DE19716914C1 - Näherungsschalter mit Spulendrahtbrucherkennung - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Näherungsschalter mit einem Oszillator mit Schwingkreis, mit antivalentem Schalt­ ausgang und mit einer Kurzschluß- und Überlasterkennungsstu­ fe, die bei Kurzschluß und Überlast die beiden Schaltausgänge gleichzeitig abschaltet.

Ein solcher Nähe­ rungsschalter ist beispielsweise durch die DE 41 23 828 C1 bekannt. Das Blockschaltbild nach Fig. 2 zeigt einen Näherungsschalter in Vierleitertechnik mit antivalentem Ausgang, d. h. mit zwei Schaltausgängen, die stets einen entgegengesetzten Schaltzu­ stand besitzen. Es umfaßt folgende Komponenten: Einen Oszil­ lator 1, einen Schmitt-Trigger 2, eine Inverterstufe 3, einen Schließer-Schaltausgang 4, einen Öffner-Schaltausgang 5, eine Überlast- und Kurzschlußerkennungsstufe 6 und einen Span­ nungsregler 7 für die interne Spannungsversorgung. Der Oszil­ lator 1 ist über den Spannungsregler 7 für die interne Span­ nungsversorgung mit Spannungs-Anschlußklemmen verbunden. Dem Oszillator 1 ist als Schaltverstärker der Schmitt-Trigger 2 nachgeschaltet, über dessen Ausgang die beiden Schaltausgän­ ge, d. h. der Schließer 4 und der Öffner 5 angesteuert werden. Vor dem Öffner 5 liegt hier die Inverterstufe 3. Bei Überlast oder Kurzschluß schaltet die Überlast- und Kurzschlußerken­ nungsstufe 6 die beiden Schaltausgänge 4 und 5 ab.

In der Literaturstelle (B. Tigges, Funktionsüberwachte induk­ tive Näherungsschalter, in der Zeitschrift industrie-elektrik + elektronik, 31. Jahrgang, 1986, Nr. 6, Seiten 38, 40) ist ein Näherungsschalter offenbart, bei dem eine Sensordraht­ bruch-Erkennungsschaltung vorgesehen ist, die einen für den Drahtbruch bzw. Leitungsbruch spezifischen Zustand auswertet.

Der Näherungsschalter ist mit einer Überwachungselektronik ausgebildet, die den Ausgang sowohl im Kurzschlußfall als auch im Fall eines Drahtbruches beeinflußt.

In der DE-OS 21 66 021 ist ein elektronischer Näherungsschal­ ter offenbart, der nicht nur auf Zerstörungen und Beschädi­ gungen elektronischer Bauelemente, sondern auch auf mechani­ sche Beschädigungen überwacht wird. Hierzu ist eine logische Vergleichsschaltung mit zwei Eingängen vorgesehen, an denen einerseits eine am Oszillator und andererseits eine am Aus­ gang des Näherungsschalters abgegriffene Spannung liegt. Für die Dauer einander entsprechender Betriebsbedingungen liegt an einer Ausgangsleitung einer mit dem Oszillator verbundenen Überwachungsschaltung ein stetiges Prüfsignal an.

Zu den derzeit bei bekannten Näherungsschaltern erkennbaren Störungen gehört z. B. das Fehlen der Stromversorgung, eine Unterbrechung der Verbindungsleitung zum Näherungsschalter und das Vorliegen eines Kurzschlusses.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei einem Nähe­ rungsschalter der obengenannten Art auf einfache Weise einen Drahtbruch der Schwingkreisspule des Oszillators zu erfassen.

Die Aufgabe wird mit den Merkmalen des Patentanspruchs ge­ löst.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird im folgenden an­ hand einer Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 ein Blockschaltbild eines Vierleiter-Näherungsschal­ ters mit einer Sensordrahtbruch-Erkennungsschaltung,

Fig. 2 ein Blockschaltbild eines bekannten Vierleiter-Näh­ erungsschalters und

Fig. 3 ein Teil des Blockschaltbildes gemäß Fig. 1 mit dem Oszillator, der Überlast- und Kurzschlußerkennungs­ stufe und der dazwischengeschalteten Sensordraht­ bruch-Erkennungsschaltung.

In Fig. 1 ist ein Blockschaltbild eines erfindungsgemäßen Vierleiter-Näherungsschalters dargestellt, der gegenüber dem eingangs beschriebenen Blockschaltbild für einen bekannten Näherungsschalter gemäß Fig. 1 zusätzlich eine Sensordraht­ bruch-Erkennungsschaltung 8 aufweist. Die übrigen Komponenten 1 bis 7 stimmen mit den bereits beschriebenen Komponenten ge­ mäß Fig. 2 überein. Die Sensordrahtbruch-Erkennungsschaltung 8 ist zwischen den Oszillator 1 und die Überlast- und Kurz­ schlußerkennungsstufe 6 geschaltet. Sie spricht bei Draht­ bruch der Schwingkreisspule S des Oszillators an und beein­ flußt über ihren Ausgang die Überlast- und Kurzschlußerken­ nungsstufe 6 derart als würde eine Überlast oder ein Kurz­ schluß vorliegen. Es wird also eine Überlast bzw. ein Kurz­ schluß simuliert, was die Abschaltung des antivalenten Schaltausgangs 4, 5 zur Folge hat.

In Fig. 3 ist die Sensordrahtbruch-Erkennungsschaltung 8 in Verbindung mit dem Oszillator 1 mit Schwingkreis S, K und der Überlast und Kurzschlußerkennungsstufe 6 näher dargestellt. Zwischen zwei Anschlußklemmen I und O ist der aus der Spule S und dem Kondensator K bestehende Schwingkreis angeschlossen. Die weitere Schaltung des Oszillators 1 besteht im wesentli­ chen aus zwei Zweigen. Der erste Zweig umfaßt einen ersten ohmschen Widerstand R1 und einen ersten Transistor V1. Der zweite Zweig enthält einen zweiten ohmschen Widerstand R2, einen dritten Transistor V3, einen vierten Transistor V4 so­ wie einen vierten ohmschen Widerstand R4. Zwischen einem Ver­ bindungspunkt 11 und der Anschlußklemme I liegt die Reihen­ schaltung aus dem Widerstand R1 und der Kollektor-Emitter- Strecke des ersten Transistors V1. Zwischen dem Verbindungs­ punkt 11 und einem zweiten Verbindungspunkt 12 liegt die Rei­ henschaltung aus dem zweiten ohmschen Widerstand R2 und der Kollektor-Emitter-Strecke des dritten Transistors V3, die Kollektor-Emitter-Strecke des vierten Transistors V4 und schließlich der vierte ohmsche Widerstand R4, der als ver­ stellbarer Widerstand ausgeführt sein kann. Der Verbindungs­ punkt 12 ist direkt mit der Anschlußklemme O zum Schwingkreis S, K verbunden. Die Basis des ersten Transistors V1 ist über einen dritten Verbindungspunkt 13 mit der Basis des dritten Transistors V3 verbunden. Ein zweiter Transistor V2, dessen Emitter an einem Verbindungspunkt 16 zwischen dem Kollektor des ersten Transistors V1 und der Anschlußklemme I liegt, ist über einen vierten Verbindungspunkt 14 mit der Basis des vierten Transistors V4 verbunden. Der Transistor V2 ist als Diode geschaltet. Zwischen beiden Verbindungspunkten 13 und 14 liegt ein dritter ohmscher Widerstand R3. Zwischen den Verbindungspunkten 11 und 12 liegt eine Kapazität C1. Der Schaltungsteil zwischen den Verbindungspunkten 11 und 12 ist in Reihe zu einem fünften ohmschen Widerstand R5 an die Span­ nungsversorgung U0 angeschlossen. Die Spannungsversorgung U0 wird im Schaltgerät durch den in Fig. 1 dargestellten Span­ nungsgeber 7 bereitgestellt.

Erfindungsgemäß ist zwischen dem Verbindungspunkt 16 und dem zwischen dem Emitter des Transistors V4 und den vierten ohm­ schen Widerstand R4 liegenden Verbindungspunkt 17 die Sensor­ drahtbruch-Erkennungsschaltung 8 zwischenschaltbar. Diese besteht aus einem Transistor V5 und einem vorgeschalteten Tiefpaß aus einem weiteren ohmschen Widerstand R6 und einem Kondensator C2. Der Widerstand R6 liegt zwischen dem Verbin­ dungspunkt 16 und der Basis des Transistors V5, der Kondensa­ tor C2 zwischen der Basis und dem Emitter des Transisotrs V5, wobei letzterer an den Verbindungspunkt 17 geführt ist. Der Kollektor des Transistors V5 ist mit der Überlast- und Kurz­ schlußerkennungsstufe 6 verbunden.

Im folgenden wird die Funktion der Schaltung näher erläutert. liegt an den Anschlußklemmen O und I eine Momentanspannung UE an, so steht am Widerstand R4 in etwa die gleiche Spannung an, da sich die Basisemitterspannungen der beiden Transisto­ ren V2 und V4 kompensieren. In diesem Fall fließt durch den Widerstand R4, über die Kollektor-Emitter-Strecke der Transi­ storen V3 und V4 und den widerstand R2 der gleiche Strom

da wegen der Stromverstärkung B die Basisströme vernachläs­ sigt werden können. Der Strom I2 erzeugt am Widerstand R2 den Spannungsabfall

Da sich ebenfalls die Basisemitterspannungen der Transistoren V1 und V3 nahezu kompensieren, sind die Spannungen an den Wi­ derständen R2 und R1 praktisch identisch. Es fließt demnach durch den Widerstand R1 über die Kollektor-Emitter-Strecke das Transistors V1 ein Strom

Sind die Widerstände R1 und R2 gleich groß, so beträgt der Strom

bzw. der Eingangswiderstand

Der Widerstand R4 wird also in einen negativen Widerstand RE = -R4 abgebildet. Mit dem Widerstand R4 kann beispielswei­ se der Schaltpunktabgleich durchgeführt werden. Es sind neben R1 = R2 auch andere Widerstandsverhältnisse möglich. Der Widerstand R3 erzeugt die Vorspannung der Basis-Emitter- Strecken der einzelnen Transistoren V1, V2, V3 und V4. Auf die daraus resultierenden Ruheströme, d. h. die Gleichspan­ nungsarbeitspunkteinstellung, und die Spannungsversorgung U0 wird hier nicht näher eingegangen. In Verbindung mit einem LC-Schwingkreis an den Anschlußklemmen O und I lassen sich somit technisch einfache und temperaturstabile Oszillatorstu­ fen, insbesondere für induktive Näherungsschalter, realisie­ ren. Anstelle des Widerstands R3 zur Erzeugung der Vorspan­ nung für die Transistoren können alternativ auch zwei Gleich­ stromquellen eingesetzt werden, von denen die eine zwischen den Verbindungspunkten 11 und 14 liegt und die andere zwi­ schen den Verbindungspunkten 13 und 12.

Die Sensordrahtbruch-Erkennungsschaltung 8 nutzt folgende Ei­ genschaften des Oszillators 1 aus. Im bedämpften Zustand und bei unbedämpfter Schwingung sind zumindest in den positiven Halbwellen die Emitterpotentiale der Transistoren V2 und V4 gleich, so daß der Transistor V5 nicht angesteuert wird und dieser sich im gesperrten Zustand befindet. Der Tiefpaß R6/C2 entkoppelt die negativen Halbwellen.

Bei Unterbrechung der Oszillatorspule S steigt das Potential am Emitter des Transistor V2 wesentlich höher an als das des Emitters V4. Daraufhin geht der Transistor V5 vom gesperrten in den leitenden Zustand über und bewirkt über die Überlast- und Kurzschlußerkennungsstufe 6, daß beide Schaltausgänge 4 und 5 gesperrt werden. Anstelle des Bipolartransistors V5 können selbstverständlich auch andere Halbleiterbauelemente, wie z. B. MOS-Transistoren eingesetzt werden.

Bei Drahbruch der Oszillatorspule S schaltet also der Transi­ stor V5 durch und steuert die Überlast- und Kurzschlußerken­ nungsstufe 6 an, wodurch in dieser ein ansonsten nur bei Kurzschluß oder Überlast auftretender Zustand simuliert wird. Im vorliegenden Fall wird über den leitend werdenden Transi­ stor V5 ein hier nicht dargestellter Kondensator in der Über­ last- und Kurzschlußerkennungsstufe 6 entladen. Dies führt ebenso wie bei Kurzschluß und Überlast dazu, daß die Über­ last- und Kurzschlußerkennungsstufe 6 die antivalenten Schaltausgänge 4 und 5 ausschaltet.

Durch Hinzufügen der Sensordrahtbruch-Erkennungsschaltung 6 kann mit geringem Mehraufwand bei Vierleiter-Näherungsschal­ tern von einer angeschalteten Steuerung aus mit Hilfe der An­ tivalenzkontrolle zusätzlich eine Überwachung auf Unterbre­ chung der Schwingkreisspule S des Oszillators 1 erfolgen.

Obwohl die vorliegende Erfindung unter Bezugnahme auf die in der beigefügten Zeichnung dargestellte Ausführungsform erläu­ tert ist, sollte berücksichtigt werden, daß damit nicht beab­ sichtigt ist, die Erfindung nur auf die dargestellte Ausfüh­ rungsform zu beschränken, sondern alle möglichen Änderungen, Modifizierungen und äquivalente Anordnungen, soweit sie vom Inhalt der Patentansprüche gedeckt sind, einzuschließen.

Claims (1)

1. Näherungsschalter mit einem Oszillator (1) mit Schwingkreis (S, K), mit antivalentem Schaltausgang (4, 5) und mit einer Überlast- und Kurzschlußerkennungsstufe (6), die bei Kurz­ schluß und Überlast die beiden Schaltausgänge (4, 5) gleich­ zeitig abschaltet, dadurch gekennzeichnet, daß eine Sensordrahtbruch-Erkennungsschaltung (8) vorgesehen ist, die einen für den Drahtbruch der Schwingkreisspule (S) des Oszillators (1) spezifischen Zustand auswertet und über ihren Ausgang die Überlast und Kurzschlußerkennungsstufe (6) derart beeinflußt, als würde ein Kurzschluß oder eine Über­ lastung vorliegen, wobei die Sensordrahtbruch-Erkennungs­ schaltung (8) eine ausschließlich bei Drahtbruch der Schwing­ kreisspule (5) auftretende Spannung zwischen dem Schwingkreis (SK) und einem Abgleichwiderstand (R4) des Oszillators (1) abgreift.