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Auf Fahrzeugen verwendbarer Näherungsgeber Die Erfindung bezieht
sich auf einen auf Fahrzeugen verwendbaren Näherungsgeber mit einer Niederfrequenzgenerator
und mit einer Wechselstrombrücke, in deren Ausgangsdiagonalzweig ein Transformator
angeordnet ist.
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Es ist bereits ein Näherungsschalter mit einer Wechselstrombrücke
bekannt, bei der in einem Brückenzweig ein induktiver Näherungsgeber liegt. Dieser
induktive Näherungsgeber bringt den Näherungsschalter dann zum Ansprechen, wenn
ihm ein ferromagnetischer Körper auf einen sehr kurzen Abstand von einigen Millimeter
genähert wird.
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Demgengenüber liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, einen Näherungsgeber
zu schaffen, der zum Beispiel als Einparkhilfe bei Kraftfahrzeugen verwendbar ist.
Dieser Näherungsgeber soll also schon bei einer Entfernung von etwa 30 cm ansprechen.
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Eine besonders eiif'ache lösung ergibt sich dadurch, daß gemäß der
Erfingdung der Transformator eines Differentialübertragers mit zwei Eingangswicklungen,
die je einen Brückenzweig bilden, und mit einer Ausgangswicklung, die den Ausgangsdiagonalzweig
bildet, ausgebildet ist, daß im dritten Brückenzweig ein lbgleichkondensator und
im vierten Brückenzweig eine einzelne Kondensatorplatte ungeordnet ist und daß von
der Eingangswicklung zur Kondensatorplatte eine abgeschirmte Leitung führt, deren
Abschmirung an den Niederfrequenzgenerator angeschlossen ist.
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Es ist schon ein kapazitiver Näherungsschalter bekannt, bei dem eine
enzielne Kondensatorplatte an die Steuerelektrode einer Kaltkathoderöhre angeschlossen
ist. Die Kaltkathodröhre ist Bestandteil einer aus zwei Röhren bestehenden monostabilen
Kippschaltung, die dann in ihren nichtstabilen Zustand kippt, wenn ein bestimmter
Abstand der Kondensatorplatte zu einem Meßobjekt unterschritten wird. Ein solcher
kapazitiver Näherungsschalter kann jedoch die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe
nicht lösen, da er keIne kontinuierliche Anzeige der Entfernun des Meßobjekts ermöglicht
Die kontinuierlich Anzeige der Entfernung des Meßobjektes wird nach der Erfindung
dadurch gelöst, daß an die Ausgangswicklung über eine Gleichrichteranordnung ein
Gleichspannungsverdtärker mit einem Anzeigeinstrument angeschlossen ist.
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Weitere Einzelheiten und zweckmäßige Weiterbildungen der Eifindung
sind nachstehend anhand eines in der Zei.chnung dargestellten Ausführungsbeispieles
näher beschrieben und erläutert.
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Es zeigen: eine 1 eine Skizze zur Erklärung der Funktionsweise eines
erfindungsgemäßeen kapazitiven Näherungsgebers, Fi g. 2 einen Schaltplan des Näherungsgebers
und Fig. 3 eine Abwandlung des Schaltplans nach Fig. 2 mit einer Einrichtung zur
Abgabe eines Alarmsignals.
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In Fig. 1 sind zwei auf einer Straßenoberfläche 22 stehende Fahrzeuge
18, 19 dargestellt, von denen das erste 18 mit einem Näherungsgeber nach der Erfindung
ausgerüstet ist. Am hinteren Endc des ersten Fahrzeugs 18 ist isoliert eine einelne
Kondensatorplatte 20 angebracht. Die zweite Kondensatorplatte 2 wird z. B. von der
Stoßstange des zweiten Fahrzeugs 19 gebildet. Zur Erklärung der Funktionsweise des
Näherungsgebers sind in Fig. 1 noch weitere Kapazitäten und ein Widerstand ein gezeichnet.
Die Kapazität zwischen dem ersten Fahrzeug 18 und der Straßenoberfläche 22 ist mit
126 und die Kapazität zwischen dem zweiten Fahrzeug 19 und der Straßenoberfläche
mit 128 bezeichnet. Zwischen der Kondensatorplatte 20 und der Karosserie des ersten
Fahrzeugs 18 besteht eine parasitäre Kapazität 129.
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Die Stranßenoberfläche 22 weist Zwischen ae ersten Fahrzeug 18 und
dem zweiten Fahrzeug 19 einen Widerstand 127 auf.
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Fig. 2 zeigt den Schaltplan des Näherungsgebers. Ein Nieierfrequenzgenerator
11 ist an den Eingang einer Wechselstrombrücke 12 angeschlossen. Die am Ausgangsdiagonalzweig
122 der Wechselstrombrücke auftretende Wechselspannung wird in einer Gleichrichteranordnung
13 gleichgerichtet und nach Glättung
durch einen Kondensator 131
einem Gleichspannungsverstärkers 14 zugeführt. Die Ausgangsspannungs des Gleichspannungsverstärkers
14 kann mit einem hnzeigeinstrument 146 gemessen werden.
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Der Niederfrequenzgenerator ist in bekannter Weise als Wien-Brücken-Generator
ausgebildet. Zwei Transistoren 110, 111 mit Kollektorwiderstände 112, 113 und Enitterwiderständen
114, 115 bilden eine zweistufige Verstärkerschaltung. Dabei ist die Basiselektrode
des zweiten Transistors 111 direkt an die irollektorelektrode des ersten Transistors
110 angeschlossen. Die Ausgangsspannungs der zweistufigen Verstärkerschaltung ist
daher in Phase mit der Eingangsspannung und wird über eine Wien-Brücken-Schaltung
aus den Widerständen 117 und 118 und den Kondensatoren 116 und 119 auf den Eingang
rückgekoppelt, so daß die Verstärkeranordnung als Oszillator arbeitet.
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Die Ausgangsspannung hat eine Frequenz von z. B. 13 kHz und wird dem
Eingang der Wechselstrombrücke 12 zugeführt. Die Wechselstrombrücke 12 besitzt zwei
induktive Brückenzweige 120, 121 und zwei kapazitive Brückenzweige 125, 124. Die
beiden induktiven Brückenzweige 120, 121 sind als zwei Eingangswicklunggen eines
Differentialüb ertragere aus gebildet. Die Ausgangswicklung 122 des Di 'fer entialübertragers
bildet gleichzeitig den Ausgangsdiagonalzweig der Wechselstrombrücke. Der erste
kapazitive Brückenzweig wird von der Kondensatorplatte 20 und den weiteren, in Fig.
1 angedeuteten Kapazitäten gebildet. t dem zweiten kapazitiven Brückenzweig, der
aus dem Abgleichkondensator 124 besteht, läßt sich die Brücke so abgleichen, daß
in ihrem Ausgangsdiagonalzweig 122 nur eine so kleine Wechselspannung induziert
wird, daß der nachgeschaltete Gleichepannungsverstärker nicht anspricht. Die Leitung
von der Eingangswicklung 120 zur Kondensatorplatte 20 ist als abgeschirmte leitung
ausgeführt, deren Abschirmung 123 an den Ausgang des Niederfrequenzgenerators 11
angeschlossen ist. Dadurch, daß dem
Brückeneingang und der Abschirmung
123 die gleiche Wechselspannung zugeführt wird, geht die Länge der Bettung von der
Eingangswicklung 120 zur Kondensatorplatte 20 nicht in die Abgleichbedingung der
Wechselstrombrücke 12 ein. Man kann also beliebig lange abgeschirmte Leitungen verwenden.
Experimentell wurde festgestellt, daß selbst eine vier Meter lange abgeschirmte
Leitung noch keine Beeinträchtigung der Funktionsweise des Näherungsgebers bringt,
während bei einer nicht abgeschirmten Leitung schon wenige Zentimeter Leitungslänge
eine wesentliche zusätzliche parasitäre Kapazität 129 mit sich brächten und damit
einen Abgleich. der Brücke unmöglich machen würden.
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Die Gleichrichteranordnung 13 besteht in bekannter leise aus einer
Diod.e 130 und einem Glättungskondensator 131. Der Gleichspannungsverstärker 14
enthält in ebenfalls bekannter Weise einen Operationsverstärker 140, dessen nichtinverti
erender Eingang an den Mittelabgriff eines aus zwei Widerständen 143, 144 bestehenden
Spannungsteilers angeschlossen ist. Der Ausgang des Operationsverstärkers 140 ist
über einen Widerstand 145 auf den invertierenden Eingang gegengekoppelt. Der invertierende
Eingang ist über einen Widerstand 142 mit dem Ausgang der Gleichrichteranordnung
13 verbunden. Zwischen dem Ausgang des Opera:tionsverstärkers 140 und einer Plusleitung
17 liegt ein Anzeigeinstrument 146. Mit den Widerständen 142 und 145 läßt sich die
Vers bärkung des Operationsverstärkers 140 an die Empfindlichkeit des Anzeigeinstruments
146 anpassen.
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In Fig. 3 ist eine Äbwandlung des Ausführungsbeispiels nach Fig. 2
dargestellt. Der Gleichspannungsverstärker 14 ist durch einen Schmitt-Trigger 15
ersetzt. Der Schmitt-Trigger 15 enthält in bekannter Weise einen Operationsverstärker
150, dessen Ausgang über einen Widerstand 155 auf den nicht invertierenden
Eingang
rückgekoppelt ist, um das Schaltverhalten eines Schmitt-Triggers zu erzielen im
übrigen ist der Operationsverstärker gleich beschaltet, wie es beim Gleichspannungsverstärker
14 beschrieben wurde. Nur das Anzeigeinstrurent 146 ist durch eine Glühlampe 136
ersetzt.
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Die Funktionsweise des Näherungsgebers wird in den folgenden Absätzen
erläutert. Die Wechselstrombrücke 12 wird mit Hilfe des Abgleichkondensators 124
so abgeglichen, daß Im Ausgangsdiagonalzweig 122 einen möglichst kleine Wechselspannung
induziert wird, wenn kein Gegenstand in der Nähe der Kondensatorplatte 20 ist. Man
sorgt dabei dafür daß in wenigstens zwei Meter Umkreis um das erste Fahrzeug 18
sich keine weiteren Fahrzeuge befinden. Sobald sich das Fahrzeug 18 an ein anderes
Fahrzeug 19 oder auch an ein Hindernis, wie z. B. einen Baum, annähert, ändert sich
die Kapazität des in Fig. 1 und 2 einJ;ezeichneten Kondensators 125. Damit ändert
sich auch der komplexe Widerstand der kapazitiven Anordnung 125, 126, 127, 12, 129.
Die Brücke wird verstimmt, und im Ausgangsdiagonalzweig 122 wird eine höhere Wechselspannung
induziert. Diese wird mit der Diode 130 gleichgerichtet und die entstehende, pulsierende
Gleichspannung wird vom Kondensator 131 geglättet. Die geglättete Gleichspannung
wird dem Gleichspannungsverstärker 14 zugeführt. Am Anzeigeins trument 146 kann
man dann direkt den Entfernungswert ablesen.
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Es ist dabei zu beachten, daß die Skalenteilung des Anzeigeinstruments
146 nicht linear ist, weil die e Wechselstrombrücke 12 bei stärkeren Annäherung
an fremde Fahrzeuge oder Hindernisse so stark verstemmt wird, daß sie nich h mehr
im linearen Bereich betrieben wird. Anstelle des Gleichspannungsverstärkers 14 kann
auch ein Schmitt-Trigger 15 verwendet werden, der dann ein Alarmsignal auslöst,
wenn sich das Fahrzeug auf einen betiiten
Abstand an ein anderes
Fahrzeug angenähert hat. Als Alarmsignal ist im Ausführungsbeispiel eine Glühlampe
156 vorgesehen, doch kann man auch einen Summer oder Ähnliches verwenden.
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Da die beschriebenen Operationsverstärker 140,150 sehr hohe Eingangswiderstände
aufweisen, ist es ohne weiteres möglich, an die eine Gleichi'Ichteranordnung 13
sowohl einen Gleichspannungsverstärker 14 als auch einen Schmitt-Trigger 15 anzuschließen,
so daß men sowohl über eine kontinuierliche Entfernungsanzeige als auch über ein
Alarmsignal verfügt. Ebenso ist es ohne weiteres möglich, den Wien-Brücken-Generator
durch eine andere Art eines Niederfrequenzgenerators zu ersetzen.
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Der Anwendungsbereich des beschriebenen Näherungsgebers ist nicht
auf das dargestellte Ausführungsbeispiel beschränkt. Eine wichtige Anwendungsmöglichkeit
besteht bei fahrbaren Fluggasttreppen und Versorgungsfahrzeugen, die an Flugzeuge
herangefahren werden müssen, wobei eine kontinuierliche Abstandsanzeige sehr wesentlich
ist. In beiden Anwendungsfällen kann die Kondensatorplatte 20 einfach als Leitlackschicht
ausgebildet werden, die auf einem Kunststoffband angebracht ist. Das Kunststoffband
wird auf die Stoßstange des Fahrzeugs 18 oder auf die Vorderkante der obersten Stufe
der Fluggasttreppe aulgeklebt.
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Ohne Abwandlung des Schaltplanes nach Fig. 3 läßt sich der beschriebene
Näherungsgeber auch noch für einen ganz anderen Zweck einsetzen: man kann die Leitlacksicht
auf einer Speiche eines Fahrzeuglenkrades anbringen. Mit dem so geschaffenen Näherungsschalter
kann man z. B. das Fernlicht des Fahrzeugs bedienen. Auch für diesen Zweck ist der
beschriebene Näherungsgeber wesentlich geeigneter als alle bekannten Näherungaschalter,
weil
die Leitung zwischen der Eingangswicklung 120 und der Kondensatorplatte 20 eine
beliebige Länge aufweisen darf.
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Ebenso läßt sich der beschriebene Näherungsgeber zum Schutz eines
Tresors verwenden. Die Kondensatorplatte 20 wird isoliert auf der Tresortür und
die übrige Schaltungsanordnung im.
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Tresor angebracht.