DE19906342C2 - Elektronisches, vorzugsweise berührungslos arbeitendes Schaltgerät - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein elektronisches, vorzugsweise berührungslos arbeitendes Schaltgerät, mit einem ersten Schaltgeräteanschluß, mit einem zweiten Schaltgeräte­ anschluß, mit einer einen von außen beeinflußbaren Anwesenheitsindikator und eine Betriebsspannungsversorgungsschaltung für die Zurverfügungstellung der intern benötigten Betriebsspannung (= interne Betriebsspannung) enthaltenden Sensor- und Auswerteschaltung und mit einem von der Sensor- und Auswerteschaltung steu­ erbaren elektronischen Schalter, z. B. einem Schalttransistor, wobei die Sensor- und Auswerteschaltung einerseits und der elektronische Schalter andererseits zumindest im wesentlichen parallel geschaltet und mit dem ersten Schaltgeräteanschluß und dem zweiten Schaltgeräteanschluß verbunden sind. Ein solches Schaltgerät ist aus der deutschen Patentschrift 42 09 396 bekannt.

Zu der zuvor gegebenen Beschreibung des elektronischen Schaltgerätes, von dem die Erfindung ausgeht, erläuternd folgendes:

Das Schaltgerät, von dem die Erfindung ausgeht, weist einen ersten Schaltgerätean­ schluß und einen zweiten Schaltgeräteanschluß auf; es handelt sich also um ein soge­ nanntes 2-Leiter-Schaltgerät. Bei einem solchen 2-Leiter-Schaltgerät muß an einen Schaltgeräteanschluß die Versorgungsspannung (= äußere Betriebsspannung) ange­ schlossen werden, während an den anderen Schaltgeräteanschluß eine Last anzu­ schließen ist, an die dann die Versorgungsspannung anzuschließen ist. Im durchge­ schalteten Zustand fließt dann der Laststrom von einem Pol der Versorgungsspan­ nung über das Schaltgerät, überwiegend über den leitend gesteuerten elektronischen Schalter, und über die Last zum anderen Pol der Versorgungsspannung (oder umge­ kehrt).

Die bei dem Schaltgerät der in Rede stehenden Art verwirklichte Sensor- und Aus­ werteschaltung kann ganz unterschiedlich ausgeführt sein; wie sie ausgeführt ist, ist für die Lehre der Erfindung praktisch ohne Bedeutung. Das gilt auch für die Ausfüh­ rung des Anwesenheitsindikators und für die Ausführung der Betriebsspannungsver­ sorgungsschaltung. Üblicherweise sind ein Teil des Anwesenheitsindikators, zumin­ dest ein Teil der Betriebsspannungsversorgungsschaltung und zumindest ein Teil dessen, was zu der Sensor- und Auswerteschaltung sonst noch gehört, in einem IC (IC = integrierter Schaltkreis) verwirklicht. Das muß jedoch nicht sein. Bei dem in Rede stehenden elektronischen Schaltgerät kann vielmehr, auch wenn das heute nicht mehr üblich ist, die Sensor- und Auswerteschaltung vollständig aus diskreten Bauelementen aufgebaut sein.

Schließlich ist in Bezug auf das elektronische Schaltgerät, von dem die Erfindung ausgeht, eingangs gesagt, daß die Sensor- und Auswerteschaltung einerseits und der elektronische Schalter andererseits zumindest im wesentlichen parallel geschaltet und mit dem ersten Schaltgeräteanschluß und dem zweiten Schaltgeräteanschluß verbun­ den sind. Mit "zumindest im wesentlichen parallel geschaltet" ist gemeint, daß das Schaltgerät, in Bezug auf die Schaltgeräteanschlüsse, praktisch zwei parallele Strompfade hat, nämlich einen Strompfad über die Sensor- und Auswerteschaltung und den anderen Strompfad über den elektronischen Schalter. Folglich fällt unter die Beschreibung "zumindest im wesentlichen parallel geschaltet" auch eine Ausfüh­ rungsform, bei der z. B. in Reihe zu dem elektronischen Schalter noch eine Zenerdi­ ode oder eine Verpolschutzdiode oder ein Kurzschlußstromerkennungswiderstand liegt, wobei dann diese Reihenschaltung parallel zu der Sensor- und Auswerteschal­ tung liegt.

Elektronische Schaltgerät der zuvor beschriebenen Art sind kontaktlos ausgeführt und werden seit mehr als zwanzig Jahren in zunehmendem Maße anstelle von elektri­ schen, mechanisch betätigten Schaltgeräten, die kontaktbehaftet ausgeführt sind, ver­ wendet, insbesondere in elektrischen bzw. elektronischen Meß-, Steuer- und Regel­ schaltungen. Das gilt insbesondere für Näherungsschalter, d. h. für elektronische Schaltgeräte, 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 Be­ einflussungselement, für das der entsprechende Näherungsschalter sensitiv ist, dem Näherungsschalter 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 elektroni­ sche Schalter 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.)

Bei elektronischen Schaltgeräten, die über einen Außenleiter mit einem Pol einer Ver­ sorgungsspannung und nur über einen weiteren Außenleiter mit einem Anschluß ei­ ner Last verbindbar sind, d. h. bei 2-Leiter-Schaltgeräten, ist die Zurverfügungstel­ lung der intern benötigten Betriebsspannung (= interne Betriebsspannung) bzw. des benötigten Betriebsstroms nicht unproblematisch, weil ja sowohl im leitenden Zu­ stand als auch im gesperrten Zustand des Schaltgerätes 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 intern, nämlich für den Anwesenheitsin­ dikator und andere Schaltungsteile der Sensor- und Auswerteschaltung, selbstver­ ständlich elektrische Leistung benötigt wird, also sowohl eine interne Betriebsspan­ nung als auch ein Betriebsstrom benötigt werden (vgl. die ausführliche Darstellung dieses Sachverhaltes in der deutschen Auslegeschrift 23 30 233, insbesondere Spalte 5, Zeile 68, bis Spalte 6, Zeile 33).

Von ihrer Funktion als Schaltgeräte her soll bei 2-Leiter-Schaltgeräten im leitenden Zustand praktisch kein Spannungsabfall auftreten und im gesperrten Zustand prak­ tisch kein Strom fließen. Da aber dann, wenn bei 2-Leiter-Schaltgeräten im leitenden Zustand kein Spannungsabfall aufträte, auch keine interne Betriebsspannung ge­ wonnen werden könnte, und dann, wenn im gesperrten Zustand kein Strom flösse, auch kein Betriebsstrom gewonnen werden könnte, gilt für alle elektronischen Schaltgeräte mit nur zwei Außenleitern, daß im leitenden Zustand ein Spannungsab­ fall auftritt und im gesperrten Zustand ein Reststrom fließt.

Aus dem, was zuvor im einzelnen ausgeführt worden ist, folgt, daß dann, wenn schon ungewollt, aber funktionsnotwendig bei elektronischen 2-Leiter-Schaltgeräten im lei­ tenden Zustand ein Spannungsabfall auftritt und im gesperrten Zustand ein Rest­ strom fließt, der Spannungsabfall und der Reststrom so gering wie möglich sein sollen. Der Problemkreis "Reduzierung des Spannungsabfalls im leitenden Zustand des Schaltgerätes" ist bereits ausführlich in den deutschen Offenlegungsschriften bzw. Auslegeschriften bzw. Patentschriften 19 51 137, 21 27 956, 26 13 423, 27 11 877, 28 08 156, 29 22 309 und 33 20 975 behandelt.

Im übrigen sind neben den zuvor im einzelnen behandelten 2-Leiter-Schaltgeräten auch 3-Leiter-Schaltgeräte bekannt, also elektronische Schaltgeräte, die drei Schalt­ geräteanschlüsse aufweisen. Bei diesen Schaltgeräten ist die Versorgungsspannung an zwei Schaltgeräteanschlüsse anzuschließen, während an den dritten Schaltgeräte­ anschluß die Last anzuschließen ist, an die im übrigen die Versorgungsspannung an­ zuschließen ist. Bei 3-Leiter-Schaltgeräten, die als Gleichstromgeräte ausgeführt sind, also bei 3-Leiter-DC-Schaltgeräten unterscheidet man zwischen solchen, die plus­ schaltend sind, und solchen, die minusschaltend sind, - je nachdem, ob der dritte Schaltgeräteanschluß - und damit die daran angeschlossene Last - über den elektroni­ schen Schalter zu dem das Pluspotential der Versorgungsspannung führenden Schaltgeräteanschluß oder zu dem das Minuspotential der Versorgungsspannung führenden Schaltgeräteanschluß durchgeschaltet wird. Es gibt auch 4-Leiter-DC- Schaltgeräte, die einen Schaltgeräteanschluß haben, der durch einen elektronischen Schalter zu dem das Pluspotential der Versorgungsspannung führenden Schaltgerä­ teanschluß durchgeschaltet wird, und die einen weiteren Schaltgeräteanschluß haben, der durch einen weiteren elektronischen Schalter zu dem das Minuspotential der Ver­ sorgungsspannung führenden Schaltgeräteanschluß durchgeschaltet wird. Diese 4- Leiter-DC-Schaltgeräte können also wahlweise plusschaltend oder minusschaltend verwendet werden, abhängig davon, an welchen von den beiden dafür vorgese­ henen Schaltgeräteanschlüssen die Last angeschlossen wird. Es gibt aber auch 3-Lei­ ter-DC-Schaltgeräte, die wahlweise plusschaltend oder minusschaltend verwendet werden können, die also entsprechend programmierbar sind.

2-Leiter-Schaltgeräte haben aber gegenüber 3-Leiter-Schaltgeräten natürlich nicht nur die zuvor beschriebenen systembedingten Nachteile, daß im leitenden Zustand ein Spannungsabfall auftritt und im gesperrten Zustand ein Reststrom fließt, sie haben natürlich auch den systembedingten Vorteil, daß nur zwei Leitungen installiert und angeschlossen werden müssen. Gleichwohl werden umfangreich 3-Leiter-Schaltge­ räte eingesetzt, nämlich dann, wenn die systembedingten Nachteile von 2-Leiter- Schaltgeräten, Spannungsabfall im leitenden Zustand und Reststrom im gesperrten Zustand, nicht hingenommen werden können.

Eingangs ist bereits ausgeführt worden, daß bei 2-Leiter-Schaltgeräten die Sensor- und Auswerteschaltung einerseits und der elektronische Schalter andererseits zumin­ dest im wesentlichen parallel geschaltet sind. Demgegenüber gilt für 3-Leiter-Schalt­ geräte, daß die Sensor- und Auswerteschaltung einerseits und die Reihenschaltung aus dem elektronischen Schalter und der Last andererseits parallel geschaltet sind. In beiden Fällen muß für die Sensor- und Auswerteschaltung eine bestimmte Mindest­ spannung zur Verfügung stehen, nämlich etwa 2,5 V. Einerseits bestimmt diese Min­ destspannung bei 2-Leiter-Schaltgeräten den Spannungsabfall, der im leitenden Zu­ stand des Schaltgerätes auftreten muß. Andererseits gibt diese Mindestspannung bei 3-Leiter-Schaltgeräten die minimale Versorgungsspannung vor.

Zwischenzeitlich ist es gelungen, 2-Leiter-Schaltgeräte zu realisieren, und zwar auch in verpolfester Ausführung, die im leitenden Zustand nur noch einen Spannungsab­ fall von etwa 2,5 V haben (vgl. dazu den Offenbarungsgehalt der nachveröffentlich­ ten deutschen Offenlegungsschrift 199 05 170). Folglich können solche 2-Leiter- Schaltgeräte nunmehr auch dort eingesetzt werden, wo bisher 2-Leiter-Schaltgeräte des funktionsnotwendigen Spannungsabfalls im leitenden Zustand wegen nicht ein­ gesetzt werden konnten, vielmehr 3-Leiter-Schaltgeräte eingesetzt worden sind. Das gilt insbesondere für die Verwendung solcher Schaltgeräte in Verbindung mit sy­ stemprogrammierbaren Steuerungen (SPS) Die SPS-Norm sieht als Maximalwert für Restspannung 5 V vor, tatsächlich wird jedoch eine Restspannung von etwa 2,5 V verlangt.

Steht der an sich gewünschten Verwendung von 2-Leiter-Schaltgeräten deren Span­ nungsabfall im leitenden Zustand nicht mehr entgegen, so verbleibt gleichwohl noch ein Hindernis für die an sich gewünschte Verwendung von 2-Leiter-Schaltgeräten dort, wo bisher 3-Leiter-Schaltgeräte verwendet worden sind. 2-Leiter-Schaltgeräte benötigen nämlich im leitenden Zustand einen Laststrom von mindestens etwa 5 mA, im übrigen, wie eingangs erläutert, im gesperrten Zustand einen Reststrom, der heute bei mindestens etwa 0,5 mA liegt.

Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, ein völlig neues Schaltgerät zur Ver­ fügung zu stellen, das zunächst ein 2-Leiter-Schaltgerät ist, also immer dann als 2-Lei­ ter-Schaltgerät eingesetzt werden kann, wenn systembedingte Nachteile von 2-Lei­ ter-Schaltgeräten der Verwendung dieser Schaltgeräte nicht entgegenstehen, das aber dann als 3-Leiter-Schaltgerät eingesetzt werden kann, wenn es als 2-Leiter- Schaltgerät nicht verwendet werden kann.

Das erfindungsgemäße Schaltgerät, bei dem die zuvor hergeleitete und aufgezeigte Aufgabe gelöst ist, ist zunächst und im wesentlichen dadurch gekennzeichnet, daß ein dritter Schaltgeräteanschluß vorgesehen ist und daß zwischen dem zweiten Schaltgeräteanschluß und dem dritten Schaltgeräteanschluß eine im leitenden Zu­ stand des Schaltgerätes wirksame Stromerhöhung oder/und eine im gesperrten Zu­ stand des Schaltgerätes wirksame Spannungsreduzierung bzw. -begrenzung vorge­ sehen ist bzw. sind.

Das erfindungsgemäße Schaltgerät ist zunächst, wie weiter oben ausgeführt, ein übli­ ches 2-Leiter-Schaltgerät, bei dem die Sensor- und Auswerteschaltung einerseits und der elektronische Schalter andererseits zumindest im wesentlichen parallel geschaltet und mit dem ersten Schaltgeräteausgang und dem zweiten Schaltgeräteausgang ver­ bunden sind. Folglich fließt im leitenden Zustand der Laststrom vom ersten Schaltge­ räteanschluß zum zweiten Schaltgeräteanschluß (oder umgekehrt), und zwar zu ei­ nem in der Regel geringen Teil, nämlich nur zu dem funktionsnotwendigen Teil über die Sensor- und Auswerteschaltung, im übrigen über den elektronischen Schalter. Würde man nun einfach nur einen dritten Schaltgeräteanschluß vorsehen und die Versorgungsspannung an den ersten Schaltgeräteanschluß und an den dritten Schaltgeräteanschluß anlegen sowie die Last mit dem zweiten Schaltgeräteanschluß und dem dritten Schaltgeräteanschluß verbinden, so wäre gleichsam die Last funktio­ nal in das Schaltgerät integriert, man hätte aber gegenüber dem bei 2-Leiter-Schaltge­ räten üblichen Anschließen nichts gewonnen, weil nach wie vor im leitenden Zustand ein minimaler Laststrom von mindestens etwa 5 mA und im gesperrten Zustand ein Reststrom von mindestens etwa 0,5 mA über die Last fließen müßten.

Erfindungsgemäß ist nun, wie zuvor bereits ausgeführt, zwischen dem zweiten Schaltgeräteanschluß und dem dritten Schaltgeräteanschluß eine im leitenden Zu­ stand des Schaltgerätes wirksame Stromerhöhung oder eine im gesperrten Zustand des Schaltgerätes wirksame Spannungsreduzierung bzw. -begrenzung vorgesehen bzw. sind zwischen dem zweiten Schaltgeräteanschluß und dem dritten Schaltgeräte­ anschluß eine im leitenden Zustand des Schaltgerätes wirksame Stromerhöhung und eine im gesperrten Zustand des Schaltgerätes wirksame Spannungsreduzierung bzw. -begrenzung vorgesehen. In der Regel ist sowohl eine Stromerhöhung als auch eine Spannungsreduzierung bzw. -begrenzung vorgesehen; dieser Fall soll nachfolgend immer betrachtet werden.

Die erfindungsgemäß vorgesehene, im leitenden Zustand des Schaltgerätes wirksame Stromerhöhung stellt für den vom ersten Schaltgeräteanschluß - über die Sensor- und Auswerteschaltung einerseits und über den elektronischen Schalter andererseits - zum zweiten Schaltgeräteanschluß fließenden Strom ab dem zweiten Schaltgerätean­ schluß einen Parallelweg zur Last dar. Es ist also nicht mehr erforderlich, daß der von der Sensor- und Auswerteschaltung im leitenden Zustand des Schaltgerätes benö­ tigte Betriebsstrom als minimaler Laststrom über die Last fließen muß.

Die erfindungsgemäß vorgesehene, im gesperrten Zustand des Schaltgerätes wirk­ same Spannungsreduzierung bzw. -begrenzung stellt für den vom ersten Schaltgerä­ teanschluß über die Sensor- und Auswerteschaltung zum zweiten Schaltgerätean­ schluß fließenden Reststrom ab dem zweiten Schaltgeräteanschluß einen Parallelweg zur Last dar. Es ist also nicht mehr erforderlich, daß der von der Sensor- und Auswer­ teschaltung benötigte Reststrom über die Last fließt.

Der Ausdruck Stromerhöhung ist hier deshalb gewählt worden, weil mit der mit Stromerhöhung bezeichneten Maßnahme der über die Parallelschaltung von Sensor- und Auswerteschaltung einerseits und elektronischem Schalter andererseits fließende Strom gegenüber dem Strom erhöht wird, der flösse, wenn die Maßnahme Stromerhö­ hung nicht verwirklicht wäre. Der Ausdruck Spannungsreduzierung bzw. -begren­ zung ist deshalb gewählt worden, weil eine Reduzierung bzw. Begrenzung der Span­ nung zwischen dem zweiten Schaltgeräteanschluß und dem dritten Schaltgerätean­ schluß, also eine Reduzierung bzw. Begrenzung des Potentials am zweiten Schaltge­ räteanschluß, zu dem gewünschten Ergebnis führt, daß der im gesperrten Zustand des Schaltgerätes erforderliche, über die Sensor- und Auswerteschaltung fließende Rest­ strom nur zu einem geringen Teil oder gar nicht über die Last fließt.

Bei dem erfindungsgemäßen elektronischen Schaltgerät kann als Stromerhöhung für den zuvor im einzelnen erläuterten Zweck im einfachsten Fall ein Widerstand ver­ wendet werden. Vorteilhafter ist es jedoch, als Stromerhöhung eine Konstantstrom­ quelle vorzusehen. Der durch die Konstantstromquelle vorgegebene Strom kann ge­ nau der Strom sein, der von der Sensor- und Auswerteschaltung im leitenden Zustand des Schaltgerätes als Betriebsstrom benötigt wird. Dann wird ein über die Last fließender Laststrom für die Funktionsfähigkeit des erfindungsgemäßen Schaltgerätes im leitenden Zustand überhaupt nicht benötigt, das Schaltgerät kann also auch dann arbeiten und, über den von außen beeinflußbaren Anwesenheitsindikator, den elek­ tronischen Schalter leitend werden lassen, wenn eine sehr hochohmige Last ange­ schlossen ist oder überhaupt keine Last angeschlossen ist.

Bei dem erfindungsgemäßen Schaltgerät kann als Spannungsreduzierung bzw. -begrenzung ein im gesperrten Zustand des Schaltgerätes leitender elektronischer Schalter vorgesehen sein. Wird dieser voll durchgesteuert, so fließt im gesperrten Zu­ stand des Schaltgerätes der von der Sensor- und Auswerteschaltung benötigte Rest­ strom praktisch ausschließlich über diesen als Spannungsreduzierung bzw. -begrenzung vorgesehenen elektronischen Schalter; der über die Last fließende Rest­ strom geht dann praktisch gegen Null.

Bei einer besonders bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen elektro­ nischen Schaltgerätes ist zwischen dem zweiten Schaltgeräteanschluß und dem drit­ ten Schaltgeräteanschluß eine Konstantstromquelle vorgesehen, die sowohl als Stromerhöhung als auch als Spannungsreduzierung bzw. -begrenzung wirksam ist.

Konstantstromquellen der hier in Rede stehenden Art sind passive Schaltungen, die dazu führen, daß der durch sie fließende Strom trotz unterschiedlicher Spannungen konstant ist. Ein durch eine Konstantstromquelle gewollter konstanter Strom setzt natürlich voraus, daß der Stromkreis, in dem die Konstantstromquelle liegt, den ge­ wollten konstanten Strom überhaupt zuläßt. Konstantstromquellen der hier in Rede stehenden Art können also auch als Strombegrenzungsschaltungen aufgefaßt wer­ den, über die ein bestimmter, durch den gesamten Stromkreis und die in ihm wirkende Spannung vorgegebener Strom fließt, der jedoch auf den vorgegebenen konstanten Strom begrenzt wird. Berücksichtigt man das, so kann die Konstantstromquelle ins­ gesamt so ausgelegt sein, daß im leitenden Zustand des Schaltgerätes der von der Sensor- und Auswerteschaltung benötigte Betriebsstrom als konstanter Strom über die Konstantstromquelle fließt, gleichwohl im gesperrten Zustand des Schaltgerätes nur der über die Sensor- und Auswerteschaltung fließende Reststrom über die Kon­ stantstromquelle fließt. Mit einer entsprechend ausgelegten Konstantstromquelle kann also erreicht werden, daß im leitenden Zustand des Schaltgerätes der von der Sensor- und Auswerteschaltung benötigte Betriebsstrom nicht über die Last fließt und daß im gesperrten Zustand des Schaltgerätes der über die Sensor- und Auswerte­ schaltung fließende Reststrom nicht über die Last fließt. Folglich kann realisiert wer­ den, daß im leitenden Zustand des Schaltgerätes über die Last ein Laststrom fließt, der wesentlich geringer ist als der von der Sensor- und Auswerteschaltung benötigte Be­ triebsstrom, und daß im gesperrten Zustand des Schaltgerätes praktisch kein Rest­ strom über die Last fließt.

Das, was zuvor in Verbindung mit einer Konstantstromquelle für die Stromerhöhung und für die Spannungsreduzierung bzw. -begrenzung ausgeführt worden ist, läßt sich erreichen, ohne daß ein steuerndes oder regelndes Eingreifen von der Sensor- und Auswerteschaltung erforderlich ist.

Konstantstromquellen werden häufig als Stromspiegelschaltungen ausgeführt. Dabei gibt es im Stand der Technik solche ohne eine Rückkopplung zwischen den beiden Spiegeltransistoren und solche mit einer Rückkopplung zwischen den beiden Spie­ geltransistoren. Für das erfindungsgemäße Schaltgerät empfiehlt sich eine Konstant­ stromquelle als Stromspiegelschaltung mit einer Rückkopplung zwischen den Spie­ geltransistoren.

Elektronische Schaltgeräte der hier in Rede stehenden Art werden in der Regel ver­ polfest ausgeführt, d. h. sie weisen mindestens eine Verpolschutzdiode auf. Dies fährt dazu, daß im durchgeschalteten Zustand des Schaltgerätes, in dem eigentlich kein Spannungsabfall auftreten soll, ein an der Verpolschutzdiode entstehender zusätzli­ cher - natürlich unerwünschter - Spannungsabfall auftritt. Ein solcher zusätzlicher Spannungsabfall ist auch gleichbedeutend mit einer Erhöhung der Verlustleistung. Das zuvor Gesagte gilt unabhängig von der Art des Schaltgerätes sowohl für 2-Lei­ ter- als auch für 3-Leiter-Schaltgeräte und sowohl für AC-Schaltgeräte als auch für DC-Schaltgeräte.

In der nachveröffentlichten deutschen Offenlegungsschrift 199 05 170 ist umfang­ reich das Problem behandelt, bei einem verpolfesten Schaltgerät einen möglichst ge­ ringen Spannungsabfall im durchgeschalteten Zustand des Schaltgerätes zu realisie­ ren. Dazu ist vorgesehen, einem Schaltgeräteanschluß als Verpolschutzelement einen invers betriebenen Bipolartransistor nachzuschalten. Inversbetrieb des Bipolartransi­ stors bedeutet dabei, daß zur Steuerung des Bipolartransistors nicht dessen Basis- Emitter-Strecke bzw. dessen Emitter-Basis-Strecke sondern dessen Basis-Kollektor- Strecke bzw. dessen Kollektor-Basis-Strecke verwendet wird. Für einen invers be­ triebenen pnp-Transistor gilt, daß im durchgeschalteten Zustand, und zwar im Sätti­ gungsbetrieb, an der Kollektor-Emitter-Strecke ein sehr geringer Spannungsabfall auftritt, nämlich in der Größenordnung von etwa 10 mV bis maximal 100 mV, und daß die Emitter-Kollektor-Sperrspannung und die Basis-Kollektor-Sperrspannung, die in der Größenordnung der Emitter-Kollektor-Sperrspannung liegt, hinreichend groß sind, so daß der invers betrieben Bipolartransistor als Verpolschutzelement mit hinrei­ chend hoher Sperrspannung wirkt.

Das, was die nachveröffentlichte deutsche Offenlegungsschrift 199 05 170 offenbart, kann auch bei dem erfindungsgemäßen elektronischen Schaltgerät realisiert werden. Folglich wird der Offenbarungsgehalt der nachveröffentlichten deutschen Offenle­ gungsschrift 199 05 170 hiermit ausdrücklich auch zum Offenbarungsgehalt in Ver­ bindung mit dem erfindungsgemäßen elektronischen Schaltgerät gemacht.

Im einzelnen gibt es nun eine Vielzahl von Möglichkeiten, das erfindungsgemäße elektronische Schaltgerät auszugestalten und weiterzubilden. Dazu wird verwiesen einerseits auf die dem Patentanspruch 1 nachgeordneten Patentansprüche, anderer­ seits auf die Beschreibung von Ausführungsbeispielen in Verbindung mit der Zeich­ nung. In der Zeichnung zeigen

Fig. 1 ein Blockschaltbild zur generellen Erläuterung des erfindungsgemäßen elektronischen Schaltgerätes,

Fig. 2 ein Blockschaltbild eines ersten Ausführungsbeispiels eines erfindungs­ gemäßen elektronischen Schaltgerätes,

Fig. 3 ein vereinfachtes Schaltbild eines zweiten Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen elektronischen Schaltgerätes und

Fig. 4 ein Ausführungsbeispiel einer bei dem erfindungsgemäßen Schaltgerät verwirklichten Maßnahme, die sowohl der Stromerhöhung als auch der Spannungsreduzierung bzw. -begrenzung dient.

Die in den Fig. 1 bis 3 - teilweise und teilweise nur schematisch - dargestellten Schalt­ geräte arbeiten berührungslos. Insbesondere kann es sich dabei um induktive, kapa­ zitive oder optoelektronische Näherungsschalter oder um Strömungswächter han­ deln.

Zunächst weisen die in den Fig. 1 bis 3 dargestellten Schaltgeräte auf einen ersten Schaltgeräteanschluß 1 und einen zweiten Schaltgeräteanschluß 2, eine einen von außen beeinflußbaren, nicht dargestellten Anwesenheitsindikator und eine nicht dar­ gestellte Betriebsspannungsversorgungsschaltung für die Zurverfügungstellung der intern benötigten Betriebsspannung (= interne Betriebsspannung) enthaltenden Sen­ sor- und Auswerteschaltung 3 und einen von der Sensor- und Auswerteschaltung 3 steuerbaren elektronischen Schalter 4, z. B. einen Schalttransistor. Wie die Fig. 1 bis 3 zeigen, sind die Sensor- und Auswerteschaltung 3 einerseits und der elektronische Schalter 4 andererseits parallel geschaltet und mit dem ersten Schaltgeräteanschluß 1 und dem zweiten Schaltgeräteanschluß 2 verbunden. Insoweit, als das erfindungsge­ mäße Schaltgeräte bisher beschrieben worden ist, handelt es sich also um ein übliches 2-Leiter-Schaltgerät.

Erfindungsgemäß ist ein dritter Schaltgeräteanschluß 5 vorgesehen und zwischen dem zweiten Schaltgeräteanschluß 2 und dem dritten Schaltgeräteanschluß 5 sind eine im leitenden Zustand des Schaltgerätes wirksame Stromerhöhung 6 und eine im gesperrten Zustand des Schaltgerätes wirksame Spannungsreduzierung bzw. -begrenzung 7 vorgesehen.

Im Ausführungsbeispiel nach Fig. 2 ist als Stromerhöhung 6 ein Widerstand und als Spannungsreduzierung bzw. -begrenzung 7 ein im gesperrten Zustand des Schaltge­ rätes leitender, von der Sensor- und Auswerteschaltung 3 gesteuerter elektronischer Schalter vorgesehen. Demgegenüber gilt für das Ausführungsbeispiel nach Fig. 3, daß als Stromerhöhung 6 und als Spannungsreduzierung bzw. -begrenzung 7 eine Kon­ stantstromquelle vorgesehen ist; wie eine solche Konstantstromquelle ausgeführt sein kann, zeigt Fig. 4.

Wie weiter oben schon erläutert, kann das erfindungsgemäße Schaltgerät einerseits als 2-Leiter-Schaltgerät, andererseits aber auch als 3-Leiter-Schaltgerät verwendet werden. Bei 3-Leiter-Schaltgeräten unterscheidet man zwischen solchen, die plus­ schaltend sind, und solchen, die minusschaltend sind. Es gibt aber auch Schaltgeräte, nämlich 4-Leiter-Schaltgeräte, die wahlweise als plusschaltend oder als minusschal­ tend verwendet werden können. Solche 4-Leiter-Schaltgeräte weisen dann noch, wie in Fig. 2 dargestellt, einen vierten Schaltgeräteanschluß 8 auf.

Im folgenden sollen nun anhand der Fig. 2 die Einsatzmöglichkeiten des erfindungs­ gemäßen Schaltgerätes erläutert werden, und zwar in Verbindung mit einer Last 9, die nur in Fig. 2 dargestellt ist.

Das erfindungsgemäße elektronische Schaltgerät kann zunächst als normales 2-Lei­ ter-Schaltgerät verwendet werden. Dazu sind der Pluspol +U_V der Versorgungsspan­ nung an den ersten Schaltgeräteanschluß 1 sowie die Last 9 einerseits an den zweiten Schaltgeräteanschluß 2 und andererseits an den Minuspol -U_V der Versorgungs­ spannung anzuschließen. Das ist umfangreich bekannter Stand der Technik und be­ darf hier der weiteren Erläuterung nicht.

Das erfindungsgemäße Schaltgerät kann nicht nur, wie zuvor erläutert, als 2-Leiter- Schaltgerät verwendet werden, es kann vielmehr auch als 3-Leiter-Schaltgerät ver­ wendet werden. Dazu verbleibt es zunächst dabei, daß der Pluspol +U_V der Versor­ gungsspannung an den ersten Schaltgeräteanschluß 1 anzuschließen ist. Es verbleibt auch dabei, daß die Last 9 einerseits an den zweiten Schaltgeräteanschluß 2 und an­ dererseits an den Minuspol -U_V der Versorgungsspannung anzuschließen ist. Zu­ sätzlich muß jetzt der Minuspol -U_V der Versorgungsspannung an den dritten Schaltgeräteanschluß 5 angeschlossen werden, wie das in Fig. 2 angedeutet ist. Wird, wie zuvor beschrieben, das erfindungsgemäße Schaltgerät als 3-Leiter-Schaltgerät verwendet, dann führen die zwischen dem zweiten Schaltgeräteanschluß 2 und dem dritten Schaltgeräteanschluß verwirklichten Maßnahmen - Stromerhöhung 6 und Spannungsreduzierung bzw. -begrenzung 7 - dazu, daß im leitenden Zustand des Schaltgerätes, also bei von der Sensor- und Auswerteschaltung 3 leitend gesteuertem elektronischen Schalter 4, der von der Sensor- und Auswerteschaltung 3 benötigte Betriebsstrom nicht über die Last 9 fließen muß, vielmehr über die Stromerhöhung 6 fließen kann, und daß bei gesperrtem Schaltgerät der über die Sensor- und Auswerte­ schaltung 3 fließende Reststrom auch nicht über die Last 9 fließen muß, vielmehr über die Spannungsreduzierung bzw. -begrenzung 7 fließen kann. Wie weiter oben ausge­ führt, können die Stromerhöhung 6 einerseits und die Spannungsreduzierung bzw. -begrenzung 7 andererseits so ausgeführt sein, daß einerseits im leitenden Zustand des Schaltgerätes der von der Sensor- und Auswerteschaltung 3 benötigte Betriebs­ strom vollständig über die Stromerhöhung 6 fließt, andererseits im gesperrten Zustand der über die Sensor- und Auswerteschaltung 3 fließende Reststrom vollständig über die Spannungsreduzierung bzw. -begrenzung 7 fließt. Das hat also die Konsequenz, daß der im leitenden Zustand des Schaltgerätes über die Last 9 fließende Laststrom beliebig klein sein kann, die Last 9 also beliebig hochohmig sein kann, und daß im ge­ sperrten Zustand des Schaltgerätes über die Last 9 kein Reststrom fließt.

Das erfindungsgemäße Schaltgerät kann also zunächst als 2-Leiter-Schaltgerät mit dem Vorteil eines 2-Leiter-Schaltgerätes eingesetzt werden, bei dem nur zwei Leitun­ gen benötigt und angeschlossen werden müssen, dort jedoch, wo die systembeding­ ten Nachteile eines 2-Leiter-Schaltgerätes nicht hingenommen werden können, als von der Funktion her praktisch normales 3-Leiter-Schaltgerät eingesetzt werden kann.

Wie bereits ausgeführt, zeigt die Fig. 2 insoweit eine besondere Ausführungsform ei­ nes erfindungsgemäßen Schaltgerätes, als dieses dann, wenn es nicht als 2-Leiter- Schaltgerät eingesetzt wird, wahlweise als plusschaltendes 3-Leiter-Schaltgerät oder als minusschaltendes 3-Leiter-Schaltgerät eingesetzt werden kann, folglich als 4-Lei­ ter-Schaltgerät ausgeführt ist.

Zuvor ist schon erläutert worden, wie das erfindungsgemäße Schaltgerät als 3-Leiter- Schaltgerät anzuschließen ist; die zuvor gegebene Erläuterung bezog sich auf die Verwendung des erfindungsgemäßen Schaltgerätes als plusschaltendes 3-Leiter- Schaltgerät. Wie das erfindungsgemäße Schaltgerät im einzelnen anzuschließen ist, damit es als minusschaltendes 3-Leiter-Schaltgerät arbeitet, ist für den Fachmann der Fig. 2 ohne weiteres zu entnehmen, nämlich dort in Klammern bzw. gestrichelt darge­ stellt.

Für das in Fig. 1 dargestellte erfindungsgemäße Schaltgerät gilt im übrigen noch, daß eine Zustands-LED 10 vorhanden ist, die optisch den Zustand des erfindungsgemä­ ßen Schaltgerätes - leitend oder gesperrt - anzeigt. Im Ausführungsbeispiel nach Fig. 2 sind zusätzlich zu der Zustands-LED 10 noch zwei weitere Zustands-LED's 11, 12 vorgesehen, die es möglich machen, optisch zu erkennen, ob das Schaltgerät als plus­ schaltendes 3-Leiter-Schaltgerät oder als minusschaltendes 3-Leiter-Schaltgerät ein­ gesetzt ist.

Während, wie weiter oben ausgeführt, im Ausführungsbeispiel nach Fig. 2 als Strom­ erhöhung 6 ein Widerstand und als Spannungsreduzierung bzw. -begrenzung 7 ein elektronischer Schalter vorgesehen sind, gilt für das Ausführungsbeispiel nach Fig. 3, daß sowohl als Stromerhöhung 6 als auch als Spannungsreduzierung bzw. -begrenzung 7 eine Konstantstromquelle vorgesehen ist. Im Ausführungsbeispiel ist der als Stromerhöhung 6 und Spannungsreduzierung bzw. -begrenzung 7 wirkenden Konstantstromquelle eine Verpolschutzdiode 13 vorgeschaltet, und zwar vorzugs­ weise eine Schottky-Diode.

In Fig. 4 ist eine konkrete Ausführungsform einer als Stromerhöhung 6 und als Span­ nungsreduzierung bzw. -begrenzung 7 verwendbaren Konstantstromquelle darge­ stellt. Dazu gehören ein Transistor 14, zwei Basisdioden 15, 16, vorzugsweise Schottky-Dioden, ein Basiswiderstand 17 und ein Emitterwiderstand 18. Die Basis des Transistors 14 ist über den Basiswiderstand 17, der relativ hochohmig ausgeführt ist, mit dem ersten Schaltgeräteanschluß 1 und damit mit dem Pluspol +U_V der Ver­ sorgungsspannung verbunden. Der Kollektor des Transistors 14 liegt - unter Zwi­ schenschaltung der Verpolschutzdiode 13 - am zweiten Schaltgeräteanschluß 2. Im übrigen sind die Basisdiode 16 und der Emitterwiderstand 18 mit dem dritten Schalt­ geräteanschluß 5 verbunden.

Wie bereits ausgeführt, empfiehlt es sich, auch das erfindungsgemäße Schaltgerät verpolfest auszuführen, und zwar mit den Maßnahmen, die in der nachveröffentlich­ ten deutschen Offenlegungsschrift 199 05 170 beschrieben sind. Das ist in Fig. 3 nur insoweit angedeutet, als dem ersten Schaltgeräteanschluß 1 als Verpolschutzelement ein invers betriebener Bipolartransistor 19 nachgeschaltet ist. Der invers betriebene Bipolartransistor 19 dient sowohl als Verpolschutz für die Sensor- und Auswerte­ schaltung 3 als auch für den elektronischen Schalter 4. Wie die Fig. 3 zeigt, ist die Kollektor-Basis-Strecke des invers betriebenen Bipolartransistors 19 in Reihe zu der Schaltstrecke des elektronischen Schalters 4 geschaltet, der invers betriebene Bipo­ lartransistor 19 also über den elektronischen Schalter 4 steuerbar. Im übrigen ist der Kollektor-Emitter-Strecke des invers betriebenen Bipolartransistors 19 eine Hilfsdiode 20 parallel geschaltet. Dazu, wie der Bipolartransistor 19 als Verpolschutzelement wirkt, weshalb die Hilfsdiode 20 vorgesehen ist und wie im übrigen der in Fig. 3 nur angedeutete Verpolschutz ausgestaltet und weitergebildet werden kann, wird ver­ wiesen auf den gesamten Offenbarungsgehalt der nachveröffentlichten deutschen Offenlegungsschrift 199 05 170, der hier ausdrücklich zum Offenbarungsgehalt ge­ macht wird.

Claims (12)

1. Elektronisches, vorzugsweise berührungslos arbeitendes Schaltgerät, mit einem er­ sten Schaltgeräteanschluß (1), mit einem zweiten Schaltgeräteanschluß (2), mit einer einen von außen beeinflußbaren Anwesenheitsindikator und eine Betriebsspan­ nungsversorgungsschaltung für die Zurverfügungstellung der intern benötigten Be­ triebsspannung (= interne Betriebsspannung) enthaltenden Sensor- und Auswerte­ schaltung (3) und mit einem von der Sensor- und Auswerteschaltung (3) steuerbaren elektronischen Schalter (4), z. B. einem Schalttransistor, wobei die Sensor- und Aus­ werteschaltung (3) einerseits und der elektronische Schalter (4) andererseits zumin­ dest im wesentlichen parallel geschaltet und mit dem ersten Schaltgeräteanschluß (1) und dem zweiten Schaltgeräteanschluß (2) verbunden sind, dadurch gekennzeich­ net, daß ein dritter Schaltgeräteanschluß (5) vorgesehen ist und daß zwischen dem zweiten Schaltgeräteanschluß (2) und dem dritten Schaltgeräteanschluß (5) eine im leitenden Zustand des Schaltgerätes wirksame Stromerhöhung (6) oder/und eine im gesperrten Zustand des Schaltgerätes wirksame Spannungsreduzierung oder -be­ grenzung (7) vorgesehen ist bzw. sind.

2. Elektronisches, vorzugsweise berührungslos arbeitendes Schaltgerät nach An­ spruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Stromerhöhung (6) ein Widerstand vorge­ sehen ist.

3. Elektronisches, vorzugsweise berührungslos arbeitendes Schaltgerät nach An­ spruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Stromerhöhung (6) eine Konstantstrom­ quelle vorgesehen ist.

4. Elektronisches, vorzugsweise berührungslos arbeitendes Schaltgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß als Spannungsreduzierung bzw. -begrenzung (7) ein im gesperrten Zustand des Schaltgerätes leitender elektronischer Schalter vorgesehen ist.

5. Elektronisches, vorzugsweise berührungslos arbeitendes Schaltgerät nach An­ spruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die als Stromerhöhung (6) vorgesehene Kon­ stantstromquelle auch als Spannungsreduzierung bzw. -begrenzung (7) wirksam ist.

6. Elektronisches Schaltgerät nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Konstantstromquelle so ausgelegt ist, daß sie ohne ein steuerndes oder regelndes Eingreifen von der Sensor- und Auswerteschaltung (3) sowohl als Stromerhöhung (6) als auch als Spannungsreduzierung bzw. -begrenzung (7) wirksam ist.

7. Elektronisches Schaltgerät nach einem der Ansprüche 3 bis 6, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Konstantstromquelle als Stromspiegelschaltung mit einer Rück­ kopplung zwischen den Spiegeltransistoren ausgebildet ist.

8. Elektronisches Schaltgerät nach einem der Ansprüche 3 bis 7, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Konstantstromquelle mindestens eine Verpolschutzdiode (13) vor­ geschaltet ist, vorzugsweise eine Schottky-Diode.

9. Elektronisches Schaltgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekenn­ zeichnet, daß einem Schaltgeräteanschluß (1) als Verpolschutzelement ein invers be­ triebener Bipolartransistor (19) nachgeschaltet ist.

10. Elektronisches Schaltgerät nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß der invers betriebene Bipolartransistor (19) sowohl als Verpolschutz für die Sensor- und Auswerteschaltung (3) als auch für den elektronischen Schalter (4) wirksam ist.

11. Elektronisches Schaltgerät nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Kollektor-Basis-Strecke des invers betriebenen Bipolartransistors (19) in Reihe zu der Schaltstrecke des elektronischen Schalters (4) geschaltet und der invers betriebene Bipolartransistor (19) über den elektronischen Schalter (4) steuerbar ist.

12. Elektronisches Schaltgerät nach einem der Ansprüche 9 bis 11, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Kollektor-Emitter-Strecke des invers betriebenen Bipolartransistors (19) eine Hilfsdiode (20) parallel geschaltet ist.