DE2109684A1 - Elektronischer Endschalter - Google Patents

Elektronischer Endschalter

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DE2109684A1
DE2109684A1 DE19712109684 DE2109684A DE2109684A1 DE 2109684 A1 DE2109684 A1 DE 2109684A1 DE 19712109684 DE19712109684 DE 19712109684 DE 2109684 A DE2109684 A DE 2109684A DE 2109684 A1 DE2109684 A1 DE 2109684A1
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der Anmelder. H03k 17-22 ist
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    • HELECTRICITY
    • H03ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03KPULSE TECHNIQUE
    • H03K17/00Electronic switching or gating, i.e. not by contact-making and –breaking
    • H03K17/94Electronic switching or gating, i.e. not by contact-making and –breaking characterised by the way in which the control signals are generated
    • H03K17/945Proximity switches
    • H03K17/955Proximity switches using a capacitive detector

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  • Electronic Switches (AREA)

Description

  • " Elektronischer Endschalter " Die Erfindung betrifft einen elektronischen Endschalter bzw. Annäherungsschalter, der nach dem kapazitiven Prinzip arbeitet, also bei Veränderungen des elektrischen Feldes in der aktiven Zone des Schalters anspricht.
  • Diese Anderungen können durch Annäherung von Körpern verschiedenster Art ausgelöst werden. Er entspricht also letztendlich in seiner Funktionsweise einem mechanischen Ein- Aus- Schalter.
  • Derartige auf dem kapazitiven Prinzip beruhende elektronische Annäherungsschalter sind schon bekannt. So besteht ein vom Anmelder und Erfinder entwickelter und in die Technik eingeführter Schalter mit einer Spannung von 24 V Gleichstrom. Auch dieser bekannte Schalter enthält einen Generator, der anschwingt, wenn durch Annähern eines Körpers, also nicht etwa nur von Metallen, sondern auch von Nichtmetallen, Flüssigkeiten oder sonstigen Stoffen, eine bestimmte Kapazität im Annäherungsbereich bzw. der aktiven Zone überschritten wird. Wie bekannt, ist zur Auslösung des Schaltvorganges ein Berühren eines solchen Annäherungsschalters nicht nötig. Es müssen beim Schaltvorgang keinerlei Kräfte ausgeübt werden.
  • Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, einen solchen auf dem kapazitiven Prinzip beruhenden elektronischen Endschalter so auszugestalten, daß er direkt an 220 V Wechselspannung angelegt werden kann und einen im 220 V Netz liegenden Verbraucher, z. B. ein Schütz oder einen sonstigen induktiven Schalter, etwa ein Magnetventil oder ähnliches, steuert. Damit wäre der Vorteil verbunden, daß das Gerät zweiadrig an die praktisch überall zur Verfügung stehende Wechselspannung von 220 V angeschlossen werden könnte. Durch geringfügige Änderungen von Widerstandswerten sollte es möglich sein, das Gerät auch bei andernorts übliche Spannungen, also etwa bei Spannungen von 110 V; 60 V und 42 V einsetzen zu können.
  • Es ist aus Platzgründen oft schwierig und erfordert zusätzlichen teueren Schaltungsaufwand, wenn die 220 V Wechselspannung erst in eine Gleichspannung niedrigerer Voltzahl umgewandelt werden müssen.
  • Die Erfindung löst die gestellte Aufgabe durch einen elektronischen kapazitiven Endschalter mit einer Thyristor-Endstufe, die, mit dem Verbraucher in Reihe geschaltet, direkt an 220 V Wechselspannung anlegbar ist.
  • Der Endschalter kann dabei als Schließer oder als Öffner ausgebildet sein.
  • In beiden Fällen weist er den Vorteil der direkten und kontaktlosen Steuerung von 220 V Wechselspannung durch einen entsprechenden Verbraucher,wie ein Schütz, eine Spule oder dgl. auf.
  • Weitere Merkmale der Erfindung und Einzelheiten der durch dieselbe erzielten Vorteile ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von in den bei gefügten Zeichnungen dargestellten Ausführungsformen des Erfindungsgegenstandes.
  • Fig. 1 zeigt ein Anschlußbild des erfindungsgemäßen kapazitiv elektronischen Endschalters, Fig. 2 gibt einen Längsschnitt durch den konstruktiven Aufbau dieses Endschalters wieder, Fig. 3 ist ein Schaltbild des Endschalters in seiner Funktion als Schließer, Fig. 4 ist ein Schaltbild des Endschalters in seiner Funktion als Öffner.
  • Der kapazitiv-elektronische Endschalter oder Annäherungsschalter 1 besteht im wesentlichen aus einer metallischen kreiszylinderförmigen Ummantelung 2, z,B. einer Messinghülse, die sich in eine kreiszylindrische Hülse 3 aus Kunststoff, z. B. PVC, fortsetzt, und die, eingegossen in ein Gießharz, z.B. Araldit, die elektronischen, in Fig. 2 nur beispielsweise angedeuteten Schaltelemente 5 6 usw. aufnimmt, die auf einer Leiterplatte 7 angedeutet sind, die sich im wesentlichen längs in der Hülse erstreckt und im rechten Winkel zu einer weiteren Leiterplatte 8 angeordnet ist, die kreisförmig ausgebildet und in die Kunststoffhülse 3 an einem Absatz- 9 derselben anliegend eingesetzt ist.
  • Die aktive Zone 10 bildet sich vor einer Messingscheibe 11 aus, die im freien Stirnende 12 der Hülse 3 angeordnet und nach außen hin durch eine Gießharzschicht 13 geschützt ist. Diese Messingscheibe 11 wird ergänzt durch einen Messingring 14, der die Abschirmung bildet0 Die andere Stirnseite 15 der Hülse 2 ist mit einer Kappe 16, z.B. auch aus Messing, versc hlossen. Durch diese Kappe ist über eine übliche Verschraubung 17 ein Kabel 18 ein- und bis zur Leiterplatte 7 geführt.
  • Dieses Kabel 18 enthält die Anschlußleitungen 20 und 21 zu Netzanschlußbuchsen 22, 23 mit normalen, überall erhältlichen 220 V Wechselspannung.
  • In der einen der beiden Leitungen, z.R. der Leitung 20, ist der Verbraucher 24 des Endschalters, z.B. ein 220 V Schütz, angeordnet.
  • Die in den Schaltungen dargestellten Anschlußpunkte 25 und 26 entsprechen den Zuführungspunkten 25, 26 der Leitungen 20, 21 des Kabels 18 in der Fig. 2. An diese Punkte 25 und 26 ist zunächst eine Gleichrichterbrückenschaltung n 4 mit zwei Eckpunkten angeschlossen. An die beiden anderen Eckpunkte ist ein Thyristor T 6 in Figur 3 bzw. ein Thyristor T 5 in Fig. 4 angeschlossen. Die Schaltung dieses Thyristors ist im wesentlichen das Kernstück dieser Erfindung. Seine Wirkungsweise soll nun anschließend anhand der beiden Figuren 3 und 4 näher erläutert werden.
  • Fig. 3 zeigt den kapazitiv-elektronischen Annäherungsschalter in Schließer-Funktion, Fig. 4 in Öffner-Funktion.
  • In beiden Fällen sind, wie schon dargestellt, Annäherungsschalter und Verbraucher, z.B. das Schütz 24 in Reihe geschaltet und an 220 V Wechselspannung angeschlossen. Die in der Gleichrichterbrücke n 4 erzeugte pulsierende Gleichspannung ist zum einen Versorgungsspannung und zum anderen Schaltspannung im Annäherungsschalter. Die Stromaufnahme richtet sich nach dem Widerstand des Verbrauchers und des Annäherungsschalters.
  • Sowohl bei der Schließer-Schaltung, als auch bei der Öffner-Schaltung dienen eine Zenerdiode n 1 und ein Siebkondensator C 3 für einen exakten Spannungswert sowie eine geringe Restwelligkeit der zum Betreiben des Oszillators nötigen Spannung. Dieser Oszillator wird im wesentlichen durch die aktive Fläche 27 und die beiden Transistoren T 1 und T 2 gebildet. Die aktive Fläche 27 ist bei der vorbeschriebenen konstruktiven Lösung durch die Messingscheibe 11 dargestellt, die Abschirmung 28 durch den Messingring 14. Der Oszillator schwingt nicht, so lange sich kein Material beliebiger Art im Ansprechbereich der aktiven Zone 10 vor der aktiven Fläche 27 befindet0 Ist nun der Annäherungsschalter als Schließer ausgeführt, hat dies zur Folge, daß der Transistor T 3 ( Fig. 3) leitend ist und damit den Transistor T 4 sperrt. Somit kann der Transistor T 5 (pnp) keinen Basisstrom ziehen und damit auch kein positives Signal an das Gitter des Thyristors T 6 führen. Dies bedeutet, daß der Thyristor T 6 , unter Mithilfe des Kondensators C 6 und des Widerstandes R 18, gesperrt ist. Das in Reihe mit dem Annäherungsschalter liegende Schütz 24 kann also nicht anziehen und schalten.
  • Gelangt nun Material in die aktive Zone 10 vor der aktiven Fläche 27, wird der durch diese aktive Fläche 27 mit den Transistoren T 1 und T 2 gebildete Generator zum Schwingen gebracht. Er sperrt sofort den Transistor T 3, der Transistor T 4 wird leitend und gibt negatives Signal an den Transistor T 5, der seinerseits leitend wird. Der Transistor T 5 gibt nun ein positives Signal an das Gitter des Thyristors T 6, welcher nun ebenfalls leitend wird und über die Gleichrichterbrücke n 4 einen Kurzschluß in der 220 V Wechsel spannungszuführung bildet, so daß das Schütz 24 anziehen kann.
  • So lange sich nun Material in der aktiven Zone 10 befindet, bleibt der Transistor T 5 leitend und damit der Thyristor T 6 gezündet. Durch die an diesem angelegte pulsierende Gleichspannung erfährt er einen ständig sich wiederholenden Null-Durchgang. Das am Gitter des Thyristors T 6 anliegende positive Signal vom Transistor 5 zündet jedoch den Thyristor T 6 nach jedem seiner Nulldurchgänge neu, so daß das Schütz angezogen bleibt.
  • Wird das Material aus der aktiven Zone entfernt, dann setzt die Schwingung des Oszillators aus. Der Transistor 5 führt kein positives Signal mehr an das Gitter des Thyristors. Beim nächsten Nulldurchgang der pulsierenden Gleichspannung kann also der Thyristor T 6 nicht mehr zünden.
  • Der Thyristor T 6 bleibt gesperrt und das Schütz 24 abgefallen bis durch erneutes Einbringen von Material in die aktive Zone 10 ein neuer Zündimpuls hervorgerufen und damit erneut ein Einschaltbefehl an das Schütz 24 gegeben wird.
  • Ist der Annäherungsschalter als Öffner ausgebildet (Fig. 4), dann ist bei nicht schwingendem Oszillator ebenfalls der Transistor T 3 leitend und damit der Transistor T 4 gesperrt. Der Thyristor T 5 (im Gegensatz zum Thyristor T 6 in Fig. 3) kann nun Gitterstrom über den Widerstand R 14 ziehen. Der Thyristor wird leitend und bildet über die Gleichrichterbrücke n 4 einen Kurzschluß, was das sofortige Anziehen des Schütz 24 zur Folge hat. Der Annäherungsschalter mit dieser Schaltung gleicht also im Ruhezustand einem geschlossenen mechanischen Kontakt.
  • Wird nun durch Einbringen bzw. durch die Annäherung von Material in die aktive Zone 10 der Oszillator zum Schwingen gebracht, sperrt sofort der Transistor T 3. Der Transistor T 4 wird leitend und gibt ein negatives Signal an das Gitter des Thyristors T 5, welcher beim nächsten Nulldurchgang des pulsierenden Gleichstromes durch den Thyristor sperrt. Der Thyristor T 5 bleibt gesperrt und das Schütz 24 bleibt abgefallen. Es ist also der dem Zustand eines geöffneten mechanischen Kontaktes entsprechende Zustand gegeben.
  • So lange sich Material in der aktiven Zone 10 befindet, bleibt der Transistor T 4 leitend und damit der Thyristor T 5 gesperrt.
  • Wird das Material aus der aktiven Zone 10 entfernt, setzten die Schwingungen des Oszillators aus. Der Transistor T 4 wird wiederum gesperrt und der Thyristor T 5 kann wieder Gitterstrom über den Wl derstand R 14 ziehen und bleibt leitend, Ebenso zieht das Schütz 24 sofort wieder an und bleibt angezogen. Der Thyristor T 5 erfährt zwar einen sich ständig wiederholenden Nulldurchgang der an ihn angelegten pulsierenden Gleichspannung. Das aber über den Widerstand 14 an seinem Gitter anliegende positive Signal zündet den Thyristor nach jedem Nulldurchgang erneut, so daß das Schütz 24 angezogen bleibt.
  • Im übrigen entsprechen die in den Schaltungen über die erwähnten Schaltelemente hinaus eingezeichneten und bezeichneten Schaltelemente solchen mit üblichen und bekannten Funktionen in Schaltungen, wie den vorliegenden und bedürfen somit keiner näheren Erläuterung.
  • Der erfindungsgemäße kapazitiv-elektronische Endschalter erlaubt also zunächst einen unmittelbaren Anschluß an das überall vorhandene 220 V Wechselstromnetz und den Einsatz eines 220 V Schütz oder dgl.
  • Er ist zweiadrig angeschlossen und besitzt keinerlei mechanische Kontakte. Er kann neben der beschriebenen Anwendung als elektronischer Befehlsgeber für Schützsteuerungen unter anderem als Niveauwächter, Füllstandsanzeiger für Flüssigkeiten, aber auch für pulverförmige Stoffe, Granulate, wie Mehl, Zucker, PVC usw. dienen.

Claims (4)

  1. P a t e n t a n s p r u c h e
    t Elektrollischer kapazitiver Endschalter, dadurch gekennzeichnet, daß der eine mit dem Verbraucher in Reihe geschaltete, direkt an 220 V Wechselspannung anlegbare Thyristor Endstufe aufweist.
  2. 2.) Elektronischer kapazitiver Endschalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichlet, daß der Endschalter als Schließer ausgebildet ist.
  3. 3.) Elektronischer kapazitiver Endschalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Endschalter als Öffner ausgebildet ist.
  4. 4.) Elektronischer kapazitiver Endschalter nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltelemente des Endschalters auf Leiterplatten angeordnet sind, die in einer zylindrischen UmmanteXung eingegossen sind, deren.eine Stirnseite die aktive Fläche des Schalters darstellt.
    L e e r s e i t e
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE2819731A1 (de) * 1978-05-05 1979-12-13 Grieshaber Vega Kg Anordnung zur kapazitiven fuellstandsmessung in einem behaelter
DE3221223A1 (de) * 1982-06-04 1983-12-08 Endress U. Hauser Gmbh U. Co, 7867 Maulburg Kapazitiver naeherungsinitiator
DE3319735A1 (de) * 1982-05-31 1983-12-08 Omron Tateisi Electronics Co., Kyoto Elektrostatischer annaeherungsschalter

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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DE2819731A1 (de) * 1978-05-05 1979-12-13 Grieshaber Vega Kg Anordnung zur kapazitiven fuellstandsmessung in einem behaelter
DE3319735A1 (de) * 1982-05-31 1983-12-08 Omron Tateisi Electronics Co., Kyoto Elektrostatischer annaeherungsschalter
DE3221223A1 (de) * 1982-06-04 1983-12-08 Endress U. Hauser Gmbh U. Co, 7867 Maulburg Kapazitiver naeherungsinitiator

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