DE1921476B2 - Kontaktloses, elektronisches Schaltgerät - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein kontaktloses, elektronisches Schaltgerät mit einer Betätigungsvorrichtung, die beim Übergang von der Ruhestellung in die Arbeitsstellung und umgekehrt einen Einschaltstromstoß bzw. einen hierzu inversen Ausschaltstromstoß erzeugt.

Kontaktlose elektronische Schalter sind an sich bekannt. So ist beispielsweise in der DE-AS 10 75 739 ein Schaltschütz beschrieben, dessen Anker einen Hilfsanker trügt, der seinerseits in einer Spule Induktionsstromstöße erzeugt. Diese werden über Leitungen einer separaten elektronischen Einrichtung zur Auswertung zugeführt. Es ist also stets eine räumlich vom Schütz getrennte Steuerelektronik erforderlich, die besonders dann sehr nachteilig ist, wenn es darum geht, einen sehr kleinen und in seinem Aufbau kompakten, kontaktlosen elektronischen Schalter herzustellen.

ίο Auch die zweite Ausführungsart, die in der obengenannten Druckschrift beschrieben ist, ist für eine kompakte Bauweise nicht geeignet, da sie zur Vereinfachung der Auswerteelektronik eine Induktionsspule benötigt, die mit einer Frequenz von 400 Hz gespeist wird. Für autonom betriebene kontaktlose elektronische Schalter bedeutet dies, daß diese Frequenz lokal, d. h. in der Schalterelektronik selbst erzeugt werden muß. Es ist also noch ein zusätzlicher Oszillator erforderlich, der ebenfalls in das Gehäuse des Schalters eingebaut werden muß, so daß auch hier dessen Abmessungen zwangsläufig wieder größer werden. Soll aber die Frequenz von 400 Hz, die zur Speisung der Induktionsspule benötigt wird, extern erzeugt werden, so bedeutet dieses, daß zusätzliche Anschlußleitungen und Anschlußkontakte erforderlich sind, die einen einfachen und unkomplizierten Ersatz eines mechanischen Schalters, beispielsweise eines Mikroschalters, nicht erlauben.
Ferner ist :n der DE-AS 10 94 302 ein bistabiler elektronischer Schalter für Schaltspannungen beschrieben, die höher als die Betriebsspannung der verwendeten Transistoren sind. Da es sich hier bei der verwendeten elektronischen Schaltungsanordnung aber nicht um eine bistabile Schaltung aus kreuzgekoppelten

'5 Transistoren handelt, ist deren zuverlässiges Durchschalten und Halten des eingestellten Schaltungszustandes nicht immer mit Sicherheit gewährleistet. Diese Schaltung unterliegt somit dem Nachteil mangelnder Zuverlässigkeit.

Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Schaltgerät anzugeben, das leicht transportabel, also bei kompaktem Aufbau geringe Abmessungen aufweisen soll. Es soll ferner wartungsfrei, zuverlässig und praktisch ohne Verschleißteile arbeiten und leicht bedienbar sein. Insbesondere soll das elektronische Schaltgerät die Bauform bekannter Mikroschalter aufweisen, so daß diese mechanischen Mikroschalter ohne weiteres durch die zuverlässigeren elektronischen Mikroschalter austauschbar sind.

Gelöst wird diese Aufgabe der Erfindung für ein kontaktloses elektronisches Schaltgerät mit einer Betätigungsvorrichtung, die beim Übergang von der Ruhestellung in die Arbeitsstellung und umgekehrt einen Einschaltstromstoß bzw. einen hierzu inversen Ausschaltstromstoß erzeugt, dadurch, daß in ein Mikroschaltergehäuse eingebaut sind die über einen nach außen ragenden Stift betätigbare Betätigungsvorrichtung, bestehend aus einem Permanentmagneten und einer Spule, sowie eine bistabile Kippschaltung, bestehend aus zwei kreuzgekoppelten Transistoren unterschiedlichen Leitfähigkeitstyps, wobei die genannte Spule in den Emitter-Basiskreis des ersten Transistors und ein Widerstand in den des zweiten Transistors eingeschaltet ist und die zu schaltende Last zwischen

⁶S den beiden Emitteranschlüssen anschließbar ist.

Weitere Ausgestaltungen und vorteilhafte Weiterbildungen des Gegenstandes der Erfindung sind den UnteransDrüchen zu entnehmen.

Durch die Erfindung wird also der Vorteil erzielt, daß infolge der gleichen kleinen Abmessungen, die mechanische Mikroschalter aufweisen, diese durch wesentlich zuverlässigere elektronische Mikroschalter durch reinen Austausch ersetzt werden können. Aufgrund der inneren Schaltungsstruktur vermögen sie auch besonders zuverlässig zu arbeiten.

Das kontaktlose, elektronische Schaltgerät nach der Erfindung wird nun aufgrund eines Ausführungsbeispieles anhand der Zeichnung erläutert

F i g. 1 zeigt das Schaltbild einer elektronischen Schaltanordnung als wesentlichen Bestandteil des Schaltgerätes nach der Erfindung,

F i g. 2 zeigt eine Ansicht des Schaltgerätes nach der Erfindung bei abgenommener Seitenplatte, so daß der ΐϊ Innenaufbau des Gerätes erkennbar ist.

F i g. I zeigt innerhalb der strichpunktierten Umrandung eine als Zweipol ausgeführte elektronische Scha)!anordnung für ein Schaltgerät nach der Erfindung. Ihre aktiven Elemente sind zueinander komplementäre Transistoren Qi und Q 2. Der erste, von den Schaltspannungsslößen unmittelbar angesteuerte Transistor Q1 ist vom PNP-Germaniumtyp. Der NPN-Transistor Q 2 kann vom Silicium-Typ sein. Beide Transistoren arbeiten in Emitter-Basis-Schaltung. Schaltstrecken sind in beiden Fällen die Emitter-Kollektor-Strecken. Die Emitter-Kollektor-Strecke des Transistors Ql liegt in Reihe mit einem Widerstand R zwischen den Klemmen der Schaltanordnung und damit des Schaltgerätes. Von der einen der beiden Klemmen wird der Stromkreis über einen Lastwiederstand R 1 nach Erde hin geschlossen. Dies ist der zu schließende und zu öffnende Stromkreis. Im Ruhezustand, d. h. wenn am Steuereingang des Transistors Q1 keine Spannung anliegt, die die Emitter-Kollektor-Strecke dieses Transistors leitend macht, ist der Stromkreis offen. Tritt am Steuereingang von Q1, also zwischen Emitter und Basis, eine negative Spannung auf, so wird die Emitter-Kollektor-Strecke leitend und über sie, den Widerstand R und den Lastwiderstand R 1 fließt ein Strom. Soweit die Schaltung bislang beschrieben wurde, fließt der Strom so lange, wie am Steuereingang eine negative Spannung anliegt. Ein am Steuereingang auftretender, kurzer Impuls ruft also nur ein kurzzeitiges Schließen des Stromkreises hervor. Die Schaltung soll aber so getroffen sein, daß der Stromkreis erst dann wieder geöffnet wird, wenn am Steuereingang des Transistors Q1 ein gegensinniger, also positiver Impuls auftritt. Zu diesem Zwecke ist der Transistor Q 2 vorgesehen. Sein Steuereingang liegt über dem Widerstand R. Der so Kollektor ist mit der Basis des Transistors Q1 verbunden. Auch beim Transistor Q2 ist die Emitter-Kollektor-Strecke im Ruhezustand gesperrt. Der Stromfluß im Stromkreis des Transistors Q1 ruft am Widerstand R einen Spannungsabfall hervor, der die Emitter-Kollektor-Strecke des Transistors Q 2 öffnet. Dadurch wird von Minus über die Emitter-Kollektor-Strecke des Transistors Q 2 und den Widerstand — im Beispielsfalle die Spule L — im Steuerkreis des Transistors Q1 nach Plus hin ein zweiter Stromkreis geschlossen. Der durch diesen zweiten Stromkreis fließende Strom ruft an dem im Steuerkreis des Transistors Ql liegenden Widerstand eine negative Spannung hervor, die die Emitter-Kollektor-Strecke des Transistors Q1 im leitenden Zustand erhält. Die in den beiden Stromkreisen fließenden Ströme sorgen also wechselseittig dafür, daß die Emitter-Kollektor-Strekken der beiden zueinander komplementären Transistoren Q1 und Q 2 auch nach dem Abklingen des Impulses am Steuereingang des Transistors Qi im leitenden Zustand bleiben.

Durch einen positiven Ausschaltimpuls am Steuereingang des Transistors Q1 wird der St-omfluß unterbrochen. Ein solcher positiver Impuls sorgt dafür, daß die Emitter-Kollektor-Strecke des Transistors Q 1 in den nicht leitenden Zustand übergeht. Dadurch hört der Stromfluß durch den Widerstand R auf, so daß an diesem der Spannungsabfall, der die Emitter-Kollektor-Strecke des Transistors Q 2 geöffnet hielt, wegfällt. Dadurch wird auch im zweiten Stromkreis der Stromfluß unterbrochen, so daß am Widerstand im Steuerkreis des Transistors Q1 (im Beispiel Widerstand Λ/der Spule Lylkein Spannungsabfall mehr auftritt.

Im Arbeitszustand, also während des Stromflusses, soll die Summe der Stromverstärkungsfaktoren der beiden Transistoren (<x 1 und α 2) größer, im Ruhezustand kleiner als 1 sein. Im übrigen ist die Schaltung so auszulegen, daß der Arbeits- und der Ruhezustand stabil sind. Beim beschriebenen Ausführungsbeispiel kann der Widerstand von R 470 Ohm und der Widerstand Ri der Spule L 270 Ohm betragen.

Nach Fig. 1 ist das Bauelement im Steuerkreis des Transistors Q1, an dem die Schaltspannungsstöße erzeugt weden, eine Spule L Sie besitzt einen Weicheisenkern W (F i g. 2), in dem der magnetische Fluß durch stoßartiges Verstärken oder Abschwächen der Wirkung des Feldes eines Permanentmagneten P (F i g. 2) verändert wird. Durch das stoßartige Verstärken des Magnetflusses wird an den Klemmen der Spule ein negativer Impuls, durch stoßartiges Abschwächen ein positiver Impuls erzeugt. Dieser Mechanismus ist in Fig. 1 lediglich durch einen gegen eine Feder F' beweglichen, mit einem Permanentmagneten verbundenen Anker A angedeutet.

Fig. 2 zeigt eine Ansicht eines Schaltgerätes gemäß der Erfindung bei abgenommener Seitenplatte. Man erkennt das Gehäuse 1, ein Klemmenpaar 2 und Gewindebohrungen 3 für das Anschrauben der nicht sichtbaren Seitenplatte. Der guten Übersichtlichkeit wegen ist die Verdrahtung weggelassen. Qi und Q 2 sind wieder die beiden zueinander komplementären Transistoren, R ist der Widerstand im Kollektorkreis des Transistors Q i. Die Spule L mit ihrem Weicheisenkern W ist das im Steuerkreis des Transistors Q1 angeordnete Bauelement.

Die Betätigungsvorrichtung für die in F i g. 1 innerhalb der strichpunktierten Umrandung dargestellte elektronische Schaltanordnung besteht aus dem Permanentmagneten P, mit dem ein Anker A verbunden ist, der drehbar um eine Achse 4 gelagert ist, einem Druckknopf 5 und einer zwischen dem Druckknopf und der Ankeroberfläche befindlichen Feder F. Der Permanentmagnet mit seinem Anker, der Druckknopf und die Feder sind in der Figur in Arbeitsstellung in ausgezogenen Linien dargestellt, während die Ruhestellung des Permanentmagneten mit seinem Anker und des Druckknopfes gestrichelt angedeutet ist.

Der Permanentmagnet und sein Anker befinden sich, wenn der Knopf 5 nicht eingedrückt ist (gestrichelte Lage) in ihrer Ruhestellung. In dieser steht der Permanentmagnet unmittelbar neben der Spule. Der Anker /\ ist mit dem Permanentmagneten P derart abgewinkelt verbunden, daß sich in der Ruhestellung ein erheblicher Luftspalt zwischen dem Weicheisenkern W der Spule und dem Anker A befindet. Ist der Druckknopf 5 eingedrückt (ausgezogen gezeichnet), so

daß sich die Betätigungsvorrichtung in der Arbeitsstellung befindet, so liegt der Anker A unmittelbar an der Stirnfläche der Spule L bzw. ihrem Weicheisenkern W an, so daß kein Luftspalt mehr vorhanden ist. Dieser Eindrückvorgang bringt eine stoßartige Änderung des Magnetflusses im Weicheisenkern der Spule mit sich, die ihrerseits einen Spannungsimpuls an den Klemmen der Spule auftreten läßt. Dieser Impuls ist es, der die elektronische Schaltanordnung nach F i g. 1 in den leitenden Zustand versetzt. Solange dieser Zustand andauern soll, muß der Druckknopf 5 in der herabgedrückten Stellung gehalten werden. Gewünschtenfalls kann für diese Stellung eine Rastung vorgesehen sein. Soll der Stromfluß in der Schaltanordnung wieder unterbrochen werden, so ist der Druckknopf loszulassen bzw. eine etwa vorhandene Rastung zu lösen. Der Permanentmagnet P mit seinem Anker A dreht sich dabei um die Achse 4 von der ausgezogen dargestellte Arbeitsstellung wieder in die gestrichelt wiedergegebe ne Ruhestellung. Dadurch wird der Magnetfluß durc den Weicheisenkern der Spule stoßartig geschwächt, si daß an den Klemmen der Spule ein positiver Impul: auftritt. Dieser führt die elektronische Schaltungsanordnung nach F i g. 1 von ihrem leitenden Zustand wieder ir den nicht leitenden Zustand zurück.
Außer durch die beschriebene stoßartige Magnetfluß

ίο änderung im Kern der Spule können die erforderlicher Schaltspannungsstöße an einem Bauelement im Steuerkreis des Transistors Q\ auch mit Hilfe vor Piezo-Kristallen, veränderbaren Kapazitäten, druckempfindlichen Halbleitern, magnetfeldempfindlicher Halbleitern, Fotohalbleitern oder variablen Widerständen erzeugt werden.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (6)

Patentansprüche:

1. Kontaktloses elektronisches Schaltgerät mit einer Betätigungsvorrichtung, die beim Übergang von der Ruhestellung in die Arbeitsstellung und umgekehrt, einen Einschaltstromstoß bzw. einen hierzu inversen Ausschaltstromstoß erzeugt, dadurch gekennzeichnet, daß in ein Mikroschaltergehäuse eingebaut sind die über einen nach außen ragenden Stift betätigbare Betätigungsvorrichtung, bestehend aus einem Permanentmagneten (P) und einer Spule (L), sowie eine bistabile Kippschaltung, bestehend aus zwei kreuzgekoppelten Transistoren (Q 1, Q2) unterschiedlichen Leitfähigkeitstyps, wobei die genannte Spule in den Basis-Emitterkreis des ersten Transistors (Qi) und ein Widerstand in den des zweiten Transistors (Q 2) eingeschaltet ist und die zu schaltende Last (RL) zwischen den beiden EmitteranschlUssen anschließbar ist

2. Elektronisches Schaltgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die elektronische Schaltanordnung als Zweipol ausgeführt ist.

3. Elektronisches Schaltgerät nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß bei der bistabilen Kippschaltung der durch die Schaltspannungsstöße unmittelbar angesteuerte Transistor (Qi) vom PNP-Germanium-Typ ist und daß die Summe der Stromverstärkungsfaktoren (α 1 und λ 2) der beiden Transistoren (Q 1, Q 2) im Arbeitszustand größer, im Ruhezustand kleiner 1 ist.

4. Elektronisches Schaltgerät nach Anspruch 1 bis

3, dadurch gekennzeichnet, daß die Spule (L) einen Weicheisenkern (W)enuvä\\., in dem der magnetische Fluß durch stoßartiges Verstärken oder Abschwächen der Wirkung des Feldes des Permanentmagneten /Ty verändert wird.

5. Elektronisches Schaltgerät nach Anspruch 1 bis

4, dadurch gekennzeichnet, daß mit dem Permanentmagneten, der sich im Ruhezustand unmittelbar neben der Spule befindet, ein Anker (A) derart abgewinkelt verbunden ist, daß im Ruhezustand zwischen ihm und einer Stirnseite der Spule ein Luftspalt vorhanden ist, daß der Anker mittels eines gefederten Druckknopfes (5) um eine Achse (4) gegen die Stirnseite der Spule bis zum Verschwinden des Luftspaltes in die Arbeitsstellung drehbar ist und nach Freigabe des Druckknopfes vermöge der Anziehungskraft des Permanentmagneten samt diesem in die Ruhestellung zurückgeht.

6. Elektronisches Schaltgerät nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß zur Erzeugung der Schaltspannungsstöße Piezo-Kristalle, veränderbare Kapazitäten, druckempfindliche Halbleiter, magnetfeldempfindliche Halbleiter, Fotohalbleiter, GCO-Thyristoren oder variable Widerstände vorgesehen sind.