DE1548164A1

DE1548164A1 - Abstandsschalteinrichtung

Info

Publication number: DE1548164A1
Application number: DE19661548164
Authority: DE
Inventors: Coyne John Joseph
Original assignee: Robertshaw Controls Co
Current assignee: Robertshaw Controls Co
Priority date: 1965-10-23
Filing date: 1966-10-19
Publication date: 1970-05-21
Also published as: GB1169197A; US3483437A; SE324416B; JPS4432525B1; FR1497740A

Description

J?ΑΤΈ

Dipl. ixe. B. HOLZEB 89 AFOSJB UKG

PHILIPPINE - WELSEB- SXBASSB 14

E. 628

Augsburg, den 18. Oktober 1966

Robertshaw Controls Company, 1701 Byrd Avenue, Eichmond, Virginia, Vereinigte Staaten von Amerika

Abstandsschalteinrichtung

Die Erfindung betrifft Abstandsschalteinrichtungen zur Auslösung von Schaltvorgängen bei Vorhandensein körperlicher Gegenstände innerhalb eines bestimmten Annäherungsbereiches.

Durch die Erfindung soll die Aufgabe gelöst werden, beim Nachweis der Annäherung körperlicher Gegenstände durch Änderung des Scheinwiderstandes eines Fühlelementes eine hohe

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Empfindlichkeit und Stabilität des Nachweiskreises zu erreichen, damit auch." Gegenstände, deren Dielektrizitätskonstante innerhalb eines weitenBereich.es streut, erfaßt werden können.

Die Erfindung beinhaltet außerdem ein neuartiges fühlelement mit veränderlicher Kapazität und eine neu- ( artige Oszillatorschaltung für derartige Schalteinrichtungen.

. Im Sinne der Lösung der soeben angegebenen Aufgabe ist die erfindungsgemäße Abstandsschalteinrichtung durch, eine Spannungsquelle, ferner durch, einen Oszillator mit Schwingkreis, weiter durch eine von demselben über zwei Zweige mit jeweils festem Scheinwiderstand gespeiste Brückenschaltung, in dören beiden anderen Zweigen sich, einerseits ein einstellbarer Scheinwiderstand und andererseits ein Fühlwiderstand befinden, dessen Seheinwiderstandswert sich in Abhängigkeit von der Entfernung des körperlichen Gegenstandes ändert, fernerhin durch einen von der Brückendiagonale gespeisten Eückkoppelungskreis für den Oszillator, dessen Rückkoppelungssignalamplitude von der Scheinwiderstandsdifferenz zwischen dem Mhlwiderstand und dem einstellbaren Scheinwiderstand abhängt, weiterhin durch eine an den Oszillator angekoppelte Ausgangsschaltung mit einer, durch das der Schwingungsamplitude

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ofu_GINal

proportionale Oszillatorausgangssignal gesteuerten und ein der Jeweiligen Sehwellenwertstufe entsprechendes Ausgangssignal abgebenden multistabilen Schwellenwertstufe, und endlich durch, eine Schalt stufe, die entsprechend den Ausgangsschwellenwertsignalen erregt ist, gekennzeichnet.

Die erfindungsgemäße Abstandsschalteinrichtung besitzt eine eindeutige Ansprechempfindlichkeit und eine rückwirkungsfreie Schal tfunktion₈ auch wenn im Fiihlkreis ein großer Ungleichgewichtswert der Kapazität oder ein großer Verlustwiderstand auftritt.

Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen anhand der zugehörigen Zeichnungen. Es stellen dar:

Figur 1 ein Blockschaltbild einer Abstandsschalteinrichtung nach der Erfindung,

Figur 2 ein schematisches Schaltbild eines Oszillatorkreises,

Figur 5 ein Schaltbild eines abgewandelten Oszillatorkreises, ·

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Figur 4 ein Schaltbild eines Teils der Gesamteinrichtung nach Figur 1 und

Figur 5 ein Schaltbild des restlichen Teils der Ge samteinrichtung.

Wie aus Figur 1 der Zeichnungen ersichtlich ist, besteht die erfindungsgemäße, auf Kapazitätsänderungen ansprechende Abstandsschalteinrichtung 10 aus einem kapazitätsempfindlichen Fühlkreis mit einer Fühlplatte 12, einem Oszillator 14, an dessen Eingang 16 die Fühlplatte 12 angeschlossen ist, einer mit dem Ausgang 18 des Oszillators 14 verbundenen Ausgangsschaltung 20 als Machweisschaltung, einem, an deren Ausgang angeschlossenen Schwellenwertverstärker 24, einer, an dessen Ausgang 26 angekoppelten Schaltstufe 28 sowie einem Spannungsversorgungsgerät 30, dessen Ausgänge 32 zu dem Oszillator 14, der Ausgangsschaltung 20, dem Schwelienwertverstärker 24 und " der Schaltstufe 28 geführt sind.

In Figur 2 ist der Grundaufbau der Oszillatorschaltung für den Oszillator 14 gezeigt. Diese weist einen einzigen Transistor Q1 mit Emitteranschluß 34, Basisanschluß 36 und Kollektoranschluß 38 auf.

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Zwischen den Kollektoranschluß 38 und den Emitteranschluß 34- ist ein Schwingkreis 4-0 aus einem Abstimmkondensator und einer Induktivität L1 eingeschaltet, welche gleichzeitig die Primärwicklung eines Transformators T bildet*

Der Basisanschluß 36 ist unmittelbar mit einem Mittelabgriff 4-2 einer Rückkoppelungsspule L2 des Transformators T verbunden. Parallel zur Rückkoppelungsspule L2 liegt eine Reihenschaltung eines Einstellkondensators CSP und eines · auf den jeweiligen Annäherungszustand ansprechenden Fühlkondensators CS. Ein Verbindungspunkt 44- der beiden Kondensatoren ist an den Emitteranschluß 34- angekoppelt« Somit bilden die Rückkoppelungsspule L2 mit Mittelabgriff und die beiden Kondensatoren CSP und CS eine LC-Brückenschaltung 4-6.

Die Ausgangskapazität Cob des Transistors Q1 ist als konzentrierte Kapazität dargestellt, die zwischen Basis- und Kollektoranschluß 36 und 38 liegt.

Zur VervOllständigung der Schaltung dient eine Ausgangs-Sekundärwicklung L3 des Transformators T, an der eine Ausgangsbelastung ZI« liegt.

■ BAD ORfGfNM,

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Die Schaltung nach Figur 2 stellt infolge des Schwingkreises 40 einen abgestimmten Kollektoroszillator dar.

Figur 3 der Zeichnungen zeigt eine abgewandelte Oszillatorschal tung, deren Vorzüge aus der Beschreibung ihrer Wirkungsweise ersichtlich werden.

Jeweils entsprechende Schaltelemente weisen gleiche Bezugsziffern wie die betreffenden in Figur 2 gezeigten Teile aufβ Nach Figur 3 ist ein zweiter Transistor Q2 gleichen Leitfähigkeitstyps mit Emitteranschluß 34A, Basisanschluß 36A und Kollektoranschluß 38A vorgesehen« Der Emitteranschluß 34A ist unmittelbar mit dem Emitteranschluß 34 verbunden, der Kollektoranschluß 38A ist unmittelbar mit dem Basisanschluß 36 und der Basisanschluß 36A mit dem Mittelabgriff 42 der Rückkoppelungsspule L2 verbunden.

Die Ausgangskapäzität Goba des Transistors Q2 liegt in Form einer konzentrierten Kapazität zwischen Basis- und Kollektoranschluß 36A und 38A.

Die Figuren 4 und 5 der Zeichnungen zeigen eine bevorzugte Ausführungeform der Erfindung mit einer weiteren Ausführungsform des Oszillators) deren Vorzüge in der folgenden Beschreibung der Arbeitsweise herausgearbeitet sind.

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Der Fühlkondensator CS besitzt die Fühlplatte 12 mit einer dielektrischen Glasplatte 48, auf die eine leitende Schicht 50 aus Silber oder derglo aufgebrannt ist. Die Glasplatte 48 ist mittels eines Epoxyharzbindemittels oder derglo in ein Außengehäuse 52 aus Metall eingesetzt. Die leitende tichicht 50 ist mittels einer Lötverbindung 54 und eines daran gehaltenen dünnen Drahtes 56 an ein Ende der Rückkopp elungswicklung L2 angeschlossene Das Gehäuse 52 hat unmittelbar mit dem Verbindungspunkt 44 der Brückenschaltung Kontakt.

Die Speisespannung liegt einerseits an einem positiven Leiter 32A und andererseits am Nulleiter 32B an. Der Nullleiter 32B ist an die Klemme T1, der positive Leiter 32A an die Klemme T2 angeschlossen. Die Schaltstufe 28 ist über Klemmen T3 mit dem.Schwellenwertverstärker 24 verbunden, so daß die gesamten Schaltkreise nach den Figuren 4 und 5 die vollständige Abstandsschalteinrichtung 10 bilden.

Innerhalb des Oszillators 14, bei welchem entsprechende Bauelemente jeweils mit gleichen Bezugsziffern wie gleiche Teile der in den Figuren 2 und 3 gezeigten Schaltung bezeichnet sind, wird der Kondensator für die Schwingkreisspule L1 durch die verschiedenen ÜELektrodenkapazitäten der Transistoren Q1 und qß.% die Wieklungskapazitäten des Transformators

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und den jeweils übertragenen Kapazitätswert der Brückenschaltung 46 gebildet«, Der Kollektoranschluß des Transistors Q-I ist an eine Seite der Schwingkreisspule L1 gekoppelt, deren anderes Ende an dem positiven Leiter 32A liegt₀ Eine körperliche Abstimmkapazität ist nicht dargestellt«

Der Emitteranschluß 34· des Transistors Q1 ist über einen nicht-überbrückten Widerstand R1 und einen durch einen Überbrückungskondensator 02 überbrückten Reihenwiderstand R2 mit dem Nulleiter 32B verbunden.

Der Basisanschluß 36 des Transistors Q1 ist an den Mittelanschluß eines von zwei Widerständen R3 und R4- gebildeten Spannungsteilers geführt, wobei diese Widerstände in Reihe zwischen dem positiven Leiter 32A und dem Nulleiter 32B liegen.

Der Kollektoranschluß 38A des Transistors Q2 ist über einen Koppelkondensator 03 mit dem Basisanschluß 36 des Transistors.Q1 und über einen Widerstand R5 mit dem positiven Leiter 32A verbunden»

Der Emi^teranschluß 34A des Transistors Q2 liegt über einen Widerstand R6 an dem Nulleiter 32B. . - '

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Der Basisanschluß 36A des Transistors Q2 ist über einen Koppelkondensator 05 mit dem Mittelabgriff 42 der Rückkopp el ungswicklung L2 verbunden und liegt am Mittelanschluß eines Spannungsteilers, der von Widerständen R7 und R8 gebildet wird, die in Reihe zwischen den positiven Leiter 32A und den Nulleiter 32B eingefügt sind.

Die Ausgangsspule 1/3 des Oszillators 14 liegt einerseits an einem Mittelanschluß 58 eines Spannungsteilers, der von zwei, zwischen den positiven Leiter 32A und den Nulleiter 32B geschalteten Widerständen R9 und R10 gebildet wird, wobei der Widerstand R10 durch einen Kondensator C4 überbrückt ist. Die andere Seite der Ausgangsspule L3 ist unmittelbar an den Basisanschluß 60 eines dritten Transistors Q3· angeschlossen, der mit einem Kollektoranschluß 62 und einem Emitteranschluß als Emitterverstärker geschaltet ist· Zu diesem Zweck ist der Emitteranschluß 62 unmittelbar zu dem positiven Leiter 32A geführt und der Emitteranschluß 64 über einen Belastungswiderstand R11 mit dem .Nulleiter 32B verbünden.

Zu der Ausgangsschaltung 20 gehört eine Diode D1, deren Anode mit dem Emitteranschluß 64 des Transistors Q3 verbunden und deren Kathode an den Anschlußpunkt 66 geführt ist, der über

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einen ITilterkondensator mit dem Nulleiter 32B und über einen Koppelwiderstand R12 mit dem Basisanschluß 68 eines vierten Transistors Q4 verbunden ist. Der Basisanschluß 68 bildet die Eingangsklemme eines Ausgängsverstärkers 24.

Der Ausgangsverstärker 24 besteht aus einer bistabilen Kippstufe aus zwei Transistoren Q4 und Q5. Dieselben besitzen jeweils Basisanschlüsse 68 und 74, Emitteranschlüsse 70 und sowie Kollektoranschlüsse 72 und 78.

Der Basisanschluß 68 des Transistors Q4 bildet den Mittelanschluß eines Spannungsteilers, der von zwei Reihenwiderständen R13 und R14 gebildet wird, deren ersterer mit dem Kollektoranschluß 76 des Transistors Q5 und deren letzterer mit dem Nulleiter 32B verbunden ist. Der Basisanschluß 68 ist außerdem über einen Kondensator C7 mit dem Kollektoranschluß 72 des betreffenden Transistors Q4 verbunden, der seinerseits unmittelbar an den Basisanschluß 74 des Transistors Q5 gekoppelt ist₀

Der Transistor Q4 ist ferner mit dem Emitteranschluß 70 an den Nulleiter 32B und mit dem Kollektoranschluß 72 über einen Widerstand R15 an den positiven Leiter 32A geführt.

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Der Transistor Q5 ist mit dem Emitteranschluß 78 über einen Widerstand E16 an den Nulleiter 32B und mit dem Kollektoranschluß 76 über die Anoden-Kathoden-Strecke einer Sperrdiode D2 an den positiven Leiter 32A geführt. Der Kollektoranschluß 74 stellt eine Ausgangsklemme des Ausgangsverstärkers 24- dar.

Auf der Seite der Anschlußklemmen T1, T2 und T3 liegen parallel zueinander ein Kondensator C8 und ein Widerstand R17 zwischen den Leitern 32A und 32B.

Die Schaltstufe 28 umfaßt eine Relaisspule IA, die an die Ausgangsklemmen T2 und T3, d.h_o den Kollektoranschluß 76 des Transistors Q5 angeschlossen ist, ferner einen Anker 80, der in Figur 5 in. gestrichelten Linien gezeigt ist, und einen Umschalter 82, der in Abhängigkeit von dem Erregungszustand der ReIäisspule IA durch den Anker 80 geschaltet wird·

Das Spannungsversorgungsgerät 30 nach Figur 5 umfaßt einen Eingangstransformator TA, dessen Primärwicklung TA1 an eine Wechselspannungsquelle 84· angeschlossen ist und dessen Sekundärwicklung TA2 mit einem Mittelabgriff 86 und mit in einem gemeinsamen kathodenseitigen Anschlußpunkt 90 zusammen-

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geschalteten Dioden D3 und D4 als Voliwellengleichrichter 88 geschaltet ist, wobei der gemeinsame Kathodenanschlußpunkt 90 an den positiven Leiter 32A angekoppelt ist.

Der Mittelabgriff 86 ist über einen Leiter 92 an den Kollektoranschluß 94- eines sechsten Transistors Q5 geführt, der einen entgegengesetzten Leitfähigkeitstyp wie die anderen Transistoren aufweist.

Der Transistor Q6 weist einen Emitteranschluß 96 und einen Basisanschluß 98 auf und die Emitter-Kollektor-Strecke liegt mit dem Nulleiter 32B in Reihe. Der letztere ist an den Emitteranschluß 94- geführt.

Der Basisanschluß 96 bildet den Mittelanschlußpunkt eines Spannungsteilers, der seinerseits aus einer Zenerdiode DZ5 und einem Widerstand R18 besteht, wobei der Widerstand R18 mit der Kathode der Zenerdiode DZ5 einerseits an den positiven Leiter 32A und andererseits an den Kollektoranschluß 9^ bzw,, über den Leiter 92 an den Mittelabgriff 86 des Eingangstransformators angeschlossen ist.

Ein Filterkondensator 09 liegt zwischen dem gemeinsamen Kathodenanschlußpunkt 90 und dem Mittelabgriff 86 des Vollwellengleichrichters 88.

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Wirkungsweise;

Zunächst wird unter Bezugnahme auf das Blockschaltbild der Figur 1 die Gesamtarbeitsweise der Abstandsschalteinrichtung 10 erläutert.

Es sei vorausgesetzt, daß sich kein körperlicher Gegenstand, dessen Annäherung erfaßt werden soll, innerhalb eines bestimmten Empfindlichkeitsbereiches in der Nähe der Fühlplatte 12 befindet. Das Spannungsversorgungsgerat 30 ist erregt und der Oszillator 14 schwingt, wobei eine AusgangsSchwingung maximaler Amplitude abgegeben wird· Die Ausgangsschaltung 20 nimmt die Oszillatorausgangsschwingung von dem Ausgang 18 ab und erzeugt ein Gleichspannungssignal, das der Ausgangsschwingungsamplitude des Oszillators 14 streng proportional ist. Das Gleichspannungssignal der Ausgangsschaltung hält den Schwellenwertverstärker 24 in einem bestimmten Schaltzustand, so daß eine Erregung der Schaltstufe 28 ausgeschlossen ist«,

Die Empfindlichkeit der Anordnung beruht auf der Kapazitätsänderung der Fühlplatte 12, was im einzelnen anhand der Figuren 2 bis 5 erläutert wird.

Bei dem einfachen Eintransistor-Kollektoroszillator nach Figur 2 ist der Transformator T so angeschlossen, daß die

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Rückkoppelungswicklung L2 ein zur Kollektorspannung gegenphasiges Signal an den Basisanschluß 36 des Transistors Q1 abgibt. Die LC-Brückenschaltung 46 ist mittels des Einstellkondensators CSP so eingestellt, daß innerhalb des Änderungsbereiches des. Fühlkondensators CS ein positives Rückkoppelungssignal abgegeben wird. Damit bewirkt das Rückkoppelungssignal am Basisanschluß 36 eine positive Rückkoppelung, so daß der Oszillator schwingte In Abhängigkeit von dem gegenseitigen Kapazitätsverhältnis des Einstell- und Fühlkondensators CSP und CS können die über die Ausgangswicklung L3 in dem Belastungswiderstand ZL auftretenden Schwingungen entweder angefacht, gesperrt oder amplitudenmoduliert sein.

,Diese einfache Oszillatorschaltung kann jedoch infolge der Ausgangskapazität Cob des Transistors Q1 instabil werden und Storschwingungen erzeugen. Die Ausgangskapazität ist spannungsabhängig und wird in die LC-Brückenschaltung 4-6 transformiert, so daß ein Ungleichgewichtseinfluß auf den Rückkoppelungskreis des Oszillators eintritt.

Die Oszillatorschaltung nach Figur 3 unterdrückt diesen Einfluß der Ausgangskapazität.

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Durch Hintereinanderschaltung der "beiden Transistoren Q1 und Q2 erhält man eine Vergrößerung der Verstärkung innerhalb des Oszillators, wobei gleichzeitig die Empfindlichkeit des G-erätes ansteigt. Die an den jeweiligen, in dem Ersatz-/ -schaltbild nach Figur 3 in· Reihe liegenden Ausgangskapazitäten auftretenden Spannungen sind zueinander gegenphasig, so daß sich die Wirkungen dieser Ausgangskapazitäten gegenseitig aufheben. Infolgedessen sind die Stabilität und die Zuverlässigkeit gegenüber der Schaltung nach Figur 2 merklich vergrößert und die LC-Brückenschaltung 46 kann durch die Ausgangskapazität der Verstärkerelemente des Oszillators nicht beeinflußt werden.

Nach den Figuren 4 und 5 wird der Oszillator 14 bei Erregung des Spannungsversorgungsgerätes 30 und beim Fehlen eines körperlichen Gegenstandes im Empfindlichkeitsbereich des Fühlkondensators CS mit einer bestimmten Maximalamplitude schwingen, deren Wert durch die Einstellung des Einstellkondensators CSP gegeben ist«

Die Rückkoppelung von der Brückenschaltung 46 erfolgt mittels des Rückkoppelungskondensators 03 zwischen dem Mittelabgriff 42 und dem Basisanschluß 36A des Transistors Q2. Diese positive Rückkoppelung bringt die Möglichkeit mit sich, daß

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hochfrequente Störschwingungen infolge der Instabilität einer solchen positiven Rückkoppelung auftreten, wenn man die Einflüsse des Innenwiderstandes und der Innenkapazität der Transistoren berücksichtigte Zur Unterdrückung dieser Erscheinungen sind die beiden Transistoren Q1 und Q2 neutralisiert. Zur Neutralisation dienen die nicht-überbrückten > Widerstände R1 und R6 der Emitterkreise der beiden Transistoren, die störende Rückkoppelungseinflüsse von Seiten der Innen— kapazität und des Innenwiderstandes neutralisieren und die Hochfrequenzverstärkung der Transistoren Q1 und Q2 herabsetzen, so daß die .Neutralisierung innerhalb eines breiten Frequenzbandes vorhanden ist.

Die in der Schaltung 14 erzeugten Schwingungen werden in der Ausgangswicklung L$ induziert und erregen den Basisanschluß 60 des Transistors Q5» der als Emitterverstärker ge-" schaltet ist. Diese Verstärkerstufe verhindert eine unzulässige Belastung und darauf zurückzuführende Instabilität des Oszillators 14, da ein Emitterverstärker eine Widerstandstransformation bewirkt.

Der Emitterausgangsstrom des Transistors Q5 erzeugt eine Ausgangsspannung innerhalb des Widerstandes R11. Am Verbindungspunkt 66 des Kondensators C6 der Ausgangsschaltung 20 wird eine Gleichspannung erzeugt, da die Diode D1 die über dem Widerstaijjn. R11 abfallende Spannung gleichrichtet*

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Die Spannung im Verbindungspunkt 66 erreicht ein Maximum, wenn der Oszillator 14 mit maximaler Amplitude schwingt. Deshalb hat die Spannung am Basisänschluß 68 des Transistors Q4 des bistabilen Schwellenwertverstärkers 24 einen Maximalwert, der von dem Widerstandsverhältnis der Widerstände R12 und R14 abhängt, " ,.

Infolgedessen leitet der Transistor Q4 und die Spannung am Kollektoranschluß 72 erreicht einen Maximalwert. Der Basisanschluß 74 des Transistors Q5 befindet sich dabei auf demselben Maximalwert wie der Kollektoranschluß des Transistors Q4, so daß der Transistor Q5 nichtleitend ist. Infolge dieser Sperrung erreicht die am Kollektoranschluß 76 und an der Anschlußklemme T3 dargebotene Spannung einen Maximalwert gegenüber dem Nulleiter 32B.

Folglich führen der Kollektoranschluß 76 und die Anschluß klemme 73 im wesentlichen die gleiche Spannung wie der positive Leiter 52A₉ so daß nur ein geringer oder gar kein Strom von der Anschlußklemme T2 über die Relaisspule L4 zu der Anschlußklemme TJ fließen kann« Wenn ein körperlicher Gegenstand in die Nähe des Fühlkondensators CS kommt, wird dessen Kapazitätawert ansteigen und die LC-Brückenschaltung 46 kommt in einen Ungleichgewichtszustand. Dadurch ändert sich die

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Spannungsdifferenz zwischen dem Mittelabgriff 42 und dem Anschlußpunkt 44-, welche über den Bückkoppelungskondensator und den Nulleiter 32B sowie den Widerstand R8 rückgekoppelt wird, so daß sich die Vorspannung des Basisanschlusses 36A des Transistors Q2 ändert*

Der Ruhekapazitätswert des Fühlkondensators CS und der Kapazitätswert des Einstellkondensators GSP sind so eingestellt, daß sich eine maximale positive Rückkoppelung und entsprechend eine maximale Schwingungsamplitude des Oszillators 14 ergeben. Die Annäherung eines körperlichen Gegenstandes an den Ji¹UhI-kondensator OS bewirkt eine Vergrößerung von dessen Kapazitätswert, so daß er sich dem höheren Ausgangswert des Einstellkondensators nähert. Damit vermindert sich die Spannung zwischen Mittelabgriff 42 und Anschlußpunkt 44, sowie die Mitkoppelungssignal amplitude! so daß die Schwingungsamplitude der in dem Ausgangswiderstand R11 des Emitterverstärkers auftretenden Schwingungen kleiner wird.

Deshalb gibt die Ausgangsschaltung 20 ein jeweils proportional kleiner werdendes Eingangssignal an den Basisanschluß 68 des Transistors Q4 weiter, so daß dessen Leitfähigkeit kleiner wird und die Spannung am Kollektoranschluß ansteigt. Entsprechend steigt die Spannung am Basisaneohluß 74-

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des Transistors Q5 an, und derselbe wird leitend· Die Spannung am Kollektoranschluß 76 vermindert sich, wodurch die Vorspannung für den Basisanschluß des Transistors Q4- herabgesetzt v/ird, so daß der Transistor Q4- kurzfristig gesperrt wird und der Transistor φ seine maximale Leitfähigkeit erreicht.

Das Leitendwerden des Transistors Q5 führt zu einem plötzlichen Spannungsabfall am Kollektoranschluß 76 und entsprechend an der Ausgangsklemme T3. Damit liegt zwischen den Anschlußklemmen T2 und T3 eine erhebliche Spannungsdifferenz an der Relaisspule IA an, so daß der Anker 80 den Relaiskontakt 92 der Schaltstufe 28 betätigt.

Wenn die Erregung der Relaisspule IA aufhört, wird ein Rückstrom durch die Sperrdiode D2 unterdrückte

Damit erzeugt die Abstandsschalteinrichtung 10 eine gesteuerte Schaltfunktion Jeweils in Abhängigkeit von einem bestimmten Annäherungsgrad eines körperlichen Gegenstandes bezüglich der Fühlplatte 12. Das Spannungsversorgungsgerät 30 kann auch eine Batterie enthalten. Es ist in der Zeichnung als Gleichrichter mit einer Zenerdiode DZ5 dargestellt, welche die Ausgangsspannung der Leiter 32A und 32B regelt.

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Der Kondensator C7 hält tfbergangsspitzen der Speisespannung von dem Basisanschluß 74- des Transistors Q5 fern, damit keine Fehl auslösung des Schwellenwertverstärkers 24-möglich ist.

Der parallel zum Kondensator G8 liegende Widerstand R17 besitzt im Vergleich zu den anderen Widerständen hohe Wärmeabstrahlung, so daß er als Heizwiderstand dient.

Der Kondensator 08 dient als Wechselspannungsrückleitung für den Oszillator 14- und hält alle Hochfrequenzschwingungen von den zu dem Spannungsversorgungsgerät 30 führenden Leitern fern.

Alle Schaltelemente der Figur 4- sind von einem Metallgehäuse 52 umschlossen, zu dem die leitende Schicht 50 der Fühlplatte 12 (Fühlkondensator CS) als Außenwandteil gehört.

Der Heizwiderstand Rl¹? hält die !Temperatur des Gehäuseinneren einige Grad über der Umgebungstemperatur. Deshalb kann keinerlei Feuchtigkeit an der leitenden Schicht 50 des Fühlkondensators CS kondensieren, welche eine Verschiebung des eingestellten Arbeitspunktes bewirken könnte.

Die Schaltelemente der Figur 5 können von außen mittels

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Klemmen T1, T2 und 3?3 an das Gehäuse 52 angeschlossen werden, das seinerseits die Schaltelemente nach Figur 4- enthält.

Der innerhalb einer Kippstufe während des Kippvorganges auftretende fallende Widerstand ist dadurch kompensiert, daß der Scheinwiderstand der Ausgangsschaltung 20 durch eine Reihenschaltung eines Koppelwiderstandes R12 und eines Filter-, kondensators 06 linearisiert ist, dessen Widerstandswert größer ist, als er zum Betrieb einer gewöhnlichen Verstärkerstufe erforderlich ware. Dadurch werden die Einflüsse einer nichtlinearen Belastung durch die Schwellenwertstufe 24 ausgeschaltet.

Die AbStandssehalteinrichtung nach der Erfindung erfüllt das lange bestehende Bedürfnis für eine solche Einrichtung mit optimaler Empfindlichkeit und hoher Stabilität_e Das neuartige Fühlelement 12 und der neuartige Oszillator 14 bringen diese Verbesserungen mit sich» Die Kombination dieser Schaltelemente mit einem Schwellenwertverstärker 24 ermöglicht eine genaue Aussteuerung einer Schaltstufe, die als Relais dargestellt ist« Anstelle eines Relais kann man selbstverständlich auch eine andere Schaltstufe vorsehen.

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Claims

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Patentansprüche

1. Äbstandsschalteinrichtung zur Auslösung von Schaltvorgängen bei Vorhandensein körperlicher Gegenstände innerhalb eines bestimmten Annäherungsbereiches, gekennzeichnet durch eine Spannungsquelle (30), ferner durch einen Oszillator (14) mit Schwingkreis (40), weiter durch eine von demselben über zwei Zweige mit jeweils festem Scheinwiderstand gespeiste Brückenschaltung (46), in deren beiden anderen Zweigen sich einerseits ein einstellbarer Scheinwiderstand (CSP) und andererseits ein Fühlwiderstand (CS) befinden, dessen Scheinwiderstandswert sich in Abhängigkeit von der Entfernung des körperlichen Gegenstandes ändert, fernerhin durch einen von der Brückendiagonale (42-44) gespeisten Rückkoppelungskreis für den Oszillator, dessen Rückkoppelungssignalamplitude von der Scheinwiderstandsdifferenz zwischen dem Fühlwiderstand und dem einstellbaren Scheinwiderstand abhängt,.weiterhin durch eine an den Oszillator angekoppelte Ausgangsschaltung (20) mit einer, durch das der Schwingungsamplitude proportionale Oszillatorausgangssignal gesteuerten und ein der jeweiligen Schwellenwertstufd- entsprechendes Ausgangssignal abgebenden multistabilen Schwellenwertstufe (24), und endlich durch

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eine Schaltstufe (28), die entsprechend den Ausgangsschwellenwertsignalen erregt ist.

2o Schalleinrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine Fachweisstufe (20) innerhalb der Ausgangsschaltung zur Erzeugung eines der Amplitude des Oszillatorausgangssignals größenmäßig proportionalen Gleichspannungs-Steuersignals und durch zwei Halbleiterschaltelemente (Q4-, Q5) innerhalb der bistabilen Schwellenwert stufe (24-), die derart miteinander verkoppelt sind, daß sich jeweils nur eines dieser Schaltelemente im Leitungszustand befindet, wobei das eine Schaltelement (QfI-) eine Steuerelektrode zum Anlegen des Gleichspannungs-Steuersignals und das andere Schaltelement (Q5) eine Ausgangsklemme (76) zum Anschluß der Schaltstufe aufweist.

3· Schalteinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zwei Transistoren (Q1, Q2) mit im wesentlichen gleicher Ausgangskapazität über Koppelschaltglieder miteinander verbunden sind, die eine Phasenumkehr der an den jeweiligen Ausgangskapazitäten liegenden Spannungen bedingen, daß ferner ein Eingangsanschluß (36A) für die genannten Transistoren an den Rückkoppelungskreis der Brückenschaltung angeschlossen ist und daß außerdem eine Ausgangsstufe (L3) mit dem Schwingkreis verkoppelt und an die Ausgangsschaltung (20) angeschlossen ist„

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BAD ORiGiNAL

a*

4-β Schalteinrichtung nach Anspruch 2 oder 3> dadurch gekennzeichnet, daß die Gleichrichter-JMachwe is stufe (20) an die Ausgangsstufe (L3, Q3) des Oszillators angekoppelt ist.

5« Schalteinrichtung nach einem der Ansprüche Λ "bis 4, gekennzeichnet durch ein Heizelement (R17)_s welches die Temperatur des Fühlwiderstands oberhalb der Außentemperatur hält«

6e Schalteinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5» dadurch gekennzeichnet, daß ein elektrisch leitendes, abgeschlossenes Gehäuse (52) die elektrischen Schaltelemente umschließt und daß der Fühlwiderstand in Form eines Fühlkondensators einen Außenwandbereich (50) des Gehäuses (52) darstellt, dessen Kapazitätswert sich in Abhängigkeit von dem Abstand eines körperlichen Gegenstandes ändert«

7· Schalteinrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Heizelement (R1?) innerhalb des Gehäuses (52) zwischen den Spannungsversorgungsleitungen (32A, 32B) angeschlossen ist.

8. Schalteinrichtung nach Anspruch 6 oder 7$ dadurch gekennzeichnet, daß der Fühlkondensator (CS) eine mit dem

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Gehäuse (52) fest verbundene dielektrische Schicht (48) und eine darauf geschichtete leitfähige Schicht (50) umfaßt, die im wesentlichen eine gleiche Erstreckung wie die dielektrische Schicht hat und von dem Gehäuse isoliert ist»

9· Schalteinrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Oszillator mit der Brückenschaltung innerhalb des Gehäuses angeordnet ist₀

10» Schalteinrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Arbeitspunkte der Oszillator-Transistoren (QI, Q2) zur Unterdrückung von Störschwingungen innerhalb der Ausgangsstufe stabilisiert sind.

11β Schalteinrichtung nach Anspruch 9 oder 10, gekennzeichnet durch eine YorSpannungsschaltung für die Transistoren (Q1, Q2) zur Arbeitspunktstabilisierung und durch eine gegenseitige Verkoppelung der Transistoren derart, daß die in den beiden Stufen auftretenden Spannungen zueinander gegenphasig sind«,

12» Schalteinrichtung nach Anspruch 11 ₉ dadurch gekennzeichnet, daß die Ausgangsstufe (QJ) als Emitterschaltung aufgebaut ist« , ·

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13· Schalteinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß der Fühl kondensator aus einem leitenden Gehäuse (52), einer dielektrischen Wandung (48) desselben und einer leitenden Schicht (50) besteht,, die im wesentlichen die dielektrische Wandung überdeckt und gegen das Gehäuse isoliert ist»

14» Schalteinrichtung nach Anspruch 13* gekennzeichnet durch eine dielektrische Wandung aus einem stabilen dielektrischen Glas und durch eine leitende Beschichtung in Form einer gebrannten Silberbeschichtung»

15o Schalteinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 14, gekennzeichnet durch einen Kopp el transformator (0?) des Oszillators, dessen erste Wicklung (L1) zu dem Schwingkreis gehört, dessen zweite Wicklung (Xi2) zwei Zweige der Brückenschaltung bildet und in die Rüekkoppelungsschaltung eingefügt ist, und dessen dritte Wicklung (L3) den in Emitterschaltung geschalteten Ausgangstransistor (Q3) erregt.

16» Schalteinrichtung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß die !Eransformatorwicklung (L2) zwei Zweige der Brückenschaltung bildet und einen Mittelabgriff (42) besitzt, an den sowie an den Verbindungspunkt (44) ve η Einstellkondensator (GSP) und Kihlkondensator (GS) die in der Ausgangsdiagonalen liegende Rückkoppelungs schaltung angeschlossen _istt 009821/0 428

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