DE1762454B2

DE1762454B2 - Elektronischer schalter

Info

Publication number: DE1762454B2
Application number: DE19681762454
Authority: DE
Priority date: 1968-06-20
Filing date: 1968-06-20
Publication date: 1973-08-23
Also published as: DE1762454C3; DE1762454A1

Description

Die Erfindung betrifft einen kapazitiv, beispielsweise durch Handannäherung, zii schaltenden elektronischen Schalter mit Schaltrelais. Schalter, die bei extrem leichter Berührung oder bloßer Annäherung schalten, können beispielsweise zur Positionierung von sich bewegenden Teilen, wie Werkzeugschlitten, als Lichtschalter, Alarmeeber und zur Steuerung von Verriegelungseinrichtungen Verwendung finden.

Es sind elektronische Schalter bekannt, die als Meßglied einen Oszillator besitzen, der durch Annäherung der Hand oder eines geerdeten metallischen Gegenstandes verstimmt wird. Diese Verstimmung wird weiter verarbeitet und über elektronische Schaltglieder wird z. B. eine Lichtquelle eingeschaltet. Solche bekannten elektronischen Schalter können sein: Eine Initiatorvorschaltung mit Transistoroszillator zum kontaktlosen, mechanischen Schalter (AEG-Handbuch, Bd. 3, S. 209), eine elektrisch betriebene Sicherheitsvorkehrung, bei der durch Kapazitätsänderung die Verstimmung eines Röhrensenders erreicht wird (deutsches Patent 762) oder eine Mikrophonschaltung. Diese Einrichtungen sind aufwendig, teuer und für den vorliegenden Anwendungsfall nicht geeignet.

Kaltkathodenröhren, die so empfindlich sind, daß sie bei Annähern oder Berühren der Hand an die äußere Zündelektrode zünden, können zur Ansteuerung eines Schaltrelais verwendet werden. Die bekannten Anordnungen arbeiten über eine als Berührungstaste ausgebildete besonders empfindliche Kaltkathodenröhre (»Erprobte Schaltung mit Relaisröhren«, Informationsschrift der Elesta AG., Schweiz). Bei diesen Schaltungen sind aber zum Anziehen und Abfallen des Relais je eine Kaltkathodenröhre notwendig.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, für die Ein- und Aus- oder Wechselschaltung relativ hoher Ströme einen einfachen elektronischen Schalter einzusetzen, der allein bei bloßer Annäherung, beispielsweise der Hand, schaltet. Folgende Bedingungen sollen erfüllt sein: Einmaliges Nähern führt zum

ao Einschalten und nochmaliges zum Ausschalten. Im Gegensatz zu den herkömmlichen Schaltungen ist im Prinzip nur ein elektronisches Schaltglied, z. B. eine Kaltkathodenröhre, notwendig. Es ist möglich, die Annäherungstaste bzw. das Steuerorgan dieses Schalters ohne aufwendige Installation in einiger Entfernung vom Gerät anzubringen.

Die Aufgabe vurde erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der kapazitiv zu schaltende elektronische Schalter mit einem Stromstoßrelais als Schaltrelais ausgerüstet ist und daß der Stromkreis des Stromstoßrelais wahlweise direkt von einem durch eine Sonde gesteuerten elektronischen Schaltglied oder zusätzlich über ein verstärkendes Schaltelement geschaltet ist. Das robuste Stromstoßrelais hat zwei stabile Schaltstellungen und arbeitet direkt auf die zu betätigenden Kontakte, so daß auch bei höheren Strömen kein zusätzlicher Aufwand erforderlich ist. Als Sonde bzw. als Annäherungs- oder Berührungstaste kann die Zündelektrode einer empfindliehen Kaltkathodenröhre dienen. Die Ventileigenschaften der Kaltkathodenröhre werden vorzugsweise durch eine Diode in der Hauptstrombahn ergänzt. Zum Abbau der Spannungsspitzen des Versorgungsnetzes wird zweckmäßigerweise ein ÄC-Filter eingeschaltet. Zur Vermeidung mehrfacher Zündung der Röhre bei Handannäherung kann dem Stromstoßrelais ein Kondensator parallel geschaltet weiden; letzterer kann in Reihe zu einem Widerstand liegen. Der Zdiidstrom der Kaltkathodenröhre kann entweder das Stromstoßrelais direkt schalten oder über zusätzliche verstärkende Schaltelemente den notwendigen Impuls für das Stromstoßrelais verursachen. Zu diesem Zweck kann ein zusätzliches empfindliches Relais mit paralleler Diode, ein Thyristor oder ein Transistor dienen. Der bei Handannäherung fließende Ableitstrom einer isoliert ausgeführten Metallsonde kann durch mehrfache Transistor- und Thyristorstufen derart verstärkt werden, daß schließlich ein genügend hoher Strom das Stromstoßrelais schaltet. Die letzte Stufe vor dem Stromstoßrelais kann ein Thyristor sein, der dann vorteilhaft gleichzeitig als elektronisches Schaltglied und verstärkendes Schaltelement eingesetzt ist. Es kann weiterhin vorteilhaft sein, die Metallsonde vom Schalter entfernt anzuordnen und über eine abgeschirmte, geerdete Leitung mit dem Gerät zu verbinden.

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den

3 ' 4

Zeichnungen dargestellt und werden im folgenden Hand oder eines geerdeten leitenden Gegenstandes

näher beschrieben. Es zeigt an die oder der Zündelektrode 14 zündet die KaIt-

Fig. 1 eine Schaltung mit Kaltkathodenröhre. kathodenröhre 13; der Zündstrom fließt von der

Stromstoßrelais und zusätzlichem Relais als verstär- Klemme 2 über die Kaltkathodenröhre 13, das Relais

kendes Schaltelement. 5 11, den Widerstand 18 und die Diode 17 zui

F i g. 2 eine Schaltung mit Thyristor als Schalt- Klemme 1. Das Relais 11 zieht an. Der Schließkonelement, takt 10 legt die Parallelschaltung von Kondensator 9

F ig. 3 den Einsatz eines Transistors, und Stromstoßrelais 8 an das Netz. Der Kondensa-

F i g. 4 eine Direktschaltung ohne zusätzliches tor 9 sorgt dafür, daß das Stromstoßrelais 8 nach dem

Schaltelement, ίο Ansprechen verzögert abfällt. Auf einmalige Hand-

F ig. 5 eine Verstärkerschaltung für den Ableit annäherung erfolgt folglich nur eine Relaisumschal-

strom einer Metallsonde. tung. Der hergestellte Schaltzustand ist stabil. Durch

Fig. 6 schematisch ein Installationsbeispiel. den Trimmerwiderstand 15 und den Kondensator 16

Der Anschluß der Stromquelle erfolgt nach kann die Ansprechempfindlichkeit der Kaltkathoden-F i g. 1 über Klemmen 1. 2. Weitere Klemmen 3, 4 15 röhre eingestellt werden. Der Kondensator 16 ist dienen dem Anschluß der Arbeitsstromkreise. Über so bemessen, daß die Spannung an der Kaltkathoden-K.ontakte 5, 6 und 7 wird die erforderliche Verbin- röhre 13 nach dem Zünden innerhalb der von der dung zur Ein-, Aus- oder Wechselschaltung durch Diode gesperrten Halbwelle wieder unter die Brennein Stromstoßrelais 8 hergestellt. Parallel zu diesem spannung der Röhre sinkt und diese löscht,
liegt ein Kondensator 9, der wie das Stromstoßrelais 8 20 Das Relais 11 kann «.,arch den Thyristor 19 nach über einen Kontakt 10 an Spannurg gelegt wird. Der Fig. 2 ersetzt werden. Dieser wird leitend auf Grund Kontakt 10 wird durch ein Relais 11 betätigt, dem des am Widerstand 20 erzeugten Spannungsabfalles eine Diode 12 parallel geschaltet ist. Eine Kalt- nach Zünden der Kaltkathodenröhre 13. Der Widerkathodenröhre 13 liegt in Reihe zum Relais 11. Par- stand 21 dient zur Begrenzung des Kondensatorladeallel zur Kaltkathodenröhre 13, die eine als Beruh- as stromes (Thyristorschutz).

rungstaste ausgebildete Zündelektrode 14 aufweist. Als Schaltelement kann auch ein Transistor 22

ist ein Trimmerwiderstand 15 und ein Kondensator verwendet werden. Die Widerstände 23 und 24 bil-

16 geschaltet. Die Stromversorgung der Kaltkatho- den einen Spannungsteiler zur Einstellung der Span-

denröhre erfolgt über eine Diode 17 und die Begren- nung zwischen Emitter und Kollektor; der Wider-

zung durch einen Widerstand 18. 30 stand 20 erzeugt bei Zünden der Kaltkathodenröhre

Der Einsatz eines Thyristors 19 als Schaltelement 13 einen Spannungsabfall, wodurch die Emitter-

im Stromkreis des Stromstoßrelais 8 entsprechend Kollektor-Strecke durch Ansteuerung der Basis frei

F i g. 2 verlangt als zusätzliche Mittel einen Wider- wird.

stand 20 zwischen Tor und Kathode des Thyristors Durch Annähern der Hand an die isoliert aus-

sowie einen Widerstand 21 in Reihe zum Konden- 35 geführte Metallsonde 27 nach F i g. 6 fließt ein Strom

sator 9. in der Größenordnung von μΑ von der Erde durch

F i g. 3 zeigt die Verwendung eines Transistors 22 den menschlichen Körper über die Metallsonde, die

als Schaltelement. Ein Spannungsteiler, bestehend aus Emitter-Basis-Strecke des Transistors 26, den Wider-

zwei Widerständen 23, 24, hält die Spannung zwi- stand 30, die Diode 17, den Widerstand 18 zur

sehen Emitter und Kollektor im Ruhezustand unter 40 Stromquelle. Dieser Strom wird im Transistor 26 ver-

der zulässigen Sperrspannung. stärkt, der Transistor 25 wird über den Spannungs-

Nach F i g. 4 liegen das Stromstoßrelais 8 und der abfall des vom Emitterstrom des Transistors 26

Kondensator 9 direkt im Zündstromkreis der Kalt- durchflossenen Widerstandes 30 aufgesteuert, d. h.,

kathodenröhre 13. über den Trimmerwiderstand 31, die Emitter-KoUek-

Bei einer Ausführung des elektronischen Schalters 45 tor-Strecke des Transistors 25 und den Widerstand nach Fig. 5 sind zwei Transistoren 25, 26 zur Ver- 29 kann ein verstärkter Strom fließen; der Thyristor Stärkung des durch beispielsweise Handannäherung 19 wird auf Grund des Spannungsabfalles am Wideran eine Metalkonde 27 entstehenden Ableitstromes stand 31 leitend; die Hauptstrombahn von der eingesetzt. Über den Spannungsteiler 23, 24 wird ein Klemme 2 über das Stromstoßrelais 8 und die Diode Kc ndensator 28 auf eine Spannung aufgeladen, die 50 17 sowie den Widerstand 18 zur Klemme 1 wird frei, etwas unter der Sperrspannung des Transistors liegt. das Stromstoßrelais spricht an. Durch ein i?C-Filter, Zwischen den Kollektoren der Transistoren 25, 26 dargestellt durch Widerstand 18 und Kondensator liegt ein Widerstand 29. Das erforderliche Basis- 16, werden Netzspannungsspitzen abgebaut, die den potential für den Transistor 26 wird durch den Ab- Thyristor 19 durch Überschreiten seiner Sperrleitstrom, das des Transistors 25 durch Widerstand 55 spannung ohne Toransteuerung direkt zünden wür-30 eingestellt. Widerstand 31 liefert die Steuer- den (willkürliches Ansprechen). Der Thyristor kann spannung für Thyristor 19. Für den letzteren kann als Schdltglied durch andere elektronische Elemente ein Trimmerwiderstand eingesetzt werden. Die wei- ersetzt werden.

teren Elemente erfüllen ähnliche oder gleiche Funk- Die Erfindung hat den Vorteil, wegen der Ver-

tionen, wie zuvor beschrieben wurde. 60 wendung eines Stromstoßrelais für hohe Schaltlei-

Eine räumliche Trennung von Sonde 27 und Ge- stungen bei häufigen Schaltspielen eingesetzt werden

rät, die über eine Leitung 33 mit einer Abschirmung zu können. Gleichzeitig wird dadurch eine KaIt-

34 miteinaader verbunden sind, wird schematisch kathodenröhre eingespart.

durch Fig. 6 dargestellt. Weiterhin kann eine Auf- Die Schaltgeräte für mehrere Verbraucher können

teilung und Hmführung der Leitung zu mehreren 65 vorteilhafterweise zentralisiert und die Schalterstellen

Schaltstellen bzw. Sonden durchgeführt werden. bzw. Sonden an mehreren Stellen als dünnes Metall-

Der elektronische Schalter nach Fig. 1 arbeitet in blättchen an der Wand, eventuell unter der Tapete, folgender Weise: Bei Annähern oder Berühren der angebracht werden. Die abgeschirmten, geerdeten

itungen sind im Sinne von VDEOlOO nicht als

u'kstromleitungen anzusehen und brauchen deshalb :ht mit dem üblichen Installationsaufwand verlegt rden.

Die vorteilhafte Verwendung als Geheimschalter,

B. Safe-Schalter, Hegt nahe. Das Anwendungsgebiet kann jedoch sehr weit reichen, von der normalen Hausinstallation an Stelle der herkömmlichen Schalter bis zum Einsatz für wissenschaftliche Zwecke, z.B. der biologischen und bautechnischen s Dehnungsmessung, bei eventuell verfeinerter Schaltung zur Abstandsmessung.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Kapazitiv, beispielsweise durch Annäherung einer Kand, zu schaltender elektronischer Schalter mit Schaltrelais, dadurch gekennzeichnet, daß das Schaltrelais ein Stromstoßrelais (8) ist und daß der Stromkreis des Stromstoßrelais (8) wahlweise direkt von einem durch eine Sonde (14, 27) gesteuerten elektronischen Schaltglied (13, 19) oder zusätzlich über ein verstärkendes Schaltelement (11, 19, 22, 25, 26) geschaltet ist.

2. Elektronischer Schalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das elektronische Schaltglied eine Kaltkaihodenröhre (13) und deren Zündelektrode die Sonde (14) ist.

3. Elektronischer Schalter nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß parallel zum Stromstoßrelais (8) Abfall-Verzögerungsglieder (9, 21) gescnaltet sind.

4. Elektronischer Schalter nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Schaltelement ein empfindliches Relais (11) mit parallelliegender Diode (12) ist.

5. Elektronischer Schalter nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Schaltelement ein Thyristor (19) oder Transistor (22) mit an sich bekannter Widerstandsbeschaltung ist.

6. Elektronischer Schalter nach Anspruch 1 und 3, dadi.'ch gekennzeichnet, daß der Ableitstrom einer Metallsonde (^-7) durch mehrfache Transistor- (25, 26) und Thyristorstufen (19) derart verschränkt wird, daii er las Stromstoßrelais (8) schaltet.

7. Elektronischer Schalter nach Anspruch 1 und 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Metallsonde (27) als Annäherungs- oder Berührungstaste vom Schalter entfernt angeordnet und mit einer abgeschirmten, geerdeten Leitung (33) verbunden ist.