektrischen leitenden Gegenstandes dadurch detektiert werden, dass sich die Frequenz ändert oder die Schwingung abreißt. Alternativ dazu kann die Auswerteschaltung jedoch auch die Amplitudenänderung der Sensorsignale bei Annäherung eines Gegenstandes auswerten.The sensor electrodes can be in a manner known per se be supplied with an alternating voltage. Are the sensors electrodes part of a resonant circuit, so the approximation of an electrically conductive object is thereby detected be that the frequency changes or the vibration interrupted. Alternatively, however, the evaluation circuit can also the change in amplitude of the sensor signals when approaching evaluate an object.

Zur sicheren Überprüfung der Funktion kann eine mit Abstand zu einer der Sensorelektroden, vorzugsweise der weiter nach außen vorstehenden, angeordnete Überwachungselektrode vorgesehen sein, die über einen Schalter mit einer Gleichspannungsquelle verbunden ist, wobei der Schalter ein Rechtecksignal, vorzugs­ weise mit einer deutlich niedrigeren Frequenz als die Frequenz der an den Sensorelektroden anliegenden Wechselspannung er­ zeugt. Die Frequenz könnte prinzipiell aber auch gleich oder größer als die Wechselspannungsfrequenz sein. Solange die Überwachungselektrode nicht mit einem Potential verbunden ist, stellt sie nur eine sehr kleine Kapazität gegenüber der Sen­ sorelektrode dar, da sie deren Potentialschwankungen folgt. Liegen jedoch an der Überwachungselektrode Rechteckimpulse beispielsweise mit einer im Vergleich zur Frequenz der an den Sensorelektroden anliegenden Wechselspannung niedrigen Fre­ quenz an, so hat die an der zugehörigen Steuerelektrode gemes­ sene Spannung die Form eines mit der Frequenz des Rechteck­ impulssignals amplitudenmodulierten Signals mit der Trägerfre­ quenz der Wechselspannung an der Sensorelektrode. Die Auswer­ teschaltung hat dann dafür zu sorgen, dass dieses spezielle amplitudenmodulierte Signal der Sensorelektrode sicher erkannt wird und den mindestens einen elektrischen Schalter entsprechend ansteuert. Um ausschließen zu können, dass Störsignale mit derselben Frequenz wie das Rechteckimpulssignal an der Überwachungselektrode die Messung stören, können Blindsensoren zur Erkennung von Störsignalen mit einer Frequenz, die derje­ nigen des Rechtecksignals an der Überwachungselektrode ent­ spricht, vorgesehen sein.For safe checking of the function, one can be placed at a distance one of the sensor electrodes, preferably the further out protruding, arranged monitoring electrode provided be over a switch with a DC voltage source is connected, the switch being a square-wave signal, preferably wise with a frequency significantly lower than the frequency the AC voltage applied to the sensor electrodes testifies. In principle, the frequency could also be the same or be greater than the AC voltage frequency. As long as the Monitoring electrode is not connected to a potential, it only has a very small capacity compared to the sen sensor electrode because it follows their potential fluctuations. However, there are rectangular pulses on the monitoring electrode for example with a compared to the frequency of the to Sensor electrodes applied AC voltage low Fre quenz, so the measured on the associated control electrode its voltage is in the form of a with the frequency of the rectangle pulse signal amplitude-modulated signal with the carrier fre frequency of the AC voltage at the sensor electrode. The Auswer The circuit must then ensure that this special amplitude-modulated signal from the sensor electrode is reliably detected and the at least one electrical switch accordingly  controls. To be able to exclude that interference signals with the same frequency as the square pulse signal on the Monitoring electrodes can interfere with the measurement, blind sensors can for the detection of interference signals with a frequency that derje ent of the square wave signal at the monitoring electrode speaks, be provided.

Die Auswerteschaltung kann eine Vorrichtung zur Invertierung jeder zweiten Halbwelle des Differenzsignals der Sensorelek­ troden aufweisen, dessen Ausgangssignal den elektrischen Schalter ansteuert. Das Ausgangssignal der Invertiervorrich­ tung weist also entweder ein positives oder ein negatives Vor­ zeichen auf, je nachdem, ob die Spannung an der weiter hervor­ stehenden Sensorelektrode oder an der weiter zurückgesetzten Elektrode größer ist. Damit lässt sich auf den Abstand und die Bewegungsrichtung des detektierten Gegenstandes schließen. Zudem besteht die Möglichkeit, zu verhindern, dass beispiels­ weise ein Fertigungsroboter anhält, auch wenn er sich er­ wünscht an einen Gegenstand, beispielsweise an ein zu ergrei­ fendes Werkstück annähert. Hierzu wird in geeigneter Weise in die Nähe der erwünschten Annäherungsposition eine Elektrode gebracht, die mit einer Spannung dergleichen Frequenz und Phase wie die Wechselspannung an den beiden Sensorelektroden beaufschlagt wird. Dadurch wird bei Annäherung des Näherungs­ schalters an diese Elektrode die Spannung an den Sensorelek­ troden nicht sinken, sondern konstant bleiben oder steigen. Der Schalter wird nicht betätigt.The evaluation circuit can be a device for inverting every second half-wave of the differential signal from the sensor elec have electrodes whose output signal is electrical Controls switch. The output signal of the inverting device So either shows a positive or a negative signs depending on whether the tension on the further emerges standing sensor electrode or on the further reset Electrode is larger. This allows for the distance and the Close the direction of movement of the detected object. There is also the possibility to prevent that a production robot stops, even if it turns itself off wishes for an object, for example a hand approaching workpiece. This is suitably described in the proximity of the desired approach position an electrode brought that with a voltage of the same frequency and Phase like the AC voltage on the two sensor electrodes is applied. This will approximate the approximation switch to this electrode the voltage to the sensor elec Do not tread, but stay constant or climb. The switch is not operated.

Die Auswerteschaltung kann am Ausgang der Invertiervorrichtung einen Serienschwingkreis mit einer der Frequenz des Rechteck­ impulssignals entsprechenden Resonanzfrequenz und einen weite­ ren Schalter aufweisen. Nur wenn der Schalter geschlossen ist, reagiert der Näherungsschalter auf kapazitive Änderungen in seiner Umgebung wie vorgesehen. Störeinflüsse lassen sich dadurch weitgehend ausschalten. The evaluation circuit can be at the output of the inverting device a series resonant circuit with one of the frequency of the square pulse signal corresponding resonance frequency and a wide have ren switch. Only when the switch is closed the proximity switch reacts to capacitive changes in its surroundings as intended. Interferences can be largely switch off.  

Es können alternativ auch andere Verfahren benutzt werden, um das Rechtecksignal herauszufiltern.Alternatively, other methods can be used to filter out the square wave signal.

Nachfolgend wird ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Näherungsschalters anhand der Zeichnung näher erläutert.A preferred embodiment of a Proximity switch according to the invention with reference to the drawing explained in more detail.

Es zeigen:Show it:

Fig. 1 eine Schaltskizze eines erfindungsgemäßen Näherungsschalters; Fig. 1 is a circuit diagram of a proximity switch according to the invention;

Fig. 2 einen zentralen Querschnitt entlang der Linie II-II durch ein Ausführungsbeispiel eines Näherungsschalters gemäß Fig. 3; FIG. 2 shows a central cross section along the line II-II through an exemplary embodiment of a proximity switch according to FIG. 3;

Fig. 3 eine Draufsicht auf den Näherungsschalter aus Fig. 2. Fig. 3 is a top view of the proximity switch in FIG. 2.

Fig. 1 zeigt zwei Sensorelektroden 101 und 201, die jeweils von Abschirmelektroden 102 und 202 gegen Masse abgeschirmt sind. Dazu sind die Sensorelektroden 101 und 201 mit den Ein­ gängen von Verstärkern 104 und 204 verbunden. Die Abschirm­ elektroden 102 und 202 sind mit dem Ausgang derselben Verstär­ ker 104 und 204 verbunden. Dadurch machen die Abschirmelek­ troden 102 und 202 alle Potentialschwankungen der Sensorelek­ troden 101 und 201 mit und wirken somit selbst nicht als Kapa­ zität gegenüber den Sensorelektroden 101 und 201. Die Elek­ troden 101 und 201 werden über hohe Impedanzen 103 mit einer Wechselspannung U0 mit der Frequenz f0 beaufschlagt. Fig. 1 shows two sensor electrodes 101 and 201 which are shielded from each shield electrodes 102 and 202 to ground. For this purpose, the sensor electrodes 101 and 201 are connected to the inputs of amplifiers 104 and 204 . The shielding electrodes 102 and 202 are connected to the output of the same amplifier 104 and 204 . As a result, the shielding electrodes 102 and 202 make all potential fluctuations in the sensor electrodes 101 and 201 and thus do not themselves act as capacitance to the sensor electrodes 101 and 201 . The electrodes 101 and 201 are acted upon via high impedances 103 with an alternating voltage U 0 with the frequency f 0 .

Die Verstärker 104 und 204 sind nicht invertierend und haben einen Verstärkungsfaktor von vorzugsweise etwas mehr als 1. Für die Beseitigung der Kapazität der Sensorelektroden 101 und 201 gegen Masse würde ein Verstärkungsfaktor von 1 richtig sein. Da aber zwangsläufig weitere Kapazitäten beispielsweise durch die Verdrahtung gegenüber Masse gegeben sind, wird die Verstärkung zweckmäßigerweise so hoch gewählt, dass auch diese Kapazitäten sich auf die Messung nicht auswirken.The amplifiers 104 and 204 are non-inverting and preferably have a gain factor of slightly more than 1. For the removal of the capacitance of the sensor electrodes 101 and 201 to ground, a gain factor of 1 would be correct. However, since additional capacities are inevitably given, for example by the wiring to ground, the amplification is expediently chosen to be so high that these capacitances also have no effect on the measurement.

Die Signale der Sensorelektroden 101 und 201 werden außerdem auf einen weiteren Verstärker 105 gegeben. Im vorliegenden Fall sind die Ausgänge der Verstärker 104 und 204 mit den Eingängen des Verstärkers 105 verbunden, doch könnten die Sensorelektroden 101 und 201 auch direkt mit den Eingängen des Verstärkers 105 verbunden werden.The signals from the sensor electrodes 101 and 201 are also fed to a further amplifier 105 . In the present case, the outputs of the amplifiers 104 and 204 are connected to the inputs of the amplifier 105 , but the sensor electrodes 101 and 201 could also be connected directly to the inputs of the amplifier 105 .

An der Elektrode 101 liegt die Spannung
The voltage is at the electrode 101

U2 = U1 × Xe/(X3 + Xe),
U 2 = U 1 × X e / (X 3 + X e ),

wenn X3 die Impedanz 103, Xe die Impedanz der Elektrode 101 gegen den zu erkennenden Gegenstand oder die Person bedeutet. Wenn sich ein Körper dem Sensor nähert, nimmt Xe ab, sodass U2 sinkt.when X 3 is the impedance 103 , X e is the impedance of the electrode 101 against the object or person to be recognized. When a body approaches the sensor, X e decreases so that U 2 decreases.

Das Vorsehen zweier Sensorelektroden 101, 201 dient der Her­ absetzung der Störempfindlichkeit. Die Flächen der Elektro­ den 101 und 201 können vorzugsweise gleich groß sein. Bei der in Fig. 1 gezeigten Schaltung wird nicht direkt U2 ausgewertet, sondern das Differenzsignal zwischen den beiden Sensorelek­ troden 101 und 201. Üblicherweise ist eine der Sensorelektro­ den Teil eines Schwingkreises. Im vorliegenden Fall wird je­ doch auf einen Schwingkreis verzichtet. Hier ist vor der Sen­ sorelektrode 101 eine Überwachungselektrode 106 angeordnet. Die Fläche der Elektrode 106 und ihre Entfernung zur Sensor­ elektrode 101 wird entsprechend der maximal zulässigen Annähe­ rung eines Körpers gewählt. Die Überwachungselektrode 106 ist über einen Schalter 107 mit einer Gleichspannungsquelle U1 verbunden. Der Schalter 107 bildet aus der Gleichspannung U1 ein Rechteckimpulssignal der Frequenz f1, die sehr viel kleiner ist, als die Frequenz f0 der Spannung U0, mit der die beiden Sensorelektroden 101 und 201 gespeist werden. Während der Rechteckimpulse wirkt zwischen den Elektroden 101 und 106 eine Kapazität. Dies führt dazu, dass die Spannung U2 an der Sensor­ elektrode 101 die Form eines mit f1 amplitudenmodulierten Signals der Trägerfrequenz f0 aufweist.The provision of two sensor electrodes 101 , 201 serves to reduce the susceptibility to interference. The areas of the electrodes 101 and 201 can preferably be the same size. In the circuit shown in FIG. 1, U 2 is not evaluated directly, but rather the difference signal between the two sensor electrodes 101 and 201 . Usually, one of the sensor electrodes is part of an oscillating circuit. In the present case, however, an oscillating circuit is omitted. Here, a monitoring electrode 106 is arranged in front of the sensor electrode 101 . The area of the electrode 106 and its distance from the sensor electrode 101 is selected in accordance with the maximum permissible approximation of a body. The monitoring electrode 106 is connected to a DC voltage source U 1 via a switch 107 . The switch 107 forms a square-wave pulse signal of the frequency f 1 from the direct voltage U 1 , which is very much smaller than the frequency f 0 of the voltage U 0 with which the two sensor electrodes 101 and 201 are fed. A capacitance acts between the electrodes 101 and 106 during the rectangular pulses. This leads to the voltage U 2 at the sensor electrode 101 having the form of a signal of the carrier frequency f 0 which is amplitude modulated with f 1 .

Die Sensorelektrode 101 steht gegenüber der Sensorelektro­ de 201 nach außen vor, wie beispielsweise in der Ausführungs­ form der Fig. 2 und 3 gezeigt ist. Nähert sich nun ein Körper der Anordnung, so hat der Körper gegenüber der Elektrode 101 eine größere Kapazität aufgrund des geringeren Abstandes. Die Spannung U2 an der Sensorelektrode 101 wird also stärker sinken als die Spannung an der Elektrode 201. Die Differenz der Si­ gnale an den Elektroden 101 und 201 wird durch den Verstär­ ker 105 verstärkt. Anschließend folgt eine Vorrichtung 20, die jede zweite Halbwelle des Ausgangssignals des Verstärkers 105 invertiert. Dadurch entsteht am Ausgang der Vorrichtung 20 ein Signal entweder positiven oder negativen Vorzeichens. Die Polarität gibt Aufschluss darüber, ob die Spannung an der Elektrode 101 oder an 201 größer ist. Dadurch ergibt sich die Möglichkeit, zu verhindern, dass der Näherungsschalter an­ spricht, auch wenn sich ein erwünschter Gegenstand annähert. Dazu wird in geometrisch geeigneter Weise an den gewünschter­ maßen anzunähernden Körper oder in seiner Nähe eine Elektrode angebracht, die mit einer Spannung der gleichen Frequenz f0 und der gleichen Phase wie die Sensorelektroden 101 und 201 beauf­ schlagt wird. Dadurch ändert sich bei Annäherung des Sensors an diese Elektrode die Spannung an der Sensorelektrode 101 nicht. Es wird also auch keine Annäherung an einen Gegenstand detektiert. Mittels des gleichgerichteten Signals am Ausgang der Vorrichtung 20 wird ein Relais 80 geschaltet, dessen Spule mit einem Potential U3 verbunden ist, das derart gewählt wird, dass das Relais 80 nur dann aktiviert ist, wenn die Spannung an der Sensorelektrode 101 nicht zu stark abgefallen und damit die Spannung am Ausgang der Vorrichtung 20 nicht zu stark angestiegen ist, was auf eine zu große Annäherung eines Kör­ pers hinweisen würde. In der Auswerteschaltung 100 ist außer­ dem ein Gleichrichter 70 vorgesehen, der dann erforderlich ist, wenn die Ausgangsspannung der Vorrichtung 20 über das Potential U3 ansteigt, wodurch das Relais 80 auch bei extremer Annäherung eines Körpers wieder schalten würde.The sensor electrode 101 protrudes from the sensor electrode de 201 to the outside, as shown for example in the embodiment of FIGS. 2 and 3. If a body now approaches the arrangement, the body has a larger capacitance than the electrode 101 due to the smaller distance. The voltage U 2 at the sensor electrode 101 will therefore decrease more than the voltage at the electrode 201 . The difference of the signals at the electrodes 101 and 201 is amplified by the amplifier 105 . This is followed by a device 20 which inverts every other half-wave of the output signal of the amplifier 105 . This creates a signal at the output of the device 20, either positive or negative sign. The polarity indicates whether the voltage at the electrode 101 or at 201 is greater. This results in the possibility of preventing the proximity switch from responding even when a desired object is approaching. For this purpose, an electrode is attached in a geometrically suitable manner to the desired body to be approximated or in its vicinity, which is acted upon with a voltage of the same frequency f 0 and the same phase as the sensor electrodes 101 and 201 . As a result, the voltage at the sensor electrode 101 does not change when the sensor approaches this electrode. So no approach to an object is detected. By means of the rectified signal at the output of the device 20 , a relay 80 is switched, the coil of which is connected to a potential U 3 , which is selected such that the relay 80 is activated only when the voltage at the sensor electrode 101 does not drop too much and so that the voltage at the output of the device 20 has not risen too much, which would indicate too close an approximation of a body. In the evaluation circuit 100 , a rectifier 70 is also provided, which is required when the output voltage of the device 20 rises above the potential U 3 , as a result of which the relay 80 would switch again even if an object were extremely approached.

Über einen weiteren Gleichrichter 30, einen Kondensator 40 und eine Spule 50 wird ein weiteres Relais 60 mit Arbeitskontakt angesteuert. Die Kapazität 40 und die Spule 50 bilden einen Serienschwingkreis mit der Resonanzfrequenz f1. Ist der Kontakt des Relais 60 geschlossen, bedeutet das, dass der Sensor auf eine kapazitive Änderung in seiner Umgebung wie vorgesehen reagiert. Es ist außerdem ein weiterer Kondensator 90 vorgese­ hen, der bewirkt, dass die Induktivität der Relaisspule nicht Bestandteil des Schwingkreises wird. Die Kapazität 40 sorgt dafür, dass nicht durch einen Ausfall der Elemente 105 oder 20 ein fehlerhafter Gleichspannungspegel als ein Signal missin­ terpretiert wird. Der Gleichrichter 30 ist erforderlich, falls das Relais 60 selbst nicht mit einem Wechselstrom der Fre­ quenz f1 betrieben werden kann. Ist das Relais jedoch mit der Frequenz f1 betreibbar, so kann seine Induktivität einen Teil des Schwingkreises bilden. Die Elemente 30, 50 und 90 könnten dann entfallen.A further relay 60 with a normally open contact is controlled via a further rectifier 30 , a capacitor 40 and a coil 50 . The capacitance 40 and the coil 50 form a series resonant circuit with the resonance frequency f 1 . If the contact of relay 60 is closed, this means that the sensor reacts as intended to a capacitive change in its environment. A further capacitor 90 is also provided, which has the effect that the inductance of the relay coil does not become part of the resonant circuit. The capacitance 40 ensures that a faulty DC voltage level is not misinterpreted as a signal due to a failure of the elements 105 or 20 . The rectifier 30 is required if the relay 60 itself cannot be operated with an alternating current of the frequency f 1 . However, if the relay can be operated at the frequency f 1 , its inductance can form part of the resonant circuit. The elements 30 , 50 and 90 could then be omitted.

Zur zuverlässigen Überwachung der Annäherung einer Person an beispielsweise einen Roboter, müssten an diesem mehrere Nähe­ rungsschalter gemäß der Erfindung angeordnet sein, um eine allzeitige Überwachung zu erlauben. For reliable monitoring of a person's approach For example, a robot would have to be close to it several times tion switch according to the invention can be arranged to a to allow constant monitoring.  

Die Fig. 2 und 3 zeigen nun ein mögliches konstruktives Aus­ führungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Näherungsschalters gemäß der Schaltskizze aus Fig. 1. Wie Fig. 3 zeigt, ist der gesamte Näherungsschalter zylindrisch aufgebaut. Die Sensor­ elektrode 101 hat Scheibenform, die Sensorelektrode 201 Ring­ form. Beide Elektroden 101 und 201 sind eingebettet in Ab­ schirmelektroden 102 und 202. Wie insbesondere aus Fig. 2 ersichtlich ist, steht dabei die Elektrode 101 weiter nach außen vor als die Elektrode 201. Vor der Sensorelektrode 101 ist die Überwachungselektrode 106 angeordnet, die hier strei­ fenförmig ausgebildet ist. Auch der Schalter 107 ist zu erken­ nen, der die Überwachungselektrode 106 mit einem Rechteckim­ pulssignal versorgt. Figs. 2 and 3 show a possible constructive now From operation example of a proximity switch according to the invention according to the circuit diagram of Fig. 1. As shown in FIG. 3, the entire proximity switch is constructed cylindrical. The sensor electrode 101 has a disk shape, the sensor electrode 201 has a ring shape. Both electrodes 101 and 201 are embedded in shield electrodes 102 and 202 . As can be seen in particular from FIG. 2, the electrode 101 projects further outwards than the electrode 201 . In front of the sensor electrode 101 , the monitoring electrode 106 is arranged, which is strip-shaped here. The switch 107 can also be seen, which supplies the monitoring electrode 106 with a rectangular pulse signal.

Der dargestellte Aufbau des Näherungsschalters ist lediglich beispielhaft. Es sind auch hier andere geometrische Lösungen denkbar.The structure of the proximity switch shown is only exemplary. There are other geometric solutions here too conceivable.

Claims (10)

1. Kapazitiver Näherungsschalter mit zwei, jeweils durch eine Abschirmelektrode (102, 202) gegen Masse abgeschirmten Sensorelektroden (101, 201), wobei die Sensorelektro­ den (101, 201) jeweils mit dem Eingang eines Verstär­ kers (104, 105) und die Abschirmelektroden (102, 202) mit dem Ausgang des Verstärkers (104, 105) verbunden sind, und mit einer Auswerteschaltung (100) für das Differenzsignal der beiden Sensorelektroden (101, 201), die mindestens einen elektrischen Schalter (80), beispielsweise einen Transistor, einen Thyristor oder ein Relais ansteuert, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Sensorelektro­ den (101, 102) derart angeordnet sind, dass eine der bei­ den Sensorelektroden (101, 102) gegenüber der anderen nach außen vorsteht.1. Capacitive proximity switch with two, each shielded by a shielding electrode ( 102 , 202 ) against ground sensor electrodes ( 101 , 201 ), the sensor electrodes ( 101 , 201 ) each with the input of an amplifier ( 104 , 105 ) and the shielding electrodes ( 102 , 202 ) are connected to the output of the amplifier ( 104 , 105 ), and to an evaluation circuit ( 100 ) for the difference signal of the two sensor electrodes ( 101 , 201 ), which has at least one electrical switch ( 80 ), for example a transistor, controls a thyristor or a relay, characterized in that the two sensor electrodes ( 101 , 102 ) are arranged in such a way that one of the sensor electrodes ( 101 , 102 ) projects outwards from the other. 2. Näherungsschalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Sensorelektroden (101, 201) mit einer Wechsel­ spannung (U0) beaufschlagt sind.2. Proximity switch according to claim 1, characterized in that the sensor electrodes ( 101 , 201 ) with an alternating voltage (U 0 ) are applied. 3. Näherungsschalter nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn­ zeichnet, dass die Verstärker (104, 105) zur Elimination von Störkapazitäten einen Verstärkungsfaktor von größer als 1 aufweisen. 3. Proximity switch according to claim 1 or 2, characterized in that the amplifiers ( 104 , 105 ) have a gain factor of greater than 1 to eliminate interference capacitances. 4. Näherungsschalter nach einem der Ansprüche 1 bis 3, da­ durch gekennzeichnet, dass die Auswerteschaltung (100) die Amplitudenänderung der Sensorsignale bei Annäherung eines Gegenstandes auswertet.4. Proximity switch according to one of claims 1 to 3, characterized in that the evaluation circuit ( 100 ) evaluates the change in amplitude of the sensor signals when an object approaches. 5. Näherungsschalter nach einem der Ansprüche 1 bis 4, da­ durch gekennzeichnet, dass eine mit Abstand zu einer der Sensorelektroden (101, 201), vorzugsweise der weiter nach außen vorstehenden (101) angeordnete Überwachungselektro­ de (106) vorgesehen ist, die über einen Schalter (107) mit einer Gleichspannungsquelle (U1) verbunden ist, wobei der Schalter (107) ein Rechtecksignal mit einer sehr viel niedrigeren Frequenz (f1) erzeugt, die vorzugsweise deut­ lich niedriger ist als die Frequenz (f0) der an den Sensor­ elektroden (101, 201) anliegenden Wechselspannung (U0).5. Proximity switch according to one of claims 1 to 4, characterized in that a distance from one of the sensor electrodes ( 101 , 201 ), preferably the further outwardly projecting ( 101 ) arranged monitoring electrode de ( 106 ) is provided, which via a Switch ( 107 ) is connected to a DC voltage source (U 1 ), the switch ( 107 ) generating a square wave signal with a much lower frequency (f 1 ), which is preferably significantly lower than the frequency (f 0 ) of the at Sensor electrodes ( 101 , 201 ) AC voltage (U 0 ). 6. Näherungsschalter nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Abstand der Überwachungselektrode (106) zu der Sensorelektrode (101, 201) und die Fläche der Überwa­ chungselektrode (106) entsprechend dem Mindestabstand, den ein Gegenstand zum durch den Näherungsschalter überwachten Objekt einhalten muss, gewählt ist.6. Proximity switch according to claim 5, characterized in that the distance of the monitoring electrode ( 106 ) to the sensor electrode ( 101 , 201 ) and the area of the monitoring electrode ( 106 ) according to the minimum distance that an object must keep from the object monitored by the proximity switch is selected. 7. Näherungsschalter nach einem der Ansprüche 1 bis 6, da­ durch gekennzeichnet, dass Blindsensoren zur Erkennung von Störsignalen mit einer Frequenz (f1), die derjenigen des Rechtecksignals an der Überwachungselektrode (106) ent­ spricht, vorgesehen sind.7. Proximity switch according to one of claims 1 to 6, characterized in that blind sensors are provided for detecting interference signals with a frequency (f 1 ) corresponding to that of the square-wave signal on the monitoring electrode ( 106 ). 8. Näherungsschalter nach einem der Ansprüche 1 bis 7, da­ durch gekennzeichnet, dass die Auswerteschaltung (100) eine Vorrichtung (20) zur Invertierung jeder zweiten Halb­ welle des Differenzsignals der Sensorelektroden (101, 201) aufweist, dessen Ausgangssignal den elektrischen Schal­ ter (80) ansteuert. 8. Proximity switch according to one of claims 1 to 7, characterized in that the evaluation circuit ( 100 ) has a device ( 20 ) for inverting every second half-wave of the differential signal of the sensor electrodes ( 101 , 201 ), the output signal of the electrical switch ter ( 80 ) controls. 9. Näherungsschalter nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass am Ausgang der Invertiervorrichtung (20) ein Serien­ schwingkreis (40, 50) mit einer der Frequenz (f1) des Rechteckimpulssignals entsprechenden Resonanzfrequenz und ein weiterer Schalter (60) angeordnet ist.9. Proximity switch according to claim 8, characterized in that a series resonant circuit ( 40 , 50 ) with a resonance frequency corresponding to the frequency (f 1 ) of the rectangular pulse signal and a further switch ( 60 ) is arranged at the output of the inverting device ( 20 ). 10. Näherungsschalter nach einem der Ansprüche 1 bis 9, da­ durch gekennzeichnet, dass an einem Körper, dessen Annähe­ rung nicht sensiert werden soll, oder in seiner Nähe eine Elektrode angeordnet ist, die mit der gleichen Wechsel­ spannung (U0) beaufschlagt ist, wie die Sensorelektro­ den (101, 201).10. Proximity switch according to one of claims 1 to 9, characterized in that an electrode is arranged on a body whose approach should not be sensed, or in its vicinity an electrode which is acted upon by the same alternating voltage (U 0 ), like the sensor electrodes ( 101 , 201 ).
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