DE1513058C - Elektronischer Annäherungsschalter - Google Patents

Description

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Elektronische Annäherungsschalter als kontaktlose gedämpft wird, einen vorgebbaren Schwellwert aber Befehlsgeber erlauben es, beim Auftreten oder Ver- nicht unterschreitet. Bei eineni solchen Annäherungsändern einer äußeren Zustandsgröße, die von dem schalter besteht die Erfindung darin, daß Signal-Geber überwacht wird, am Ausgang des Gebers Signal- formungs- und Überwachungsschaltmittel vorgesehen spannungen abzunehmen, die an signalverarbeitende, 5 sind, die bei fehlender oder unterschwelliger Schwinkontaktlose Steuerorgane weitergegeben werden können. gungsamplitude eine Schaltmaßnahme zur Unter-

Es sind Befehlsgeber bekannt, die bei Annäherung drückung des Ausgangssignals des Annäherungsbzw, bei Durchgang von metallischen Körpern oder schalters auslösen.

Marken an bzw. durch ihren Abfragebereich ausgangs- Die Erfindung sei nachstehend an Hand eines Ausseitig über einen Schwingungserzeuger vorzugsweise io führungsbeispiels näher erläutert,
hochfrequente Impulsspannungen abgeben. Dabei ist · Die in der Figur veranschaulichte Schaltung gliedert die Einstellung des /Hochfrequenzgenerators in^! der , sich in drei Teile I, II und III. Der Schaltungsteil I Regel so vorgenommen, daß bei Durchgang einer umfaßt den Transistoroszillator-Befehlsgeber mit dem metallischen Marke durch den Abtastbereich bzw. Transistor T₁, dessen Emitter über den Emitter-Abfragebereich des Gebers eine Unterbrechung der 15 widerstand R₁ mit dem Bezugspotential M verbunden Schwingungserzeugung eintritt, wogegen beim Ab- ist. Mit M ist hierbei der Mittelpunkt einer Gleichfragen, z. B. der Zwischenräume zwischen zwei me- Spannungsquelle bezeichnet, deren positiver Pol P und tallischen Marken, eine Bedämpfung des Oszillator- deren negativer Pol N sei. Der Kollektor des Trankreises nicht eintritt und aüsgangsseitig praktisch sistors T₁ ist über die Wicklung W₁ eines Drei wicklungsungedämpfte Hochfrequenzwellenzüge abgegeben so Hochfrequenztransformators T_r mit dem Betriebswerden, welche nach Gleichrichtung und gegebenen- potential P' verbunden. Das stabilisierte Betriebsfalls Begrenzung des Ausgangsgleichstromsignals nach- potential P' wird durch Abgriff an einer Zenerdiode Z folgende Steuerorgane beeinflussen. Die Ausgangs- bereitgestellt, welche zwischen den Potentialklemmen P gleichstromsignale vermitteln demnach eine söge- und M der Gleichstromversorgung liegt, wie später nannte Ja-Nein-Aussage, je nachdem, ob metallische 35 noch erläutert wird. Parallel zur Wicklung W₁ ist der Körper oder Marken den Abfragebereich des Gebers Kondensator C₁ geschaltet; er. bildet in Verbindung durchsetzen oder nicht. mit der Wicklung W₁ den " frequenzbestimmenden

Es ist weiter ein elektronischer Annäherungsschalter Schwingkreis der Oszillatorschaltung. Die Basis des mit einem Schwingungskreis bekannt, bei dem zwi- Transistors T₁ ist über die Wicklung W₃ des Hochschen der Abstimmspule und der Rückkopplungsspule 30 frequenztransformators T_r an den Verbindungspunkt des Schwingungskreises ein Eisenblech hoher Per- zweier in Reihe geschalteter Widerstände R₃ und R₃ meabilität eingefügt ist, welches den Schwingungskreis angeschlossen, die mit ihren freien Enden einerseits bedämpft; durch Heranführen eines Magnetfeldes am Betriebspotential P' und andererseits am Bezugskann die Dämpfung entsprechend dem Abstand des potential M liegen; sie bilden einen Spannungsteiler Magnetkreises unterschiedlich verändert werden, und 35 zur Festlegung der Vorspannung für die Transistordie durch die Dämpfung hervorgerufene Amplituden- basis. Dem Spannungsteilerwiderstand R₃ sollte ein änderung der Schwingungen kann gegebenenfalls unter Kondensator C₂ parallel geschaltet sein. Die AusZwischenschaltung eines Verstärkers zu Anzeige- kopplung der erzeugten Hochfrequenzspannungen zwecken oder zu Schaltungsvorgängen verwendet erfolgt über die Wicklung W₃ des Hochfrequenzwerden. Der bekannte Annäherungsschalter enthält 40 transformators 7>. Diese Wicklung liegt einseitig auf einen Transistoroszillator, wobei dessen Transistor Bezugspotential M und führt andererseits zur Aus-— wie allgemein üblich¹— aus einer Gleichstrom- gangsklemme Ä. Die im Schaltungsteil I veranschauversorgungsquelle gespeist wird. Fehlen diese Ver- lichte und vorstehend beschriebene Schaltung kann, sorgungsspannungen, z. B. durch Abbrechen von Zu- in einem Tastkopf angeordnet sein, in dessen Innern leitungen, oder wird die die Signalspannungen füh- 45 der Hochfrequenztransformator T_T möglichst in der rende Ausgangssteuerleitung defekt, so können Steuer- Nähe der vorderen Frontabschlußfläche angeomdet signale vorgetäuscht werden, die unbeabsichtigt die sein sollte. Nach Anlegen der Stromversorgung an die angeschlossenen Schalt- oder Steuermittel falsch an- Anschlußklemmen M und P' sind dem Ausgang A' steuern. Handelt es sich bei solchen Schalt- und, ungedämpfte Hochfrequenzschwingungen entnehmbar, SteuermittelnumMaschinensteuerorgane.dannkönnten 50 die aber eine Dämpfung (Amplitudenabsenkung) erdie Maschine einerseits und das Bedienungspersonal fahren, sobald ein Metallkörper an die vordere Frontder Maschine andererseits gefährdende Maschinen- '■ abschlußfläche des Tastkopfes angenähert wird.
Steuerungsabläufe eintreten. Es ist daher erforderlich _ Ein Transistoroszillator der beschriebenen Art kann und Aufgabe der vorliegenden Erfindung, das Betriebs-'%£. über ein ^dreiadriges Kabel mit der nachfolgenden verhalten solcher Annäherungsschalter fortlaufend zu Ϊ53 Steuer- und Überwachungsschaltung verbunden sein, überwachen und ^; bei ^; Betriebsstörungen der -vor- μ Der Schaltungsteil ΙΪ umfaßt die Steuer- bzw. Signalerwähnten Art am Ausgang ■'des -Annanerungs-¹ fonnungsschaltung und erlaubt es,* aus den gedämpften schalters nur solche "Signalspannungen zu erzeugen, bzw. ungedämpften Hochfrequenzschwingungen steudie den nachgeschalteten mechanischen oder elek- ersystemgerechte Gleichstromsignalspannungen abtronischen Steuerorganen keine betriebsgefährdenden 60 zuleiten. Der Schaltungsteil III gewährleistet eine Befehle zuleiten können. Überwachung der anfallenden Hochfrequenzschwin-

Zur Lösung dieser Aufgabe betrifft die Erfindung gungen, welche — wie eingangs angedeutet — bei demgemäß einen elektronischen Annäherungsschalter, Betriebsstörungen des Transistoroszillators, z. B. durch der sowohl bei Annäherung als auch bei Entfernung Zuleitungsdrahtbruch .oder Bauelementausfall, nicht eines metallischen Gegenstandes über einen Schwin- 65 mehr oder nur ungenügend entfacht werden. .
gungserzeuger vorzugsweise hochfrequente Schwin- Im Schaltungsteil II gelangen die vom Ausgang A' gungen abgibt, deren Amplitude mit zunehmender der Oszillatorschaltung I abgeleiteten Hochfrequenz-Annäherung des Gegenstandes an den Schwingkreis spannungen über den Trennkondensator C₃ zum

Gleichrichter G₁ and dem Kondensator C₄, derart, daß am Punkt B eine negative Gleichspannung gegen M ansteht (Gleichrichter in Spannungsverdoppelungs-' schaltung). Der Punkt B liegt überdies über den Widerstand Ri am Potential P' der Betriebsstromversorgung. Schließlich ist der Punkt B noch über den Trimmwiderstand A₅ mit der Basis des Transistors T₂ verbunden, dessen Emitter auf Bezugspotential M und dessen Kollektor über den Kollektorwiderstand R₉ ebenfalls an die Potentialklemme P' angeschlossen ist, wobei der Widerstand .R₇ als Strombegrenzungswiderstand für die ZenerdiodeZ dient. Die Widerstände sind in ihrer Größe so eingestellt, daß an der Basis des Transistors T₂, der wie alle veranschaulichten Transistoren ein npn-Transistor ist, bei ungedämpften Hochfrequenzschwingungen im Schalturigsteil I eine hinreichend große (negative) Sperrspannung anliegt, die den TransistorT₂ gesperrt hält. Werden dagegen vom Transistoroszillator im Schaltungsteil I gedämpfte Höchfrequenzschwingungen abgegeben, so ist auch die Spannung hinter/dem Gleichrichter G₁ am Punkt B wesentlich kleiner, so daß die Transistorbasis gegenüber dem Bezugspotential M positiver wird, was ein Durchsteuern des Transistors T₂ zur Folge hat. Der Kollektor des Transistors T₂ ist mit der Basis des Transistors T₃ verbunden, dessen Emitter auf Bezugs-, potential M und dessen Kollektor über den Kollektorwiderstand R₈ an der positiven Stromversorgungsklemme P liegt. Der Kollektor des Transistors T₃ ist überdies über den Kontakt d mit dem Ausgang A verbindbar.

Die Hochfrequenzspannungen vom Ausgang A' des Schaltungsteiles I gelangen auch über den Kondensator C₅ zur Überwachungsschaltung, die mit III bezeichnet ist. Die über den Kondensator C₅ zugeführten Hochfrequenzspannungen werden über die Tran- sistoren T₄, T₅ und T₉ verstärkt und über den Kondensator C₆ einer Gleichrichterbrücke G zugeführt, deren zweiter Eingang mit der Klemme P der Stromversorgung verbunden ist. Die durch die Gleichrichter- brücke G gleichgerichtete hochfrequente Wechselspannung speist das Relais D, dem der Glättungskondensator C₇ parallel geschaltet ist. Erzeugt der Transistoroszillator im Schaltungsteil I gedämpfte oder ungedämpfte Hochfrequenzschwingungen, so ist die über den Kondensator C₅ dem Schaltverstärker im Schaltungsteil HI zugeführte hochfrequente Wechselspannung hinreichend überschwellig, was eine Durchsteuerung des Verstärkers und eine Erregung des Relais D zur Folge hat. Entstehen bei Drahtbruch oder sonstigen Fehlern im Oszillatorteil am Ausgang A dagegen keine Hochfrequenzschwingungen oder sind liese unterschwellig, so werden über den Kondensator C₅ auch keine oder nur unterschwellige hochrequente Wechselspannungen dem Eingang des Veritärkers zugeführt. Die Folge ist, daß am Ausgang der Gleichrichterbrücke G die Gleichspannung verichwindet und das Relais D entregt wird.

Die Speisespannung für die Transistoren T₄ und T₅ ies Schaltverstärkers ist ebenso stabilisiert wie die Speisespannung des Transistors T₂ des Gleichstrom-'erstärkers;. demzufolge liegen die Kollektoren der Transistoren T₄ und T₅ über nicht näher bezeichnete Collektorwiderstände am Potential P', das an der 'enerdiode Z abgegriffen wird, die einerseits auf tezugspotential M und andererseits über den Vor-/iderstand R₇ an der positiven Klemme P der Verorgungsquelle liegt. Zur weiteren Stabilisierung des Betriebsverhaltens des Schaltverstärkers im Schaltungsteil HI hat es sich als zweckmäßig erwiesen, den Emitter des Transistors T₄, an den Spannungsteiler Sp anzuschließen, dessen Enden einerseits an der Klemme P' und andererseits an der Potentialklemme N liegt. Die Basis des Transistors 2"₄ ist "zur Einstellung des Arbeitspunktes über Widerstände R₉ und R₁₀ sowie die Diode D₁ mit'dem Bezugspotential M verbunden, an das auch die Emitter der Transistoren T₅ und T₆ angeschlossen sind.

Der Arbeitskontakt des Relais D ist in die Ausgangsleitung des Befehlsgebers zwischen den Kollektor des Transistors T₃ und" die Ausgangsklemme A geschaltet. Wie schon erläutert, wird das Relais D entregt, sobald durch fehlerhafte Betriebsweise im Transistoroszillator keine Hochfrequenzschwingungen mehr erzeugt werden. Dabei öffnet der Kontakt d, und die Klemme A wird potentialfrei. Eine an diesen Ausgang angeschlossene; nachgeschaltete Steuerung kann demnach keine falschen Signale verarbeiten. Ist das Relais D aber erregt und liegt somit ein ordnungsgemäßes Betriebsverhalten des Transistoroszillators vor, so ist der Kontakt*/ geschlossen, und der.Kollektor des Transistors T₃ ist zur Ausgangsklemme durchgeschaltet. Der Ausgang A kann somit zwei verschiedene Signalzustände führen, je nachdem, ob im Transistoroszillator gedämpfte oder ungedämpfte hochfrequente Schwingungen erzeugt werden. Bei Erzeugung ungedämpfter Hochfrequenzschwingungen ist der Transistor T₂ — wie zuvor erläutert wurde — gesperrt, der Transistor T₃ dagegen geöffnet. Der Ausgang A führte dann eine Signalspannung, die dem M-Potential entspricht. In der kontaktlosen Steuertechnik wird dieses Signal als »!.«-Signal bezeichnet. Werden dagegen vom Transistoroszillatoi· gedämpfte Schwingungen abgegeben, so kommt positives Steuerpotential am Transistor T₂ zur Wirkung, so daß dieser durchgesteuert wird. Sein Kollektor führt dann Af-Potential, das auch an der Basis des Transistors T₃ anliegt. Die Folge davon ist, daß der Transistor T₃ gesperrt wird und somit sein Kollektor bzw. der Ausgang A P-Potential, d. h. Nullsignal führt.

Claims (2)

Patentansprüche:

1. Elektronischer Annäherungsschalter, der sowohl bei Annäherung als auch bei Entfernung eines metallischen Gegenstandes über einen Schwingungserzeuger vorzugsweise hochfrequente Schwingungen abgibt, deren Amplitude mit zunehmender Annäherung des Gegenstandes an den Schwingkreis gedämpft wird, einen vorgebbaren Schwellwert aber nicht unterschreitet, dadurch gekennzeichnet, daß Signalformungs- und Uberwachungsschaltmittel (II, III) vorgesehen sind, die bei fehlender oder unterschwelliger. Schwingungsamplitude eine Schaltmaßnahme zur Unter/ drückung des Ausgangssignals des Annäherungsschalters auslösen.

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2. Annäherungsschalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Wechselspannungen des Schwingungserzeugers (I) einerseits nach Gleichrichtung über einen Verstärker (II) mit vorgebbarer Ansprechschwelle dem Schalterausgang (A) und andererseits über einen weiteren (Schalt-) Verstärker (III) einer Gleichrichterbrücke (G) zuge-. führt werden, in deren Nullzweig ein Relais (D) geschaltet ist, dessen Arbeitskontakt (d) in den Ausgangskreis des Schalters eingefügt ist.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen