DE19619904A1 - Elektronisches, vorzugsweise berührungslos arbeitendes Schaltgerät - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein elektronisches, vorzugsweise berührungslos arbeitendes Schaltgerät, mit einem Anwesenheitsindikator, z. B. einem Oszillator, und mit einem von dem Anwesenheitsindikator - ggf. über einen Schaltverstärker - steuerbaren elek­ tronischen Schalter.

Elektronische Schaltgerät der zuvor beschriebenen Art sind kontaktlos ausgeführt und werden seit fast dreißig Jahren in zunehmendem Maße anstelle von elektrischen, mechanisch betätigten Schaltgeräten, die kontaktbehaftet ausgeführt sind, verwen­ det, insbesondere in elektrischen bzw. elektronischen Meß-, Steuer- und Regelschal­ tungen. Das gilt insbesondere für Näherungsschalter, d. h. für elektronische Schaltge­ räte, die berührungslos arbeiten. Mit solchen Schaltgeräten wird indiziert, ob sich ein Beeinflussungselement, für das der entsprechende Näherungsschalter sensitiv ist, dem Näherungsschalter hinreichend weit genähert hat. Hat sich nämlich ein Beeinflus­ sungselement, für das der entsprechende Näherungsschalter sensitiv ist, dem Nähe­ rungsschalter hinreichend weit genähert, so steuert der Anwesenheitsindikator den elektronischen Schalter um. Bei einem als Schließer ausgeführten Schaltgerät wird der zunächst nichtleitend gewesene elektronische Schalter leitend, während bei einem als Öffner ausgeführten Schaltgerät der zunächst leitend gewesene elektronische Schal­ ter nunmehr sperrt. (Mit Schaltgeräten der in Rede stehenden Art kann auch indiziert werden, ob eine physikalische Größe eines Beeinflussungsmediums, für die das Schaltgerät sensitiv ist, einen entsprechenden Wert erreicht hat.)

Wesentlicher Bestandteil von elektronischen Schaltgeräten der in Rede stehenden Art ist also u. a. der von außen beeinflußbare Anwesenheitsindikator. Bei induktiven bzw. bei kapazitiven Näherungsschaltern ist als Anwesenheitsindikator in der Regel ein induktiv beeinflußbarer Oszillator bzw. ein kapazitiv beeinflußbarer Oszillator vorgesehen. Optoelektronische Näherungsschalter weisen als Anwesenheitsindikator einen Fotowiderstand, eine Fotodiode oder einen Fototransistor auf. Im übrigen ge­ hören zu den elektronischen Schaltgeräten, mit denen sich die Lehre der Erfindung befaßt, z. B. auch sogenannte Strömungswächter, die eine Temperaturmeßschaltung aufweisen.

Elektronische Schaltgeräte der in Rede stehenden Art sind häufig als sogenannte Zweileiter-Schaltgeräte ausgeführt, d. h. sie sind über einen Außenleiter mit einem Pol einer Spannungsquelle und nur über einen weiteren Außenleiter mit einem Anschluß eines Verbrauchers verbindbar, wobei der andere Anschluß des Verbrauchers an den anderen Pol der Spannungsquelle anschließbar ist.

Bei elektronischen Schaltgeräten, die nur über einen Außenleiter mit einem Pol einer Spannungsquelle und nur über einen weiteren Außenleiter mit einem Anschluß eines Verbrauchers verbindbar sind, ist die Zurverfügungstellung der vom Anwesenheits­ indikator und ggf. auch vom Schaltverstärker benötigten Betriebsspannung (= inter­ ne Betriebsspannung) bzw. des benötigten Betriebsstroms nicht unproblematisch, weil ja sowohl im leitenden Zustand als auch im gesperrten Zustand des Schaltgeräts die interne Betriebsspannung bzw. der Betriebsstrom zur Verfügung gestellt werden muß.

Es ist belanglos, ob man von der Zurverfügungstellung einer internen Betriebsspan­ nung oder eines Betriebsstroms spricht, weil der Anwesenheitsindikator und ggf. der Schaltverstärker selbstverständlich elektrische Leistung benötigen, also sowohl eine interne Betriebsspannung als auch ein Betriebsstrom benötigt werden (vgl. die Dar­ stellung dieses Sachverhalts in der deutschen Auslegeschrift 23 30 233, insbesondere in Spalte 5, Zeile 68, bis Spalte 6, Zeile 33).

Von ihrer Funktion als Schaltgeräte her soll bei den in Rede stehenden Schaltgeräten im leitenden Zustand praktisch kein Spannungsabfall auftreten und im gesperrten Zustand praktisch kein Reststrom fließen. Da aber dann, wenn bei Zweileiter-Schalt­ geräten im leitenden Zustand kein Spannungsabfall aufträte, auch keine interne Be­ triebsspannung für den Anwesenheitsindikator und ggf. den Schaltverstärker ge­ wonnen werden könnte, und dann, wenn im gesperrten Zustand kein Reststrom flösse, auch kein Betriebsstrom gewonnen werden könnte, gilt für alle Zweileiter- Schaltgeräte, daß im leitenden Zustand ein Spannungsabfall auftritt und im gesperrten Zustand ein Reststrom fließt.

Eingangs ist bereits gesagt worden, daß elektronische Schaltgeräte der in Rede ste­ henden Art in Meß-, Steuer- und Regelschaltungen verwendet werden. Insbesondere in Steuerschaltungen wird häufig eine Mehrzahl von Schaltgeräten der in Rede ste­ henden Art benötigt. Dabei können die einzelnen Schaltgeräte relativ weit entfernt voneinander angeordnet sein und können relativ große Entfernungen zwischen den einzelnen Schaltgeräten und einer zentralen Steuerung zu überbrücken sein, so daß sich die Verdrahtung der Schaltgeräte untereinander und mit einer zentralen Steue­ rung als aufwendig darstellen kann.

Eingangs ist bereits ausgeführt worden, daß Schaltgeräte der in Rede stehenden Art als Schließer oder als Öffner ausgeführt sein können. Bei sicherheitsrelevanten Steuerschaltungen werden als Öffner aus geführte Schaltgeräte verwendet, weil der sichere Zustand der stromlose Zustand sein muß. Der Einsatz von als Öffner ausge­ führten Schaltgeräten der in Rede stehenden Art in sicherheitsrelevanten Steuer­ schaltungen erfordert die Serienschaltung aller Schaltgeräte. Ist bei einer solchen Se­ rienschaltung auch nur ein als Öffner ausgeführtes Schaltgerät nicht beeinflußt, der zu diesem Schaltgerät gehörende elektronische Schalter als sperrend, so ist der durch die Serienschaltung aller Schaltgeräte gebildete Stromkreis stromlos.

Weiter oben ist bereits dargelegt, daß an Schaltgeräten, die als Zweileiter-Schaltgeräte ausgeführt sind, funktionsnotwendig auch im leitenden Zustand ein Spannungsabfall auftritt; dieser Spannungsabfall kann durchaus in der Größenordnung von 5-10 V oder auch darüber liegen. Bei der Serienschaltung von einer Mehrzahl von Schaltge­ räten der in Rede stehenden Art kann der insgesamt an der Serienschaltung dieser Schaltgeräte auftretende Spannungsabfall ohne weiteres einen Wert annehmen, der nicht mehr hinnehmbar ist.

Elektronische Schaltgeräte der hier in Rede stehenden Art sind, wie eingangs ausge­ führt, kontaktlos ausgeführt. Anstelle des bei einem elektrischen Schaltgerät vorge­ sehenen Kontaktes ist ein elektronischer Schalter vorgesehen. Auch bei solchen Schaltgeräten der in Rede stehenden Art, die nicht als Zweileiter-Schaltgeräte, son­ dern als Dreileiter-Schaltgeräte ausgeführt sind, tritt im leitenden Zustand ein nicht vernachlässigbarer Spannungsabfall auf. Auch dieser Spannungsabfall kann sich bei der Serienschaltung von einer Mehrzahl von Schaltgeräten der in Rede stehenden Art zu einem Spannungsabfall addieren, der nicht mehr hinnehmbar ist.

Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, das elektronische, vorzugsweise be­ rührungslos arbeitende Schaltgerät, von dem die Erfindung ausgeht, so auszugestal­ ten und weiterzubilden, daß ohne weiteres eine Mehrzahl, ja sogar eine unbegrenzte Vielzahl von Schaltgeräten in Serie geschaltet werden kann, ohne daß an dieser Se­ rienschaltung im leitenden Zustand aller Schaltgeräte ein nicht hinnehmbarer Span­ nungsabfall auftritt.

Das erfindungsgemäße elektronische Schaltgerät, bei dem die zuvor hergeleitete und aufgezeigte Aufgabe gelöst ist, ist dadurch gekennzeichnet, daß der elektronische Schalter an einen Eingang eines UND-Gliedes angeschlossen ist und daß der andere Eingang des UND-Gliedes den Steuereingang und der Ausgang des UND-Gliedes den Steuerausgang des Schaltgerätes darstellen. Damit ist folgendes gemeint:

Im Sinne der zuvor verwendeten Terminologie - Steuereingang, Steuerausgang - stellt bei den elektronischen Schaltgeräten, von denen die Erfindung ausgeht, der elektro­ nische Schalter praktisch den Steuerausgang des Schaltgerätes dar; über den elek­ tronischen Schalter fließt der Laststrom des Stromkreises, in dem das elektronische Schaltgerät vorgesehen ist. Genau genommen hat der elektronische Schalter natürlich zwei Laststromführungsanschlüsse (und in der Regel einen Steueranschluß) und ist einer dieser beiden Laststromführungsanschlüsse der Laststromausgang, hier Steuer­ ausgang genannt. Wenn es zuvor geheißen hat, daß der elektronische Schalter an einen Eingang eines UND-Gliedes angeschlossen ist, so ist also damit gemeint, daß der Laststromführungsanschluß des elektronischen Schalters, der bei den bekannten elektronischen Schaltgeräten, von denen die Erfindung ausgeht, den Steuerausgang des Schaltgerätes darstellt, an einen Eingang eines UND-Gliedes angeschlossen ist. Der andere Eingang des UND-Gliedes stellt einen Steuereingang für das erfindungs­ gemäße elektronische Schaltgerät dar, den es bei den bekannten elektronischen Schaltgeräten, von denen die Erfindung ausgeht, nicht gibt. Bei dem erfindungsge­ mäßen elektronischen Schaltgerät entspricht der Ausgang des UND-Gliedes funktio­ nell dem Laststromführungsanschluß des elektronischen Schalters des bekannten elektronischen Schaltgerätes, der bei diesem bekannten elektronischen Schaltgerät den Steuerausgang des Schaltgerätes insgesamt darstellt.

Man kann das erfindungsgemäße elektronische Schaltgerät auch dahingehend be­ schreiben, daß es aus einem bekannten elektronischen, vorzugsweise berührungslos arbeitenden Schaltgerät und zusätzlich aus einem UND-Glied besteht, wobei der Steuerausgang des bekannten elektronischen Schaltgerätes an einen Eingang des zusätzlichen UND-Gliedes angeschlossen ist, der andere Eingang des zusätzlich vor­ handenen UND-Gliedes einen zusätzlichen Steuereingang darstellt und der Ausgang des UND-Gliedes den Steuerausgang des Schaltgerätes darstellt, den bei dem bekann­ ten Schaltgerät, von dem die Erfindung ausgeht, einer der beiden Laststromführungs­ anschlüsse des elektronischen Schalters darstellt.

Weiter oben ist im einzelnen ausgeführt, daß das erfindungsgemäße Schaltgerät so ausgestaltet und weitergebildet ist, daß eine Mehrzahl solcher Schaltgeräte in Serie geschaltet werden kann, ohne daß an dieser Serienschaltung, wenn alle Schaltgeräte leitend sind, ein nicht hinnehmbar hoher Spannungsabfall auftritt. Gegenstand der Erfindung ist folglich auch eine Schaltungsanordnung mit einer Mehrzahl von erfin­ dungsgemäßen Schaltgeräten, die dadurch gekennzeichnet ist, daß der Steueraus­ gang des ersten Schaltgerätes mit dem Steuereingang des zweiten Schaltgerätes, der Steuerausgang des zweiten Schaltgerätes mit dem Steuereingang des dritten Schalt­ gerätes, . . . und der Steuerausgang des (n-1)-ten Schaltgerätes mit dem Steuereingang des n-ten Schaltgerätes verbunden sind.

Der Klarstellung bzw. Erläuterung bedarf noch der Begriff "UND-Glied". Hierunter soll im Rahmen der Erfindung jedes Bauelement bzw. jede Schaltung verstanden werden, die dann einen "leitenden Steuerausgang" - wie der leitende Steuerausgang eines bekannten elektronischen Schaltgerätes - hat, wenn an beiden Eingängen ein über einer Ansprechschwelle liegendes Steuersignal anliegt. Im übrigen muß das UND-Glied bei dem erfindungsgemäßen elektronischen Schaltgerät so ausgeführt sein, daß dann, wenn an seinen beiden Eingängen ein über einer Ansprechschwelle liegendes Eingangssignal liegt, über das UND-Glied der Laststrom des Stromkreises fließen kann, in dem das erfindungsgemäße elektronische Schaltgerät vorgesehen ist. Das UND-Glied ersetzt ja funktionell den elektronischen Schalter, der bei den be­ kannten Schaltgeräten, von denen die Erfindung ausgeht, den Laststrom des Strom­ kreises führt, in dem ein solches Schaltgerät vorgesehen ist.

Aus dem, was zuvor in bezug auf das bei dem erfindungsgemäßen elektronischen Schaltgerät verwendete UND-Glied gesagt worden ist, folgt, daß der Spannungsab­ fall, der am leitenden erfindungsgemäßen Schaltgerät auftritt, der Spannungsabfall ist, der an dem - gleichsam als elektronischer Schalter wirkenden - UND-Glied auftritt. Die erfindungsgemäße Ausbildung des Schaltgerätes und die zuvor angegebene "Pseudo-Serienschaltung" der erfindungsgemäßen Schaltgeräte führt nun dazu, daß sich die Spannungsabfälle an jedem erfindungsgemäßen Schaltgerät nicht aufsummie­ ren. Unabhängig davon, welche Anzahl erfindungsgemäßer Schaltgeräte die in Rede stehende "Pseudo-Serienschaltung" bilden, ist der insgesamt auftretende Spannungs­ abfall gleich dem Spannungsabfall, der an einem erfindungsgemäßen Schaltgerät auf­ tritt.

Im folgenden wird die Erfindung anhand einer lediglich Ausführungsbeispiele dar­ stellenden Zeichnung nochmals erläutert. Es zeigt

Fig. 1 schematisch, ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel eines erfindungsge­ mäßen Schaltgerätes und

Fig. 2 eine Schaltungsanordnung mit einer Mehrzahl von erfindungsgemäßen Schaltgeräten.

Die Fig. 1 zeigt, stark schematisiert, ein elektronisches, nämlich berührungslos arbei­ tendes Schaltgerät, mit einem nicht dargestellten Anwesenheitsindikator, z. B. einem Oszillator, und mit einem von dem Anwesenheitsindikator - ggf. über einen nicht dar­ gestellten Schaltverstärker - steuerbaren, ebenfalls nicht dargestellten elektronischen Schalter. Bestandteil des erfindungsgemäßen elektronischen Schaltgerätes ist also zunächst ein üblicher, hinlänglich bekannter induktiver Näherungsschalter 1.

Wie die Fig. 1 zeigt, ist der induktive Näherungsschalter 1 ausgangsseitig an einen Eingang 2 eines UND-Gliedes 3 angeschlossen. Durch den anderen Eingang 4 des UND-Gliedes 3 werden der Steuereingang 5 und durch den Ausgang 6 des UND- Gliedes 3 der Steuerausgang 7 des Schaltgerätes dargestellt.

Bei den elektronischen Schaltgeräten, von denen die Erfindung ausgeht, stellt der elektronische Schalter praktisch den Steuerausgang des Schaltgerätes dar; über den elektronischen Schalter fließt der Laststrom des Stromkreises, in dem das elektroni­ sche Schaltgerät vorgesehen ist. Der elektronische Schalter hat natürlich zwei Last­ stromführungsanschlüsse (und in der Regel einen Steueranschluß), wobei einer dieser beiden Laststromführungsanschlüsse der Laststromausgang ist, hier Steuerausgang genannt. Berücksichtigt man dies, dann gilt für das in Fig. 1 dargestellte elektronische Schaltgerät auch, daß der elektronische Schalter - mit seinem Laststromausgang - an den Eingang 2 des UND-Gliedes 3 angeschlossen ist. Die bekannten elektronischen Schaltgeräte, von denen die Erfindung ausgeht, weisen einen Steuereingang der Art nicht auf, der bei dem erfindungsgemäßen elektronischen Schaltgerät in Form des an­ deren Eingangs 4 des UND-Gliedes 3 vorgesehen ist. Der bei dem erfindungsge­ mäßen elektronischen Schaltgerät vorgesehene Steuerausgang 7, dargestellt durch den Ausgang 6 des UND-Gliedes 3, entspricht dem Laststromführungsanschluß des elektronischen Schalters des bekannten elektronischen Schaltgerätes, der bei diesem bekannten elektronischen Schaltgerät insgesamt den Steuerausgang des Schaltgerä­ tes darstellt.

Die Fig. 2 zeigt nun eine Schaltungsanordnung mit einer Mehrzahl von erfindungs­ gemäßen Schaltgeräten, beispielsweise nach Fig. 1; konkret sind bei der in Fig. 2 dar­ gestellten Schaltungsanordnung drei erfindungsgemäße Schaltgeräte vorgesehen. Dabei sind der Steuerausgang 7 des ersten Schaltgerätes mit dem Steuereingang 5 des zweiten Schaltgerätes und der Steuerausgang 7 des zweiten Schaltgerätes mit dem Steuereingang 5 des dritten Schaltgerätes verbunden.

Für das erfindungsgemäße elektronische Schaltgerät gilt, daß das UND-Glied 3 dann einen leitenden Ausgang 6 hat, der Steuerausgang 7 des erfindungsgemäßen Schalt­ gerätes also leitend ist, wenn an den beiden Eingängen 2 und 4 des UND-Gliedes 3 ein über einer Ansprechschwelle liegendes Steuersignal anliegt. Dieses Steuersignal kommt einerseits, und zwar an den Eingang 2 des UND-Gliedes 3, vom nicht darge­ stellten elektronischen Schalter, also praktisch vom Ausgang des induktiven Nähe­ rungsschalters 1, wird andererseits, und zwar an den Eingang des UND-Gliedes 3, über den Steuereingang 5 zugeführt.

Bei dem erfindungsgemäßen elektronischen Schalter ersetzt, gleichsam von außen ge­ sehen, das UND-Glied 3 funktionell den elektronischen Schalter, der bei den bekann­ ten Schaltgeräten, von denen die Erfindung ausgeht, den Laststrom des Stromkreises führt, in dem ein solches Schaltgerät vorgesehen ist. Über das UND-Glied 3 des erfin­ dungsgemäßen elektronischen Schaltgerätes fließt also der Laststrom des Strom­ kreises, in dem das erfindungsgemäße elektronische Schaltgerät vorgesehen ist.

Für das erfindungsgemäße elektronische Schaltgerät gilt, daß der Spannungsabfall, der am leitenden Schaltgerät auftritt, der Spannungsabfall ist, der an dem - gleichsam als elektronischer Schalter wirkenden - UND-Glied 3 auftritt.

Die erfindungsgemäße Ausbildung des Schaltgerätes und die in Fig. 2 dargestellte "Pseudo-Serienschaltung" von mehreren erfindungsgemäßen Schaltgeräten führt da­ zu, daß sich die Spannungsabfälle an jedem erfindungsgemäßen Schaltgerät nicht auf­ summieren. Unabhängig davon, welche Anzahl erfindungsgemäßer Schaltgeräte die in Fig. 2 dargestellte "Pseudo-Serienschaltung" bilden, ist der insgesamt auftretende Spannungsabfall gleich dem Spannungsabfall, der an einem erfindungsgemäßen Schaltgerät auftritt.

Hinsichtlich der in Fig. 2 dargestellten Schaltungsanordnung mit einer Mehrzahl von erfindungsgemäßen Schaltgeräten ist noch darauf hinzuweisen, daß hier dargestellt ist, daß jedes Schaltgerät - neben dem Steuereingang 5 und dem Steuerausgang 7 - zwei Spannungs- bzw. Stromversorgungsanschlüsse 8, 9 aufweist, die in Fig. 1 nicht dargestellt sind. Der Steuereingang 5 des ersten Schaltgerätes liegt, wie die Span­ nungs- bzw. Stromversorgungsanschlüsse 8, am Pluspol der Versorgungsspannung UB. Zwischen dem Steuerausgang 7 des dritten, also des letzten Schaltgerätes und dem Minuspol der Versorgungsspannung UB ist als Last ein Relais 10 vorgesehen. Sind alle Schaltgeräte beeinflußt, also alle elektronischen Schalter der einen Bestand­ teil der elektronischen Schaltgeräte bildenden induktiven Näherungsschalter 1 lei­ tend, dann sind auch alle UND-Glieder 3 leitend und vom Pluspol der Versorgungs­ spannung UB fließt über das UND-Glied 3 des letzten Schaltgerätes und das Relais 11 der Laststrom.

Schließlich sei noch darauf hingewiesen, daß bei Einsatz von erfindungsgemäßen Schaltgeräten in einer Schaltungsanordnung gemäß Fig. 2 die Funktionsfähigkeit aller Schaltgeräte einfach überprüft werden kann, nämlich dadurch daß das erste Schaltgerät zur Überprüfung der Funktionsfähigkeit aller Schaltgeräte beeinflußt wird. Wenn auch nur ein Schaltgerät nicht in Ordnung ist, so ist dann auch das letzte Schaltgerät nicht leitend.

Claims (2)

1. Elektronisches, vorzugsweise berührungslos arbeitendes Schaltgerät, mit einem Anwesenheitsindikator, z. B. einem Oszillator, und mit einem von dem Anwesenheits­ indikator - ggf. über einen Schaltverstärker - steuerbaren elektronischen Schalter, da­ durch gekennzeichnet, daß der elektronische Schalter an einen Eingang (2) eines UND-Gliedes (3) angeschlossen ist und der andere Eingang (4) des UND-Gliedes (3) den Steuereingang (5) und der Ausgang (6) des UND-Gliedes (3) den Steuerausgang (7) des Schaltgerätes darstellen.

2. Schaltungsanordnung mit einer Mehrzahl von Schaltgeräten nach Anspruch 1, da­ durch gekennzeichnet, daß der Steuerausgang (7) des ersten Schaltgerätes mit dem Steuereingang (5) des zweiten Schaltgerätes, der Steuerausgang (7) des zweiten Schaltgerätes mit dem Steuereingang (5) des dritten Schaltgerätes, . . . und der Steuerausgang (7) des (n-1)-ten Schaltgerätes mit dem Steuereingang (5) des n-ten Schaltgerätes verbunden sind.