DE1563850C - Elektronischer Annäherungsschalter - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen elektronischen Annäherungsschalter mit einem Oszillator, dessen Schwingungen über. einen Transformator auskoppelbar sind, dessen Koppelinduktivität durch Annähern eines metallischen Gegenstandes an den Transformator derart veränderbar ist, daß ein auf die Amplitude der auskoppelbaren Schwingung ansprechendes elektronisches Schaltelement betätigt wird.

Bei diesem bekannten elektronischen Annäherungsschalter (deutsche Auslegeschrift 1 196704) liegt die Primärwicklung des Transformators in Reihe mit einem als Schaltelement wirkenden Transistors und die Sekundärwicklung im Steuerkreis des Transistors parallel zu einem Kondensator. Bei entsprechender Polung der Sekundärwicklung und entsprechend hohem Kopplungsfaktor der beiden Wicklungen, der durch Annäherung des metallischen Gegenstandes an den Transformator veränderbar ist, ergibt sich durch positive Rückkopplung eine Dauerschwingung in dem durch die Sekundärwicklung und den Kondensator gebildeten Schwingkreis. Der Transistor wird dann im Rhythmus der Schwingungen des Schwingkreises abwechselnd leitend und gesperrt. Im leitenden Zustand schaltet er die an einem Verbraucher liegende Spannung kurz, während sie sich im gesperrten Zustand des Transistors am Verbraucher auswirken kann.

Prinzipiell läßt sich jeder elektronische Annäherungsschalter so ausbilden oder anordnen, daß er als normalerweise gesperrter Schalter (Arbeitskontakt) oder als normalerweise leitender Schalter (Ruhekontakt) wirkt oder bei Annäherung eines Gegenstandes ein Signal abgibt oder kein Signal abgibt. Wenn aber ein solcher Annäherungsschalter, ebenso wie der eingangs erwähnte Annäherungsschalter, einmal in der Form des einen Typs ausgelegt oder angeordnet worden ist, kann man ihn nur mit großer Schwierigkeit in den anderen Typ umwandeln, weil die Umwandlung eine Zerlegung der Schaltanordnung und Einbau anderer Schaltungselemente mit unterschiedlichen Konstanten erfordert.

Es ist ferner eine Schaltanordnung bekannt, beispielsweise zur Erzielung einer Endschalterfunktion, bei der ein Mikroschalter mit einem mechanisch bewegbaren Kontaktarm und mehreren feststehenden Kontakten verwendet wird. Bei einem solchen Schalter steht der bewegliche Arm normalerweise in Kontakt mit einem der festen Kontakte, und er wird durch einen dagegenstoßenden Gegenstand, beispielsweise einen Maschinenteil, bewegt, bis er mit dem anderen Kontakt in Berührung kommt, wodurch ein Stromkreis geschlossen oder geöffnet wird. Wenn dieser Schalter normalerweise geschlossen ist, kann man ihn sehr leicht in einen normalerweise offenen Schalter umbauen und umgekehrt, indem einfach die Zuleitung zu dem steuernden Stromkreis von dem einen der festen Kontakte getrennt und an den anderen angeschlossen wird. Wenn dieser Schalter jedoch ein kontaktloser Schalter, also ein ruhendes Schaltelement ohne mechanische Kontakte ist, kann man nicht in der gleichen einfachen Weise einen normalerweise geschlossenen Schalter in einen normalerweise offenen Schalter umwandeln, oder umgekehrt.

Daher liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, einen elektronischen Annäherungsschalter anzugeben, der leicht und nach Wunsch von dem einen in den anderen obenerwähnten beiden Typen umgewandelt werden kann, ohne daß wesentliche Schaltungselemente ausgewechselt werden müßten. Insbesondere soll die Schaltanordnung auch geeignet sein, mit einfachen Mitteln ein elektronisches Schaltelement, das normalerweise offen ist, unter den gleichen Bedingungen normalerweise schließen zu lassen, und umgekehrt. .

Nach der Erfindung wird diese Aufgabe, aus- · gehend von dem eingangs erwähnten elektronischen Annäherungsschalter, dadurch gelöst, daß jm Sekundärkreis des Transformators zwei elektromagnetisch gekoppelte Spulen gegensinnig in. Reihe geschaltet sind und ein metallisches Element wahlweise in das Feld einer der beiden Spulen einführbar ist, während die andere Spule als Annäherungsfühler für den.

is metallischen Gegenstand dient, und das elektronische Schaltelement in Abhängigkeit von der Differenz der in den beiden Spulen induzierten Spannungen betätigt wird.

Solange weder ein sich annähernder Gegenstand noch das metallische Element in den Feldern der beiden Spulen sich befindet oder solange ein Gegenstand und das metallische Element sich in den beiden Feldern befinden, sind die in den beiden Spulen induzierten Spannungen im wesentlichen oder anas nähernd gleich und einander entgegengerichtet, so daß in der Reihenschaltung der beiden Spulen nur eine kleine oder gar keine Spannung auftritt. Wenn dagegen nur in dem Feld der einen Spule ein Gegenstand oder, nur in dem Feld der anderen Spule das metallische Element vorhanden ist, ergibt sich eine Differenz zwischen den induzierten Spannungen der beiden Spulen, so daß eine Spannung, die etwa gleich dieser Differenz ist, an der Reihenschaltung der beiden Spulen abgenommen werden kann.

Wenn bei einer solchen Anordnung das metallische Element in dem Feld einer der Spulen angeordnet ist und ein Gegenstand in das Feld der anderen Spule kommt, fällt die Spannung an der Reihenschaltung der beiden Spulen auf Null oder annähernd auf Null.

Wenn im Gegensatz dazu das metallische Element aus dem Feld der Spule entfernt ist und dann ein Gegenstand in das Feld der anderen Spule eintritt, steigt die Spannung an der Serienschaltung von Null auf einen vorbestimmten Wert. In Abhängigkeit von dem Vorhandensein oder dem Fehlen des metallischen Elements in dem Feld einer der beiden Spulen ergibt sich daher ein ganz anderer Funktionsverlauf der Spannung an der Reihenschaltung der beiden Spulen.

Wenn die Spannung an der Reihenschaltung als Meßgröße benutzt wird, um die Annäherung eines Gegenstandes festzustellen, kann man einfach durch Einbringen des metallischen Elements in das Feld, einer der beiden Spulen oder durch Entfernen des Elements den von dieser Spannung gesteuerten Schalter von einem Typ, der bei Annäherung eines Gegenstandes ein Signal abgibt, umwandeln in einen Typ, der beim Annähern eines Gegenstandes ein vorhandenes Signal verschwinden läßt, ohne daß irgendeine andere Komponente der Schaltanordnung ausgetauscht werden müßte.

Die Erfindung wird nachstehend an Hand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Es zeigt

F i g. 1 ein Schaltbild eines Ausführungsbeispiels,

Fig. 2 eine Vorderansicht, bei der Teile weggebrochen sind, eines Grenzschalters, bei dem die Erfindung angewendet ist,

F i g. 3 eine Seitenansicht, bei der Teile weggebrochen sind, des Schalters der Fig. 2 und

F i g. 4 eine Draufsicht, bei der Teile weggebrochen sind, des Schalters der Fig. 2, wobei der bewegliche Arm und die zugehörigen Teile entfernt worden sind.

In F i g. 1 liegt eine Wechselspannung an den Klemmen 10 und 10', an welche eine Belastung 12 in Reihe mit einem Schalter 14 zum öffnen und Schließen des Laststromkreises angeschlossen sind. Der Schalter 14 ist vorzugsweise ein Diodenschaltelement, beispielsweise ein gesteuerter Gleichrichter, für Stromdurchgang in beiden Richtungen (TRIAC).

Ein Transformator 15 liegt mit seiner Primärwicklung 16 an den Klemmen 10 und 10' und besitzt zwei Sekundärwicklungen 17 und 18, an welche Gleichrichter 19 und 20 angeschlossen sind. Die Gleichspannung des Gleichrichters 19 wird einem Oszillator 22 und einem Verstärker 24 mit einem Transistor 38 zugeführt, während die Gleichspannung des anderen Gleichrichters 20 der Steuerelektrode des Schaltelements 14 zugeführt wird. Eine Schaltvorrichtung mit einem Transistor 26 liegt in Reihe mit der Steuerelektrode des Schaltelements 14 zwischen den Ausr gangsklemmen des Gleichrichters 20. Der Schwingkreis 22 ist als Colpitt-Oszillator mit einem Transistor 28 dargestellt, kann aber auch jeden beliebigen anderen Aufbau haben. Die Ausgangsspule des Oszillators ist in zwei Spulen 30 und 32 unterteilt, die auch zu einer Spule zusammengefaßt sein können. Ein Paar von Spulen 34 und 36 ist elektromagnetisch mit den Spulen 30 und 32 gekoppelt. Die Spulen 34 und 36 liegen einander entgegengerichtet in Reihe. Daher sind die in ihnen induzierten Spannungen einander entgegengerichtet und die Differenz dieser Spannungen ist an der Reihenschaltung der beiden Spulen abzugreifen. Diese Spannung wird dann an die Basis des Transistorverstärkers 38 gelegt. Die verstärkte Ausgangsspannung, d.h. die Kollektorspannung des Transistors 38, wird einer Reihenschaltung einer Zener-Diode 40 und eines Widerstandes 42 zugeführt. Die Spannung an dem Widerstand 42 wird der Basis des Transistors 26 als Signal zugeleitet, um diesen zu betätigen. Damit der Schalttransistor 26 schnell arbeiten kann, ist eine positive Rückkoppelungsschaltung 47 zwischen den Kollektor des Transistors 26 und die Basis des Transistors 38 gelegt.

Erfindungsgemäß ist ein metallisches Element 46 vorgesehen, das wahlweise in das Feld der Spulen 30 und 34 eingeführt oder daraus entfernt werden kann. Ein metallischer Gegenstand 48, dessen Vorhandensein festgestellt werden soll, ist in dem Feld der anderen Spulen 32 und 36 dargestellt.

Wenn man annimmt, daß kein Gegenstand 48 in dem Feld der Spulen 32 und 36 vorhanden ist und das metallische Element 46 aus dem Feld der Spulen 30 und 34 entfernt ist, sind die beiden Spannungen, die beim Schwingen des Oszillators 22 in den Spulen 34 und 36 induziert werden, etwa gleich und die Eingangsspannung des Verstärkers 24 Null oder nahezu Null, so daß der Transistor 38 nicht leitend ist. Daher übersteigt die vom Gleichrichter 19 an die Zener-Diode 40 angelegte Spannung die Zener-Spannurig, so daß ein Strom durch den Widerstand 42 fließt, dessen Spannungsabfall der Basis des Transistors 26 zugeführt wird und diesen leitend macht. Infolgedessen fließt ein Gleichstrom von dem Gleichrichter 20 durch den Verbindungspunkt α, die Steuerelektrode des Schaltelements 14 und den Transistor 26, so daß das Schaltelement 14 leitend ist und die Wechselspannung zwischen den Klemmen 10 und 10' an der Belastung 12 wirkt.

Wenn nun der Gegenstand 48 in das Feld der Spulen 32 und 36 eintritt, ergibt sich eine Differenz zwischen den in den Spulen 34 und 36 induzierten Spannungen, welche Differenz den Transistor 38 leitend macht. Infolgedessen wird die der Zener-Diode

ίο 40 aufgedrückte Spannung unter die Zener-Spannung herabgesetzt, so daß der Transistor 26 nichtleitend wird. Das bedeutet, daß nun kein Signal an die Steuerelektrode des Schaltelements 14 gegeben wird, so daß das Element 14 sperrt und demzufolge kein Strom durch die Belastung 18 fließt.

In obigem Fall wird daher die Belastung normalerweise von Wechselstrom durchflossen. Wenn sich der Gegenstand 48 jedoch nähert, wird der Stromfluß unterbrochen.

Es sei nunmehr angenommen, daß das metallische Element 46 in das Feld der Spulen 30 und 34 eingeführt ist. Wenn unter dieser Bedingung kein Gegenstand sich im Feld der Spulen 32 und 36 befindet, unterscheiden sich die in den Spulen 34 und 36 induzierten Spannungen von Anfang an, so daß kein Strom durch die Belastung 12 fließt. Wenn dann der Gegenstand 48 eintritt, werden die in den Spulen 34 und 36 induzierten Spannungen gleich und sind einander entgegengerichtet, so daß ein Strom durch die Belastung fließt. Der Ablauf der Ereignisse ist in diesem Fall genau umgekehrt wie in dem zuvor beschriebenen Fall und braucht daher nicht genauer erläutert zu werden.

Es mag erwähnt werden, daß die Hochfrequenz-Magnetfelder der Spulen 30 und 34 oder 32 und 36 in dem im Feld befindlichen Gegenstand oder metallischen Element Wirbelströme erzeugen, die Feldverluste hervorrufen, so daß die in den Spulen induzierte Spannung sich von derjenigen unterscheidet, die beim Nichtvörhandensein eines metallischen Elements in den Feldern auftritt. Wenn daher das metallische Element 46 in das Feld der Spulen 30 und 34 eingebracht wird, ändert sich der Ausgangszustand der Schaltung in entgegengesetzter Weise zu dem Fall, wenn der metallische Gegenstand aus dem Feld entfernt wird. Mit anderen Worten, man kann einfach durch Einbringen eines metallischen Elements oder durch Entfernen des Elements den gleichen Schalter von einem normalerweise offenen Typ zu einem normalerweise geschlossenen Typ oder umgekehrt umwandeln.

In den F i g. 2 bis 4 ist ein Grenzschalter dargestellt, bei dem die Erfindung verwendet wird. Ein Gehäuse 54 besitzt eine Frontplatte 52, die mittels Schrauben 50 entfernbar befestigt ist. Die Schaltungselemente der F i g. 1 mit Ausnahme der Belastung 12 sind im Gehäuse angeordnet. Auf der oberen Wand 56 des Gehäuses ist ein weiteres Gehäuse 58 befestigt. Ein Hebel 62 ist mit seinem unteren Ende drehbar an der Vorderseite des oberen Gehäuses 58 durch einen Stift 63 gelagert und an seinem oberen Ende mit einer Rolle 60 versehen. Ein < sich bewegender Gegenstand, der auf die Rolle 60 trifft, dreht den Hebel 62 um den Stift 63. Die Drehung des Hebels wird durch eine nicht veranschaulichte Verbindung in das Gehäuse 58 übertragen, wo sie eine Abwärtsbewegung eines metallischen Elements 64 verursacht. Eine Platte 66 im Inneren des Gehäuses trägt die verschiedenen Schaltungselemente der Fig. 1. Die

Spulen 32 und 36 sind gerade unterhalb des metallischen Elements 64 angeordnet. Das metallische Element 46 wird durch eine Halterung 68 so getragen, daß es wahlweise in das Feld der Spulen 30 und 34 oder aus dem Feld bewegt werden kann. Die vordere Abdeckung 52 wird zum Einführen oder Entfernen des metallischen Elements 46 in die Halterung 68 oder aus ihr entfernt. Die anderen Schaltungselemente der Fig. X werden durch eine Platte 66 getragen, sind aber in den Fig. 2 bis 4 nicht mit Bezugszeichen versehen.

: Es ist ersichtlich, daß das metallische Element 64 dem festzustellenden Gegenstand48 in Fig. 1 entspricht. Wenn daher bei Drehung des Hebels 62 das metallische Element 64 in das Feld der Spulen 32 und 36 abgesenkt wird, schließt oder öffnet der Schalter — je nach dem Vorhandensein oder dem Fehlen des metallischen Elements 46 in dem Feld der Spulen 30 und 34 -r-. einen Lastkreis beim Annähern des metallischen Elements 64 an die Spulen 32 und 36. Mit anderen Worten, der Schalter funktioniert als normalerweise offener oder geschlossener Schalter, je nachdem ob das metallische Element 46 sich an Ort und Stelle befindet oder weggenommen ist.

Claims (5)

Patentansprüche:

1. Elektronischer Annäherungsschalter mit einem Oszillator, dessen Schwingungen über einen . Transformator auskoppelbar sind, dessen Koppelinduktivität durch Annähern eines metallischen Gegenstandes an den Transformator derart veränderbar ist, daß ein auf die Amplitude der auskoppelbaren Schwingung ansprechendes elektronisches Schaltelement betätigt wird, dadurch gekennzeichnet, daß im Sekundärkreis des Transformators zwei elektromagnetisch gekoppelte Spulen gegensinnig in Reihe geschaltet sind und ein metallisches Element wahlweise in das Feld einer der beiden Spulen einführbar ist, während die andere Spule als Annäherungsfühler für den metallischen Gegenstand dient, und das elektronische Schaltelement in Abhängigkeit von der Differenz der in den beiden Spulen induzierten Spannungen betätigt wird.

2. Schaltanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Spannungsdifferenz über einen Transistorverstärker auf ein zweites elektronisches Schaltelement wirkt, das den Gitterkreis des ersten Schaltelements steuert.

3. Schaltanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 2, dadurch gekennzeichnet, daß bei Verwendung als Grenzschalter zusätzlich zu einem ersten metallischen Element, das wahlweise in das Feld einer der beiden Spulen des Paares einführbar ist, ein zweites metallisches Element vorgesehen ist, das sich normalerweise außerhalb des Feldes der anderen Spule befindet, aber durch ein Betätigungsglied, das durch einen dagegenstoßenden Gegenstand bewegt wird, in dieses Feld einführbar ist.

4. Schaltanordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß sie in einem durch einen Deckel abgeschlossenen Gehäuse untergebracht ist, aus dem das Betätigungsglied in der Form eines schwenkbar gelagerten Hebels ragt.

5. Schaltanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß neben einer der beiden Spulen eine Halterung zur Aufnahme des metallischen Elements vorgesehen ist.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen