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Die Erfindung betrifft ein mit einem elektrischen Wechselfeld von
mehr als 1 kHz und vorzugsweise mehr als 10 kHz arbeitendes elektronisches Annäherungs-Schaltgerät
mit einem Schwingkreis, dessen Spulenfeld durch Annäherung leitender Gegenstände
in der Amplitude geändert wird, wobei die Induktivität des einem Oszillator angehörenden
Schwingkreises einen offenen Kern aufweist, dessen offene Seite in die Arbeitsrichtung
des Gerätes gerichtet ist, und wobei dem Schwingkreis ein Trigger zugeordnet ist.
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Bekannte Geräte dieser Art haben oft nicht die gewünschte Empfindlichkeit.
Um diese Empfindlichkeit zu steigern und damit der Oszillator sich bereits durch
geringfügige äußere Einflüsse in seinem Schwingungszustand verändern läßt, überschreitet
erfindungsgemäß der Rückkopplungsfaktor des Oszillators den Wert 1 um nicht mehr
als 20 % und vorteilhaft um nicht mehr als 5 %. Hierdurch wird erreicht, daß bei
gestörten Verhältnissen die Verluste im Oszillator so groß sind, daß dieser nicht
mehr schwingen kann. Dies bedeutet nicht nur eine Erhöhung der Empfindlichkeit,
sondern bewirkt außerdem, daß das Gerät bei einer Störung selbsttätig ein Signal
abgibt, so daß die Störung festgestellt werden kann.
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Vorteilhaft ist der Kollektor des letzten Trigger-Transistors über
einen Widerstand an die Basis des ersten Trigger-Transistors angeschlossen. Durch
diese Rückkopplung wird das Umkippen des Triggers erleichtert und ein ungewöhnlich
sicheres Arbeiten des Triggers ermöglicht. _IVie Schalt-Hysterese des Triggers kann
durch diesen zusätzlichen Rückkopplungskanal in weiten Grenzen verändert werden.
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In der Zeichnung sind vorteilhafte Ausführungsbeispiele für den Gegenstand
der Erfindung schematisch dargestellt. Es zeigt F i g. 1 ein Schaltbild, F i g.
2 eine Draufsicht auf die Spule, F i g. 3 ein schematisches Schaltbild der Spule,
F i g. 4 einen axialen Schnitt durch die Spule mit angedeutetem Topfkern, F i g.
5 eine Stirnansicht des Kunststoffkörpers, in den die Schaltung eingegossen ist,
sowie F i g. 6 eine Draufsicht auf diesen Kunststoffkörper.
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Die Schaltung gemäß F i g. 1 sowie die Raumformen gemäß F i g. 2,
4, 5 und 6 haben sich besonders bewährt.
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Die Schaltung liegt zwischen der zweckmäßig an Masse liegenden Leitung
Z und der an der negativen Speisespannung von beispielsweise 15 Volt liegenden Leitung
X. Ein Spannungsteiler aus den Widerständen R 1 und R 2 stellt den Arbeitspunkt
eines Oszillators ein. über eine Induktivität L 1 ist die Basis des ersten Transistors
T 1 mit diesem Spannungsteiler verbunden. Die Emitterspannung ergibt sich aus dem
Spannungsabfall an dem zwischen Emitter und Leitung Z liegenden Widerstand R 6,
jedoch ist eine temperaturabhängige Gruppe von Widerständen R 3, R 4, R 5 zwischen
Spannungsteilerpunkt und Emitter gelegt, wobei der Widerstand R 4 auf die Umgebungstemperatur
anspricht und die Temperaturabhängigkeit des Transistors T 1 ausgleicht. Der durch
R 1 und R 2 gegebene Spannungsteilerpunkt ist durch den Kondensator C 1 auf Massepotential
gelegt. Dem Widerstand R 6 kann ein Abgleichswiderstand R 7 parallel geschaltet
sein. Eine unterteilte Induktivität L 2, L 3 bildet zusammen mit einem Kondensator
C 2 den Schwingkreis, wobei eine Rückkopplung über die Induktivität L
1
an die Basis des ersten Transistors T 1 geht. Im übrigen liegt der Schwingkreis
über den Widerstand R 8
an der negativen Speiseleitung. Die Anzapfung b der
Induktivität L 2, L 3 liegt am Kollektor des ersten Transistors T
1. Der Rückkopplungsfaktor des gesamten Oszillators ist wenig größer als
1. Der für die Arbeit des überwachungsgerätes wesentliche Teil der nutzbaren Hochfrequenz
fließt über den Schwingkreis L 2, L 3, C 2 und einen Widerstand R B. Die
an R 8 abfallende hochfrequente Wechselspannung wird einer aus den Kondensatoren
C 3 und C 4 sowie den Dioden D 1 und D 2 bestehenden bekannten Spannungsverdopplerschaltung
zugeführt. An C 4 steht demnach eine Gleichspannung, die etwa doppelt so groß ist
wie die an R 8 abfallende Wechselspannung. Diese positive Gleichspannung wird der
Basis des zweiten Transistors T 2 zugeschaltet, wodurch dieser bei kräftig schwingendem
Oszillator gesperrt ist; über einen Widerstand R 9 ist die Basis des zweiten Transistors
T2 an negative Spannung gelegt, d. h., beim Fehlen einer Schwingung ist dieser Transistor
2
leitend. Die gleichgerichtete Wechselspannung sorgt dafür, daß die Basis
des Transistors T 2 bei schwingendem Oszillator positiv wird, so daß bei ungestörtem
Feld der zweite Transistor T 2 gesperrt ist.
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Die Basis des ersten Trigger-Transistors T3 ist mit dem Kollektor
des zweiten Transistors T 2 verbunden, wobei R 10 der Arbeitswiderstand des zweiten
Transistors T 2 ist. Hierdurch ergibt sich, daß im Ruhezustand, d. h. also bei schwingendem
Oszillator und gesperrtem zweitem Transistor T2, das Basispotential des ersten Trigger-Transistors
T 3 negativ ist und dieser somit leitend ist. Hierdurch ist der Widerstand des ersten
Trigger-Transistors T 3 gegenüber einem in seinem Kollektorstromkreis liegenden,
an die negative Leitung X angeschlossenen Kollektorwiderstand R 12 vernachlässigbar,
so daß die Kolfeltorspannung des ersten Trigger-Transistors T 3 praktisch der Spannungsteilerspannung
entspricht, die sich aus dem durch einen Widerstand R 12 und dem zwischen Emitter
und Masse liegenden Widerstand R 13 gebildeten Spannungsteiler ergibt. Ein nachgeschalteter
zweiter Trigger-Transistor T 4 ist mit seiner Basis über einen Spannungsteiler,
der aus den Widerständen R 14 und R 15 besteht, in bekannter Weise an den Kollektor
des zweiten Trigger-Transistors T 3 angeschlossen. Hieraus ergibt sich, daß bei
leitendem erstem Trigger-Transistor T3 das Basispotential des zweiten Trigger-Transistors
T 4 stets positiver ist als das Potential der unmittelbar miteinander verbundenen
Emittoren der Transistoren T 3 und T 4. Der Transistor
T 4 ist somit bei leitendem Transistor T 3
gesperrt. In diesem Zustand
steht zwischen den Klemmen Z und Y das Ausgangssignal' der Schaltanordnung zur Verfügung.
Der Arbeitswiderstand des Transistors T 4 ist mit R 16 bezeichnet.
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Wird der Oszillator durch Annäherung von Metallteilen bedämpft, so
wird das den zweiten Transistor T 2 sperrende positive Potential der Basis dieses
Transistors stetig geringer, und in diesen Transistor fließt über den Widerstand
R 9 zunehmend mehr Strom. In gleichem Maße wird die negative Kollektorspannung des
zweiten Transistors T2 ständig geringer, und damit sinkt die Basisspannung des ersten
Trigger-Transistors T3. Bei Unterschreiten eines bestimmten
Schwellwertes
wird der dritte Transistor T 3 gesperrt, und der vierte Transistor T 4 wird leitend.
Um ein möglichst schnelles Schalten zu erzielen, erfolgt die Kopplung zusätzlich
über einen dem Widerstand R 14 parallelgeschalteten Kondensator C 5. Bei leitendem
zweitem Trigger-Transistor T 4 entspricht das Ausgangssignal der Summe aus dem Spannungsabfall
am Emitterwiderstand R 13 und der Restspannung des vierten Transistors T4 und ist
somit relativ klein.
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Der Oszillator wird mit einer durch die Zenerdiode ZD 1 stabilisierten
Spannung betrieben. Der Widerstand R 11 dient zur Begrenzung des durch die Zenerdiode
ZD 1 fließenden Stromes.
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Erfindungsgemäß wird der Rückkopplungsmechanismus des Schmitt-Triggers,
der durch den Spannungsabfall an R 13 gegeben ist, durch eine zusätzliche Spannungsrückkopplung
unterstützt. Mittels des Widerstandes R 17 erfolgt eine Rückführung der Kollektorspannung
des Transistors T 4 zur Basis des Transistors T 3. Hierdurch läßt sich zudem die
Schalthysterese des Triggers in weiten Grenzen variieren.
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Die F i g. 2, 3 und 4 erläutern näher die Induktivitäten
L 1, L 2 und L 3. Zur Erleichterung des Verständnisses sind sowohl
in F i g. 1 als auch in F i g. 2, 3 und 4 die Anschlüsse mit den Buchstaben
a, b, c,
d, e bezeichnet. Beispielsweise haben die Induktivitäten
L 2 einhundertfünfundsiebzig, L 3 fünfundzwanzig und L 1 zehn
Windungen. Die Induktivitäten L 2
und L 3 sind als eine Einheit dargestellt,
die von a
bis c reicht und bei b angezapft ist. Die Induktivität L 1 ist davon
galvanisch getrennt, jedoch auf denselben Spulenkörper (Mittelschenkel eines einseitig
offenen Topfkernes) aufgewickelt, der in F i g. 2 in der Draufsicht und in F i g.
4 im axialen Schnitt dargestellt ist. F i g. 4 zeigt außerdem gestrichelt den axialen
Schnitt durch den Topfkern. Man erkennt, daß die Kraftlinien des Topfkernes sich
gemäß der Zeichnung nach oben ausbreiten müssen.
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Denkt man sich diesen Topfkern in dem gegossenen Kunststoffkörper
nach F i g. 5 und 6 so angeordnet, daß die offene Seite des Topfkernes dicht unter
der Stirnfläche gemäß F i g. 6 liegt, so muß die Annäherung eines elektrisch leitenden
Körpers den Oszillator dämpfen, wodurch sich die Schwingamplitude verringert, so
daß der Trigger betätigt wird und über die Signalleitung Y eine beliebige Schaltung
in Gang gesetzt werden kann.