DE1945357B2

DE1945357B2 - Elektronischer schalter zur kontaktlosen signalgabe

Info

Publication number: DE1945357B2
Application number: DE19691945357
Authority: DE
Inventors: Hermann Dipl Ing 7201 Rietheim Zierhut
Original assignee: J &J Marquardt, 7201 Rietheim
Priority date: 1969-09-08
Filing date: 1969-09-08
Publication date: 1972-03-02
Also published as: DE1945357A1; FR2060950A5; US3898581A; GB1329111A

Description

Die Erfindung betrifft einen elektronischen Schalter zur kontaktlosen Signalgabe mit einem Oszillator als Initiatorteil, dessen Oszillatorspule durch äußere Einwirkung bedämpfbar ist.

In weiten Gebieten der Technik werden an elektrische Schalter hinsichtlich Sicherheit und Zuverlässigkeit außerordentlich hohe Anforderungen gestellt. Derartige Schalter sollen eine große Lebensdauer aufweisea bis zu 100 Millionen Betätigungen aushalten und staubdicht sein.

Derartige Forderungen lassen sich nur mit elektronischen kontaktlosen Schaltern erfüllen.

Kontaktlose, elektronische Schalter sind an sich bekannt. So ist beispielsweise in der deutschen Auslegeschrift 1 272 363 ein Annäherungsschalter dargestellt, bei dem die Ausgangsspannung eines Transistoroszillators durch Bedämpfung seiner Induktivitäten, je nach Annäherung des dämpfenden Metallteiles, sinkt. Nav.hgeschaltet ist ein Wechselspannungsverstärker, dessen Wechselspannungsanteil im Sinne der Mitkopplung dem Oszillator zugeführt wird. Bei diesem Schalter ist die Verwendung eines zusätzlichen Wechselspannungsverstärkers neben dem Oszillator einmal aus Gründen der Betriebssicherheit und zum anderen wegen des erforderlichen hohen Aufwandes von Nachteil.

Ein anderes Prinzip eines kontaktlosen elektronischen Schalters ist beispielsweise durch die deutsche Auslegeschrift 1 294 465 bekannt, bei der ein Oszillator benutzt wird, dessen Resonanzkreis durch Annäherung eines Metallteiles so weit verstimmt wird, daß die Schwingungen aussetzen.

Mit dem Abreißen einer Schwingung arbeiten auch Schaltersysteme, die einen Oszillator in Meißner-Schaltung verwenden. Das Eintauchen einer

So Metallfahne zwischen den Kollektorkreis und die Basisankoppelspule sorgt dabei für die Unterdrückung der Rückkopplung und damit für das Aussetzen der Schwingungen.

Schließlich sind auch Schaltungen bekannt, bei denen eine abgeglichene Hochfrequenzbrücke verstimmt wird und der Schaltvorgang durch die dabei entstehende Spannung über einen Stellwegschaltcr ausgelöst wird.

Die zuletzt genannten Lösungen besitzen den Nachteil, daß sie ebenfalls von der Komponentenseite her sehr aufwendig sind und darüber hinaus beträchtliche Abgleicharbeiten erfordern und ihre Betriebssicherheit nicht immer sehr hoch ist.

Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, einen elektronischen Schalter zur kontaktlosen Signalgabe anzugeben, der diese Nachteile bekannter Schalter nicht aufweist, der keine Gelenke und Kraftumlenkungen für die mechanische Betätigung be-

nötigt, ferner absolut betriebssicher arbeitet und auch die beiden Schaltzustände AUS und EIN ausnutzen

in stauberfüllter Umgebung nicht ausfällt, unempfind- kann. Durch die Dimensionierung der Spule läßt sich

lieh gegen Netzspannungsschwankungen ist und einen außerdem eine gewünschte Schaltfunktion mit geeig-

sehr kleinen Raum einnimmt. Ferner soll er als inte- neter Hysteresis erzielen.

grierte Schaltung realisiert werden können, grobe S Bild 1 ist eine der möglichen Schaltungsvarianten

Fertigungstoleranzen zulassen, Abgleicharbeiten er- des Erfindungsgedankens. Der Transistor T₁ arbeitet

übrigen und zudem nicht aufwendig sein. in Basisschaltung. Die Spule L₁ stellt mit Hilfe von

Für einen elektronischen Schalter zur kontaktlosen Schaltkapazitäten und der Kollektorbasiskapazität

Signalgabe mit einem Oszillator als Initiatorteil, des Transistors und der Rückkoppelkapazität von

dessen Oszillatorspule durch äußere Einwirkung be- ίο Kollektor auf Emitter C, den Arbeitsschwingkreis

dämpfbar ist, besteht die Erfindung darin, daß die dar, der mit Hilfe eines z. B. Werkzeugstahlkernes,

Rückkopplung des hochfrequenten Oszillators derart welcher eingeschoben wird, immer mehr bedämpft

hoch gewählt ist, daß bei Veränderung des Dämp- wird, C₁. b'ldet die Rückkopplungskapazität des Os-

fungswiderstandes der Oszillator längs der Schwing- zillators, L., ist eine für HF große Induktivität. Bei

Kennlinie direkt von einem Begrenzungszustand mit 15 unbedämpfter Induktivität L₁ bewirkt die Höhe der

positivem Basisstrom in einen Begrenzungszustand Schwingungsamplitude einen positiven Basisstrom

mit negativem Basisstrom umgestoßen wird und der am Oszillatortransistor, während die allmähliche

dabei entstehende Spannungssprung am Emitter oder oder auch rasche Bedämj-^fling der Induktivität L₁

an der Basis des Oszillatortransistors als Schalt- die Amplitude der Oszillatoifrequenz kleiner werden

kriterium dient. 20 läßt. Damit wird ein Punkt erreicht, bei dem der

Als Vorrichtung zur Bedämpfung kann vorteil- Strom an der Basis des Oszillatortransistors ins hafterweise ein hinsichtlich seiner relativen Lage zur Negative umspringt, so daß sich die Spannung über Schwingspule des Oszillators veränderbarer Stößel dm Spannungsteiler R₁, R₀ an der Basis des Tranaus schwingungsdämpfenden Materialien, z. B. Werk- sistors T., plötzlich von z. B. 0,8 auf 0,5 V sprungzeugstahl, dienen. 25 artig verändert und somit an R_L einen Spannungs-

Die Vorrichtung zum Umstoßen des Oszillators abfall von U_B — U_CEsätt auf 0 V ergibt,
vom positiven Basisstrom zum negativen Basisstrom Um den gewünschten Effekt besonders zu betonen, kann auch über einen geeigneten, z. B. kapazitiv be- kann man zwischen Kollektor und Basis des Traneinflußbaren Rückkoppelvierpol erfolgen. sistors T₁ noch eine geeignete Kapazitätsdiode ein-

Eine zweckmäßige Bauform für einen solchen 30 fügen.

Schalter besteht darin, daß an die Basis oder den In Bild 2 ist eine weitere Realisationsmöglich-Emitter des Transistors des als Initiator dienenden keit des Erfindungsgedankens gezeigt. Im Unterschied Oszillators die Steuerelektrode des Transistors einer zur vorhergehenden Schaltung wird hier auf die Schaltstufe liegt und daß die Bemessung der Gesamt- Emitterspule verzichtet. Um den sprunghaften Überschaltung so getroffen ist, daß der Transistor der 35 gang vom positiven zum negativen Basisstrom zu Schaltstufe je nach Schwingzustand des Oszillators beschleunigen, wird bei nicht genügend kleiner Basisgeöffnet oder gesperrt ist, so daß am Lastwiderstand Emitter-Zenerspannung des Oszillatortransistors eine der SchalUransistorstufe entweder die Spannung zusätzliche Diode verwendet, die die Zenerspannung Uβ — U_CEsätl oder die Spannung 0 benscht. auf die gewünschte Höhe reduziert. Die Ankopplung

Erfindungsgemäß wird ein Oszillator vorgeschla- 40 eines Schalttransistors folgt über die Teilerwidergen, dessen Arbeitsschwingkreis mittels einer Vor- stände R₁ und R₂, so daß die Ansteuerspannung an richtung bedämpfbar ist und der dadurch von einem der Basis des Schaltiransistors im Gegensatz zu Begrenzungszustand mit positivem Basisstron in Bild 1 von der hochfrequenzmäßig kalten Basiseinen anderen Begrenzungszustand mit negativem elektrode des Oszillatortransistors aus erfolgt.
Basisstrom umgeworfen wird. Durch den sprung- 45 Der Kondensator C₂ mit einigen Picofarad dreht haften Übergang von dem einen zu dem anderen die Phase der über C₄ rückgekoppelten Oszillator-Schwingungszustand ergibt sich sowohl an einem spannung in die optimale Lage. Der Kondensator C₁ geeignet dimensionierten Basisspannungsteiler als soll für die HF ein Kurzschluß sein, darf aber nicht auch an einem ohmschen Emitterwiderstand ein zu groß gewählt werden, da sonst die Schaltflanken Gleichspannungssprung mit außerordentlich hoher 50 der Umschaltfunktion zu flach werden. In einer Schaltflanke, der dann z. B. auf einen nachgeschal- Versuchsschaltung wurden für C₁ Werte von 200 teten Transistor gegeben werden kann, wöbe' man bis 500 Picofarad verwendet. Der Kondensator C₃ hier die Anlaufspannung von z. B. 0,7 Volt bei dient lediglich zur Abblockung der HF von der Siliziumtransistoren als eindeutige Schaltschwelle für Betriebsspannung.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Elektronischer Schalter zur kontaktlosen Signalgabe mit einem Oszillator als Initiatorteil, dessen Oszillatorspule durch äußere Einwirkung bedämpfbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Rückkopplung des hochfrequenten Oszillators derart hoch gewählt ist, daß bei Veränderung des Dämpfungswiderstandes der Oszillator längs seiner Schwing-Kennlinie direkt von einem Begrenzungszustand mit positivem Basisstrom in einen Begrenzungszustand mit negativem Basisstrom umgestoßen wird und der dabei entstehende Spannungssprung am Emitter oder »n der Basis des Oszillator-Transistors als Schaltkriterium dient.

2. Elektronischer Schalter zur kontaktlosen Signalgabe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß am Kollektor des Oszillatortransistors eine Spule (L₁) angeschlossen ist, die zumindest einen Teil eines Schwingkreises darstellt.

3. Elektronischer Schalter zur kontaktlosen Signalgabe nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die äußere Einrichtung zum Umstoßen ä^as Oszillators aus einem Stößel aus einem in bezug auf die HF-Schwingungen dämpfenden Material besveht, er in die Oszillatorspule (L₁) eintaucht uud damit ein Wirkanteil in die Spule (L₁) transformiert.

4. Elektronischer Schalter zur kontaktlosen Signalgabe nach zumindest einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die innere spannungsabhängige Kapazität zwischen Kollektor und Basis des Oszillatortransistors durch eine zusätzliche Kapazitätsdiode vergrößert wird.

5. Elektronischer Schalter zur kontaktlosen Signalgabe nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß als Oszillatortransistor ein Transistor Verwendung findet, der eine geeignete Kollektor-Basis-Kapazität hat.

6. Elektronischer Schalter zur kontaktlosen Signalgabc nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß als Oszillaiortransistor ein Transistor mit sehr kleinem Zenerknick der Basis-Emitter-Diode verwendet wird.

7. Elektronischer Schalter zur kontaktlosen Signalgabe nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen Basis und Emitter des Oszillatortransistors eine Diode so eingeschaltet ist. daß sich durch Spitzengleichrichtung der am Emitter stehenden großen Oszillatorspannung die Basisvorspannung des Oszillatortransistors ändert.

8. Elektronischer Schalter zur kontaktlosen Signalgabe nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die am Emitterwiderstand auftretende sprunghafte Spannungsänderung über ein geeignetes Netzwerk einem Schalttransistor zugeführt wird.

9. Elektronischer Schalter zur kontaktlosen Signalgabe nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die an der Basis des Oszillatortransistors auftretende sprunghafte Spannungsänderung über ein geeignetes Netzwerk einem Schalttransistor zugeführt wird.

10. Elektronischer Schalter zur kontaktlosen Signalgabe nach Anspruch 1 und mindestens einem der Ansprüche 2 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Umstoßvorrichtung aus einem Rückkoppelvierpol besteht, dessen Parameter durch einen veränderlichen Kondensator in geeigneter Weise beeinflußt werden.