DE1287124B

DE1287124B - Daempfungsorgan fuer einen elektronischen Naeherungsschalter

Info

Publication number: DE1287124B
Application number: DE1967B0092721
Authority: DE
Inventors: Dipl-Ing Richard; Schleupen
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 1967-05-26
Filing date: 1967-05-26
Publication date: 1969-01-16
Also published as: CH474145A; FR1565220A

Description

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,Die Erfindung betrifft ein Dämpfungsorgan für Ändern ihres Innenwiderstands an eine Spannungs-

einen elektronischen Näherungsschalter mit einem quelle anschließbar ist. Diese Anordnung ist sehr

Oszillator, dessen Schwingverhalten durch Heran- preiswert und erfordert nur einen sehr geringen

führen dieses Dämpfungsorgans an einen induktiven Raum. Auch arbeitet sie kontaktlos und daher wenig

Rückkopplungskreis des Oszillators beeinflußbar ist, 5 störanfällig.

wobei das Dämpfungsorgan die Schwingungen des Weitere Einzelheiten und vorteilhafte Weiter-

Oszillators dämpft und dadurch einen Schaltvorgang bildungen der Erfindung ergeben sich aus den im

auslöst. folgenden beschriebenen und in der Zeichnung dar-

Derartige Näherungsschalter, die oft auch als gestellten Ausführungsbeispielen. Es zeigt

berührungslose Endschalter bezeichnet werden, fin- ίο F i g. 1 die Schaltung einer elektronischen Schalt-

den auf vielen Gebieten Verwendung, z. B. als End- einrichtung,

Schalter bei Werkzeugmaschinen oder bei Stapel- Fig. 2 ein erstes Ausführungsbeispiel eines

einrichtungen. Bei letzteren besteht z. B. die Aufgabe, Dämpfungsorgans mit elektrisch einstellbaren Dämp-

mit einer Hubvorrichtung eine Kiste mit Waren in fungseigenschaften,

einem bestimmten Fach eines Regals zu lagern. Ist 15 F i g. 3 ein zweites Ausführungsbeispiel eines dieses Fach frei, dann hält die Hubvorrichtung bei elektrisch steuerbaren Dämpfungsorgans und
diesem Fach an, wobei der elektronische Näherungs- Fig. 4 ein drittes Ausführungsbeispiel eines schalter bei Annäherung an dieses Fach berührungs- elektrisch steuerbaren Dämpfungsorgans,
los den Haltebefehl erteilt. Ist dagegen das Fach Die Schalteinrichtung nach F i g. 1 weist drei Transchon durch eine andere Kiste besetzt, so darf die so sistoren 10,13 und 14 auf, die in einem gemeinsamen Hubvorrichtung dort nicht halten, sondern soll z. B. Gehäuse 9 untergebracht sind, dessen Form aus den zum nächsten freien Fach weiterfahren. In diesem F i g. 2 bis 4 hervorgeht. Der npn-Transistor 10 bildet Fall darf also der Näherungsschalter kein Haltesignal zusammen mit den Spulen 11, 12 einen Oszillator; abgeben, wenn sich die Hubvorrichtung nähert. der pnp-Transistor 13 bildet einen Wechselspan-

Das gleiche Problem tritt auch bei anderen Ein- 25 nungs-Schwellwertverstärker, und der npn-Leistungsrichtungen auf, z. B. bei einer Werkzeugmaschine, transistor 14 dient zum Aussteuern eines Relais 15, bei der verschiedene Hübe mit Hilfe eines solchen zu dem eine Löschdiode 16 parallel geschaltet ist.
Näherungsschalters eingestellt werden sollen. Man Von einer nicht gezeigten Spannungsquelle wird kann z.B. diesenNäherungsschalter auf dem Schlitten die Schalteinrichtung mit einer Gleichspannung von einer Drehbank anordnen, während auf dem Bett der 30 z. B. 12 V versorgt. Zum Anschluß an diese Span-Drehbank an verschiedenen Stellen Dämpfungsorgane nungsquelle dienen eine Plusleitung 17 und eine fest angeordnet sind, die mit dieser Schalteinrichtung Minusleitung 18. Der Emitter des Transistors 14 ist zusammenarbeiten. Dabei soll von diesen Dämpfungs- direkt, der Emitter des Transistors 10 über einen organen jeweils nur ein einziges — entsprechend der Widerstand 21 mit der Minusleitiing 18 verbunden,
gewünschten Endlage des Drehbankschlittens — die 35 Die Spule 11 enthält einen Ferritkern 19 und die Schalteinrichtung zum Ansprechen bringen. Spule 12 einen Ferritkern 20, die auf einer Achse

Es ist also Aufgabe der Erfindung, ein solches liegen, wie das die F i g. 1 bis 4 zeigen.

Dämpfungsorgan zu schaffen, dessen Einwirkung auf Die Spule 12 dient als Rückkopplungsspule des

einen Näherungsschalter der genannten Art einstell- Oszillators und ist mit ihrem einen Ende an die Basis

bar ist. 40 des Transistors 10 angeschlossen und mit ihrem

Nach der Erfindung wird dies bei einem eingangs anderen Ende einerseits über einen Widerstand 22 genannten Dämpfungsorgan dadurch erreicht, daß es mit einem Punkt 23 konstanten Potentials, anderereine Spule aufweist, deren Dämpfungseigenschaften seits über einen Kondensator 24 mit dem Abgriff 25 umschaltbar sind. Wirkt die Spule stark dämpfend, eines Potentiometers 26 verbunden, das am Ausgang so schaltet sie bei ihrer Annäherung den Oszillator 45 des Transistors 13 liegt, der als Wechselspannungsdes Näherungsschalters aus oder bedämpft ihn jeden- Schwellwertverstärker dient. An diesem Potentiof alls sehr stark. Wirkt die Spule dagegen nur schwach meter 26 liegt im Betrieb eine Spannung, die mit «₂ dämpfend, so schwingt der Oszillator bei ihrer An- bezeichnet ist.

näherung weiter. Je nach ihrem Schaltzustand be- Zwischen der Plusleitung 17 und dem Punkt 23

wirkt die Spule also im einen Fall, daß ein Schalt- so liegt ein Widerstand 27, zwischen dem Punkt 23 und

Vorgang ausgelöst wird, im andern Fall dagegen der Minusleitung 18 ein Widerstand 28 und parallel

nicht. zu diesem ein Kondensator 29.

Grundsätzlich können bei einer Spule die Der Kollektor des Transistors, 10„ist über einen

Dämpfungseigenschaften auf verschiedene Arten Widerstand 32 mit der Basis des Transistors 13 und

eingestellt werden. Jedoch hat sich in der Praxis eine. 55 mit dem einen Anschluß eines Parallelschwingungs-

elektrische Einstellung als besonders vorteilhaft und kreises verbunden, der aus der. Spule 11 und einem

leicht durchführbar erwiesen. Kondensator 33 besteht und mit seinem anderen An-

Ein besonders einfaches und leicht herzustellendes Schluß an der Plusleitung 17 liegt. Die Spannung am Dämpfungsorgan erhält man dadurch, daß ein Be- Schwingkreis 11, 33 ist mit U₁ bezeichnet. — Der lastungswiderstand vorgesehen ist, der zum Ver- 60 Kondensator 33 hat ein Dielektrikum aus Glimmer größern der Dämpfung parallel zur Spule schaltbar oder Styroflex, dessen Verlustwinkel tg(5 temperaturist. Dabei bildet man den Belastungswiderstand mit unabhängig ist.

Vorteil als steuerbares Halbleiterelement aus. Eine Die Spulen 11 und 12 mit ihren Ferritkernen 19,

sehr einfache und wirkungsvolle Anordnung erhält 20 sind miteinander gekoppelt, wie das F i g. 2 be-

man nach einem bevorzugten Merkmal der Erfindung 65 sonders deutlich zeigt. Durch Annähern eines strom-

dadurch, daß das Halbleiterelement eine Diode ist, leitenden Gegenstands kann diese Kopplung ver-

die bei den in der Spule induzierten Spannungen im ringert werden, und zwar durch Dämpfung des

wesentlichen gesperrt ist, und daß die Diode zum Schwingkreises 11, 33 oder durch Kopplungsände-

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rung, verursacht durch Feldverdrängung. Falls die einem Anschluß 49 verbunden, der zur Steuerung des

Rückkopplung zwischen den Spulen 11 und 12 ge- Transistors 45 dient. Dieser Transistor wird hier als

nügend klein bemessen ist, kann durch diese Dämp- Schalter verwendet.

fung die Rückkopplung so weit reduziert werden, Ist der Anschluß 49 mit der Minusleitung 18 ver-

daß die Schwingbedingung des Oszillators nicht mehr 5 bunden, so ist der Transistor 45 gesperrt. Durch die

erfüllt ist und dieser zu schwingen aufhört oder daß Spule 43 wird dann dem Rückkopplungskreis zwi-

sich seine Schwingamplitude auf einen zweiten, sehen den Spulen 11 und 12 nur eine ganz geringe

niedrigeren Wert einstellt. Leistung entzogen, da der Ausgangsleitwert klein ist,

Der Emitter des Transistors 13 ist an den Verbin- so daß der Oszillator 10, 11, 13 weiterhin mit voller

dungspunkt von zwei Widerständen 35, 36 ange- io Amplitude schwingt und das Relais 15 angezogen

schlossen, die in Reihe miteinander zwischen Pluslei- bleibt.

tungl7 und Minusleitung 18 liegen. Das Potentio- Wird dagegen der Transistor 45 bis in die Sättigung

meter 26 liegt mit seinem einen Anschluß am Kollek- durchgesteuert, so daß ein großer Ausgangsleitwert

tor des Transistors 13, mit seinem anderen Anschluß vorhanden ist, z. B. durch Verbinden des Anschlusses

an einem Anschluß/4, der seinerseits über einen Sieb- 15 49 mit der Plusleitung 17, dann wird die Spule 43

kondensator 37 mit der Plusleitung 17 und über zwei über die Kollektor-Emitter-Strecke des Transistors

in Serie geschaltete Widerstände 38, 39 mit der Mi- 45 und den Kondensator 46 kurzgeschlossen. Sie

nusleitung 18 verbunden ist. An dem Verbindungs- entzieht nunmehr dem Rückkopplungskreis zwischen

punkt dieser Widerstände ist die Basis des Leistungs- den Spulen 11 und 12 Energie und dämpft dadurch die

transistors 14 angeschlossen. Der Kollektor dieses so Amplitude U₁ des Oszillators 10, 11, 33 so stark, daß

Transistors ist über einen Anschluß A' mit der Anode der Transistor 13 dauernd gesperrt bleibt, weil sein

der Löschdiode 16 sowie dem einen Anschluß des Emitter stets negativer ist als seine Basis. Obwohl

Relais 15 verbunden und ist über einen Widerstand also der Oszillator 10, 11, 33 noch schwingen kann,

42 an die Plusleitung 17 angeschlossen, an der auch fließt über die Widerstände 26, 38, 39 kein Strom

die Kathode der Löschdiode 16 sowie der andere as mehr, und der Transistor 14 sowie das Relais 15 blei-

Anschluß des Relais 15 liegen. ben gesperrt. Der zweite Rückkopplungskreis über

Die Schalteinrichtung nach F i g. 1 arbeitet wie den Transistor 13, das Potentiometer 26 und den

folgt: Die Spulen 11 und 12 sind, wie das die Fig. 2 Kondensator 24 überträgt dann keine Rückkopp-

bis 4 zeigen, durch einen Luftspalt voneinander ge- lungsimpulse mehr, ist also nicht wirksam,

trennt, in den ein Dämpfungsorgan, z. B. ein Stück 30 Durch Ein- oder Ausschalten des Transistors 45

Blech, eingeführt werden kann. kann man also bei dem Dämpfungsorgan nach F i g. 2

Befindet sich kein solches Dämpfungsorgan zwi- in einfacher Weise bestimmen, ob die Spule 43 durch

sehen den Spulen 11, 12, so wirken sie als Rück- Annähern an die Schalteinrichtung 9 deren Relais 15

kopplung, und der Oszillator 10,11, 33 schwingt mit abschaltet oder nicht.

einer Frequenz von z. B. 500 kHz und mit seiner 35 F i g. 3 zeigt eine ähnlich wirkende Schaltung, bei

größten Amplitude. Die Spannung M₁ am Schwing- der jedoch statt eines Transistors nur eine Diode

kreis 11, 33 ist dabei so groß, daß ihre negativen benötigt wird. Gleiche oder gleichwirkende Teile

Spannungsspitzen jeweils den Transistor 13 leitend werden in F i g. 3 mit den gleichen Bezugszeichen

steuern, weil sie den Schwellwert dieses Transistors bezeichnet wie in den F i g. 1 und 2.

überschreiten, der durch seine Emittervorspannung 40 Der eine Anschluß der Spule 43 (etwa 100 Win-

gegeben ist. Diese Emittervorspannung wird durch düngen) ist hier mit der einen Elektrode eines Kon-

die Widerstände 35, 36 bestimmt. densators 52 von z. B. 0,47 μΡ und, über einen Wi-

Jedesmal, wenn der Transistor 13 leitet, entsteht derstand53, mit dem Anschluß 49 verbunden, der

am Potentiometer 26 ein Spannungsimpuls M₂, der zur Steuerung dient.

über den Kondensator 24 im Sinne einer positiven 45 Der andere Anschluß der Spule 43 ist mit der

Rückkopplung zum Oszillatortransistor 10 zurückge- Anode einer Halbleiterdiode 54 verbunden, deren

führt wird. Der Transistor 13 wirkt also zusammen Kathode mit der anderen Elektrode des Kondensa-

mit dem Potentiometer 26 und dem Kondensator 24 tors 52 verbunden ist und über einen Widerstand 55

als zweiter Rückkopplungskreis. mit der Plusleitung 17 und über einen Widerstand 56

Am Kondensator 37 entsteht hierbei eine wellige 50 mit der Minusleitung 18 in Verbindung steht.

Gleichspannung, die den Transistor 14 leitend steuert, Das Dämpfungsorgan nach Fig. 3 arbeitet wie

so daß das Relais 15 anzieht. Die Widerstände 38, 39 folgt: Solange an dem Anschluß 49 0 V gegenüber

vermindern die Eingangsempfindlichkeit des Tran- der Minusleitung 18 liegen, arbeitet die Diode 54 im

sistors 14. Sperrbereich, in dem sie einen hohen Innenwiderstand

F i g. 2 zeigt ein Dämpfungsorgan, mit dem die 55 hat. Da die in der Spule 43 induzierte Spannung nur

Schalteinrichtung nach Fig. 1, die in Fig. 2 durch einige Millivolt beträgt, arbeitet die Diode54 in die*

das Gehäuse 9 angedeutet ist, beeinflußt werden kann. sem Fall ständig in ihrem Sperrbereich und entzieht

Eine Spule 43, die in den Raum zwischen die bei- dem Rückkopplungskreis zwischen den Spulen 11

den Spulen 11 und 12 gebracht werden kann, ist mit und 12 nur eine sehr geringe Leistung, so daß das

ihrem einen Anschluß über einen Widerstand 44 mit 60 Relais 15 eingeschaltet bleibt.

der Plusleitung 17 verbunden, während ihr anderer Wird dagegen an den Anschluß 49 eine Spannung Anschluß an den Kollektor eines npn-Transistors 45 gelegt, die so groß ist, daß die Anode der Diode 54 angeschlossen ist, dessen Emitter an der Minusleitung z. B. um 1 V positiver ist als ihre Kathode, so wird 18 liegt und mit der einen Elektrode eines Konden- die Diode 54 stark stromleitend und hat nur noch sators 46 verbunden ist, dessen andere Elektrode am 65 einen kleinen Innenwiderstand. Sie wirkt dann, zueinen Anschluß der Spule 43 liegt. — Die Basis des sammen mit dem Kondensator 52, als Kurzschluß für Transistors 45 ist über einen Widerstand 47 mit der die Spule 43, so daß letztere dem Rückkopplungs-Minusleitung 18 und über einen Widerstand 48 mit kreis zwischen den Spulen 11 und 12 viel Leistung

entzieht. Dadurch wird, wie oben bei F i g. 2 beschrieben, das Relais 15 abgeschaltet.

Bei der Anordnung nach Fig. 4 ist die Spule 43 fest mit einem Dämpfungswiderstand 57 verbunden, so daß sie bei Annäherung an die Spulen 11,12 dem Rückkopplungskreis stets Leistung entzieht. Die Spule 43 ist mit einem Ferritkern 58 versehen, der bei Annäherung die Kopplung zwischen den Spulen 11 und 12 verstärkt und damit die Rückkopplung erhöht. Durch diese verstärkte Rückkopplung wird dabei der Leistungsentzug über die Spule 43 und den Widerstand 57 ausgeglichen, so daß die Schalteinrichtung 9 bei Annäherung der Wicklung 43 und des Ferritkerns 58 nicht beeinflußt wird.

Der eine Anschluß der Spule 43 ist mit dem Minuspol einer Spannungsquelle 59, der andere Anschluß über eine Drossel 62, einen Widerstand 63 und einen Schalter 64 mit dem Pluspol der Spannungsquelle 53 verbunden.

. Wird der Schalter 64 geschlossen, so fließt über die »o Wicklung 43 ein Strom, der den Ferritkern 58 sättigt. Die zusätzliche Rückkopplung durch diesen Ferritkern fällt dadurch weg, und durch die dem Rückkopplungskreis entnommene Leistung wird, wie oben bei F i g. 2 beschrieben, das Relais 15 abgeschaltet. »5

Von den beschriebenen Dämpfungsorganen ist dasjenige nach F i g. 3 besonders vorteilhaft, weil es einfach aufgebaut ist und weil die Spule 43 bei ihm — ebenso wie bei der Anordnung nach F i g. 2 — sehr klein ausgeführt werden kann. Dies hat sich in der Praxis als sehr vorteilhaft erwiesen.

Die Anordnung nach F i g. 4 erfordert wegen des Eisenkerns 58 eine dickere Spule.

Die Schalteinrichtung nach F i g. 1 dient lediglich als Beispiel für eine elektronische Schalteinrichtung. Die Dämpfungsorgane nach den F i g. 2 bis 4 können selbstverständlich auch bei Schalteinrichtungen verwendet werden, die nur einen einzigen Rückkopplungskreis haben.

Im übrigen ist die Schalteinrichtung nach F i g. 1 besonders günstig, weil bei ihr der Oszillator auch dann weiterschwingt, wenn das Relais 15 ausgeschaltet ist. Diese Schalteinrichtung ändert beim Einschalten nur ihre Schwingungsamplitude von einem kleinen auf einen etwas größeren Wert. Dadurch erhält man sehr kurze Einschaltzeiten.

Selbstverständlich kann statt des in F i g. 2 gezeigten npn-Transistors bei Umpolung der Spannungsquelle auch ein pnp-Transistor verwendet werden.

Durch die erfindungsgemäßen Dämpfungsorgane wird es möglich, bei elektronischen Näherungsschaltern die Auslösung eines Schaltvorgangs durch einen zusätzlichen Parameter zu steuern. Während bei Annäherung eines bisher üblichen Dämpfungsorgans, das gewöhnlich als Blechfahne ausgebildet ist, ein Näherungsschalter in jedem Fall einen Schaltvorgang auslöst, wird es durch die erfindungsgemäßen Dämpfungsorgane möglich, die Auslösung des Schaltvorgangs zusätzlich durch ein elektronisches Signal kontaktlos zu beeinflussen. Vergleicht man eine erfindungsgemäße Anordnung mit einem herkömmlichen Endschalter, der durch Nocken gesteuert wird, so wirken die erfindungsgemäßen Dämpfungsorgane wie Nocken, die durch elektrische Signale kontaktlos ein- und ausgeschaltet werden können.

Claims

Patentansprüche:

1. Dämpfungsorgan für einen elektronischen Näherungsschalter mit einem Oszillator, dessen Schwingverhalten durch Heranführen dieses Dämpfungsorgans an einen induktiven Rückkopplungskreis des Oszillators beeinflußbar ist, wobei das Dämpfungsorgan die Schwingungen des Oszillators dämpft und dadurch einen Schaltvorgang auslöst, dadurch gekennzeichnet, daß das Dämpfungsorgan eine Spule (43) aufweist, deren Dämpfungseigenschaften umschaltbar sind.

2. Dämpfungsorgan nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Belastungswiderstand (45; 54) vorgesehen ist, der zum Vergrößern der Dämpfung parallel zur Spule (43) schaltbar ist.

3. Dämpfungsorgan nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß ein steuerbares Halbleiterelement (45; 54) als Belastungswiderstand parallel zur Spule (43) schaltbar ist.

4. Dämpfungsorgan nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Halbleiterelement ein Transistor (45) ist (F i g. 2).

5. Dämpfungsorgan nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Halbleiterelement eine Diode (54) ist, die bei den in der Spule (43) induzierten Spannungen im wesentlichen gesperrt ist, und daß die Diode zum Ändern ihres Innenwiderstands an eine Spannungsquelle anschließbar ist (Fig. 3).

6. Dämpfungsorgan nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Spule einen Eisenkern (58) enthält, der im ungesättigten Zustand eine zusätzliche Rückkopplung für den Oszillator (10, 11, 33) bildet, und daß Mittel zum Sättigen dieses Eisenkerns vorgesehen sind (Fig. 4).

7. Dämpfungsorgan nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Spule (43) an eine Spannungsquelle (59) anschließbar ist, um den Eisenkern (58) zu sättigen.

8. Verwendung eines Dämpfungsorgans nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche bei einem elektronischen Näherungsschalter (Fig. 1), dessen Oszillator zwei Rückkopplungen aufweist.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen