DE2140056A1

DE2140056A1 - Elektronischer schalter

Info

Publication number: DE2140056A1
Application number: DE19712140056
Authority: DE
Inventors: Eduard Hermle
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1971-08-10
Filing date: 1971-08-10
Publication date: 1973-02-22
Also published as: FR2149901A5; DE2166021A1; DE2140056B2; DE2166021B2; CH544455A; DE2166021C3; DE2140056C3; GB1396739A

Description

DR-INQ. DIPL.-ING. M. SC. Dl f L -PH YS. Df . DIPL.-PHYS.

HÖGER - STELLRECHT-GRIESSBACH - HAECKER

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PATENTANWÄLTE IN STUTTBfRT

A 39-000 b

k - k

28. Juli 1971

Eduard H e r m 1 e

7503 Ueuhausen a.P.
Kirchstr. 20

Elektronischer Schalter

Die Erfindung betrifft einen elektronischen Schalter mit einem in seiner Impedanz berührungslos steuerbaren induktiven oder kapazitiven Steuerelement,

Derartige Schalter finden seit längerer Zeit verbreitete Anwendung, wobei inabesondere Schalter mit induktiven

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Steuerelementen verwendet werden, die in einfacher Weise dadurch ausgelöst werden können, daß die Kopplung zwischen zwei Spulen durch Einbringen eines Metallteiles in das die Spulen umgebende Magnetfeld erhöht wird. Diese Impedanzänderung des Steuerelementes wird dabei im allgemeinen zur Verstimmung beziehungsweise Bedämpfung eines auf Resonanz abgestimmten Schwingkreises benutzt, dessen Schwingungsamplitude für die Erzeugung eines Ausgangssignals herangezogen wird.

Da derartige Schalter häufig in komplizierten und ent-" sprechend teuren Maschinen eingesetzt werden oder der Steuerung ausgeklügelter Produktionsabläufe dienen, ist es zur Vermeidung kostspieliger Betriebsstörungen oder Maschinenschädenj die durch den Ausfall eines Schalters hervorgerufen werden könnten, im allgemeinen erforderlich, dafür Vorsorge zu treffen, daß der Ausfall eines Schaltsrs rechtzeitig erkannt oder in seinen Auswirkungen unschädlich gemacht wird.

Zur Lösung dieses Problems wurden bisher im allgemeinen an jeder derartigen Schaltstelle zwei Schalter vorgesehen, so daß bei Ausfall eines der Schalter der andere, dessen Punktion übernehmen konnte.

Diese Lösung hat nun einerseits den STachteilp daß in jedem Pail der doppelte Aufwand entsteht und erweist sich andererseits insbesondere dann als unbrauchbar, wenn der Ausfall

auf
eines Schalters eine mechanische Beschädigung zurückzuführen ist, von der dann mit hoher Wahrscheinlichkeit auch der in unmittelbarer Nähe angeordnete Reserveschalter betroffen wird.

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Ausgehend von diesem Stand der Technik lag der vorliegenden Erfindung somit die Aufgabe zugrunde, einen elektronischen Schalter mit einem in seiner Impedanz berührungslos steuerbaren induktiven oder kapazitiven Steuerelement vorzuschlagen, der geeignet ist, Störungen der durch ihn gesteuerten Betriebsabläufe wirksam und mit vergleichsweise geringem technischen und wirtschaftlichen Aufwand zu verhindern.

Diese Aufgabe wird durch einen elektronischen Schalter der vorstehend beschriebenen Art gelöst, der dadurch gekennzeichnet ist, daß er mindestens eine seiner vorgegebenen Betriebsbedingungen ständig kontrollierende Überwachungsschaltung mit mindestens einer Ausgangsleitung enthält, an der für die Dauer des Vorliegens der überwachten Vorgegebenen Betriebsbedingung (en) ein stetiges Prüfsignal anliegt.

Dabei hat es sich als günstig erwiesen, wenn eine Überwachungsschaltung vorgesehen ist, die die mechanische Unversehrtheit des Steuerelements kontrolliert, insbesondere, wenn diese Überwachungsschaltung Schaltkreisteile umfasst, die derart an dem Steuerelement angeordnet sind₉ daß sie bei einer Beschädigung des Steuerelements zwangsläufig zerstört werden. Vorteilhafterweise sind dabei die genannten Schaltkreisteile dieser Überwachungsschaltung räumlich zwischen den die Impedanz berührungslos beeinflussenden Elementen und den für die Impedanzänderung wesentlichen Teilen des Steuerelements angeordnet.

Insbesondere hat sich bewährt, die genannten Schaltkreisteile der Überwachungsschaltung bei einem induktiven Steuerelement als flache Spule auszubilden, die vor den

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Spulen des Steuerelements angeordnet ist. Bei einer derartigen Ausgestaltung der Überwachungsschaltung ist nämlich sichergestellt, daß vor einer mechanischen Beschädigung oder zumindest gleichzeitig mit einer solchen Beschädigung der eigentlichen Steuerung des Schalters die Überwachungsschaltung gestört wird und unverzüglich anzeigt, daß der elektronische Schalter möglicherweise dem tatsächlichen Produktionsablauf nicht entsprechende Ergebnisse anzeigt, so daß geeignete Gegenmassnahmen getroffen werden können,

durch

die im einfachsten Falle darin bestehen, daß /eine unterbrechung des bei ordnungsgemäss arbeitendem Schalter stetig " vorliegenden Prüfungesignals sofort eine Stillsetzung der Maschine beziehungsweise des Produktionsablaufs eingeleitet wird. Die Tatsache, daß bei ordnungsgemässen Zustand des Scnalters ein stetiges Prüfsignal an die Ausgangsleitung der Überwachungsschaltung angelegt wird, bietet dabei eine erhöhte Sicherheit gegen Störungen, da auf diese Weise auch eine Unterbrechung der Ausgangsleitung, die üblicherweise gemeinsam mit den Versorgungsleitungen und Steuerleitungen für den Schalter verlegt wird,zur Auslösung eines Fehlersignals führt.

In Weiterbildung der Erfindung hat es sich ferner als günstig erwiesen, wenn eine gegebenenfalls zusätzliche Überwachungsschaltung mit einem das Steuerelement enthaltenden Stromkreis _ verbunden und als Schwellwertschaltung ausgebildet ist, deren Ansprechschwellen so gewählt sind, daß eine Unterbrechung des Prüfsignals erfolgt, wenn die Impedanz des Steuerelementes vorgegebene Grenzwerte über- beziehungsweise unterschreitet. Durch eine derart ausgebildete Überwachungsschaltung wird .verhindert, daß bei nicht einwandfrei arbeitendem Schalter

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gegebenenfalls Störsignale oder andere unter dem Sammelbegriff des "Rauschens" zusammenfassbare Effekte zur Auslösung falscher Steuersignale führen.

Vorteilhaft ist es auch, wenn bei einem erfindungsgemässen Schalter mit einem die Amplitude der Schwingungen eines Schwingkreises beeinflussenden Steuerelement eine gegebenenfalls zusätzliche Überwachungsschaltung als Schwingungsdetektor ausgebildet und derart mit dem Schwingkreis verbunden ist, daß sie bei Absinken der Amplitude der Schwingunger unter einen vorgegebenen Wert das Prüfsignal unterbricht. Hierbei wird insbesondere an den Fall gedacht, daß in dem Schwingkreis überhaupt keine Schwingungen mehr erkennbar sind, was den Schluss zulässt, daß in dem Schwingkreis ein Kurzschluss oder eine Unterbrechung vorliegt.

Ferner hat es sich als günstig erwiesen, wenn zwischen dem Steuerelement und dem Ausgang des Schalters weitere Schaltkreise zur Signalformung und/oder -verstärkung vorgesehen sind und wenn gegebenenfalls zusätzlich zu den vorstehend betrachteten Überwaohungsschaltungen eine Überwachungsschaltung vorgesehen ist, die an mindestens zwei ausgewählte Schaltungspunkte des Schalters angeschlossen ist, die Signale an diesen Scfaaltungspunkten miteinander

vergleicht und das Pulssignal unterbricht, wenn die Vergleichsergebnisse von vorgegebenen Vergleichsergebnissen abweichen. Insbesondere hat es sich bewährt, wenn eine derartige Überwachungsschaltung die Amplitude und/oder die Phasenlage der Signale an den ausgewählten Schaltungspunkten miteinander vergleicht.

In Weiterbildung der Erfindung hat es sich ferner als vorteilhaft erwiesen, wenn eine gegebenenfalls zusätzliche

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Überwachungsschaltung an mindestens einem ausgewählten Schaltungspunkt des.Schalters angeschlossen ist und beim Auftreten von Strom- und/oder Spannungswerten an diesem Schaltungspunkt beziehungsweise an diesen Schaltungspunkten, welche vorgegebenen Grenzwerte über- oder unterschreiten, das Prüfsignal unterbricht.

Im übrigen bietet der erfindungsgemässe elektronische Schalter zwei grundsätzliche Möglichkeiten der Auswertung - des Prüfsignals. Es ist nämlich einerseits möglich, bei k Verwendung von mehreren Überwachungsschaltungen allen Überwachungsschaltungen eine gemeinsame Ausgangsleitung zuzuordnen, so daß bei Unterbrechung des Prüfsignals auf dieserAusgangsleitung entsprechende ?4.l3 anatmen getroffen werden können. Anderereeits besteht aber auch, die Möglichkeit, mehreren Überwaehungsschaltungen mehrere Prüfleitungen zuzuordnen, was jedoch nicht notwendigerweise bedeutet, dass jeder einzelnen Überwachungsschaltung'eine besondere Prüfleitung zugeordnet ist, und die Prüfsignale durch logische Schaltungen zur Bildung eines für den aufgetretenen Fehler typischen Fehlersignals gemeinsam auszuwerten. Eine besonders vorteilhafte Möglichkeit ist in diesem Zusammenhang bei dem erfindungsgemässen elektronischen Schalter darin zu sehen, dass zwischen Störungen unterschieden werden kann, die in jedem Fall zu sofortigen Gegenmassnahmen zwingen und .solchen Störungen, die gewissermassen als "Voralarm" anzeigen, dass eine erhöhte Wahrscheinlichkeit für einen zukünftigen Ausfall des elektronischen Schalters besteht, beispielsweise wenn die Oberfläche des Steuerelements bereits so weit angegriffen ist, dass Schaltkreisteile einer Überwachungsschaltung zerstört wurden, während die eigentliche Steuerschaltung des elektronischen Schalters, wie sieb anliand der von einer

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oder mehrerer zusätzlicher Überwachungsschaltungen gelieferter . Signale feststellen lässt₅ noch einwandfrei arbeitet.

Weitere Vorteile und Einzelheiten der Erfindung werden nachstehend anhand einer Zeichnung näher erläutert und/oder sind Gegenstand der Schutzansprüche.
In der Zeichnung zeigen:

Fig. 1 ein vereinfachtes Schaltbild eines eleMronischen Schalters gemäss der Erfindung;

Fig. la

bis Ig Schaltbilder verschiedener Ausführungsformen von Überwachungsschaltungen für einen elektronischen Schalter gemäss Fig. 1 und

Fig. 2 ein spezielles Ausführungsbeispiel eines induktiven Steuerelements'für einen elektronischen Schalter gemäss Fig. 1.

Das Schaltbild des in Fig. 1 dargestellten elektronischen Schalters gemäss der Erfindung gilt für einen berührungslosen, elektronischen Schalter mit einem induktiven Steuerelement. Dieses Steuerelement umfasst zwei Spulen Io und 12, die magnetisch miteinander^ gekoppelt und üblicherweise, wie dies in Fig. 1 durch die gestrichelte Linie 14 angedeutet ist, in einem gemeinsamen Topfkern angeordnet sind. Durch an der Vorderseite des Topfkerns vorbeigeführte Gegenstände (mit gegenüber Luft abweichenden

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elektrischen und/oder magnetischen Eigenschaften) wird die Kopplung zwischen den Spulen Io und 12 verändert, d.h. es ergibt sich insgesamt eine Änderung der Impedanz des Steuerelementes. Die Spulen Io und 12 sind nun, wie aus Fig. 1 deutlich wird, Bestandteile eines Schwingkreises, welcher einen Kondensator 16 und einen TransistorΊ8 enthält. Der Transistor 18 ist ein npn-Transistor, dessen Basis über die Spule 12 am positiven Pol (+) der Versorgungsspannungsquelle, dessen Kollektor über die Parallelschaltung der Spule Io und des Kondensators 16 ebenfalls am positiven Pol (+) der Versorgungsspannungsquelle und dessen Emitter über einen Widerstand 2o am negativen Pol (-) der Versorgungsspannungsquelle liegt. Von dem Verbindungspunkt c des Emitters des Transistors 18 mit dem Widerstand 2o wird das hochfrequente Signal des Schwingkreises über einen Kondensator 22 der Basis eines zweiten Transistors 24, der ebenfalls als npn-Transistor ausgebildet ist, zugeführt, die ihre Vorspannung über einen Widerstand 26 erhält, dessen der Basis abgewandtes Ende am negativen Pol (-) der Bezugsspannungsquelle liegt. An diesem Pol der Bezugsspannungsquelle liegt auch der Emitter des zweiten Transistors 21, während dessen der Kollektor über einen Widerstand 28 mit dem positiven Pol (+) der Bezugsspannungsquelle verbunden ist. Parallel zu dem zweiten Transistor 24 liegen ein Kondensator, welcher der Glättung des Ausgangssignals des zweiten Transistors 24 dient, sowie die Serienschaltung einer Zenerdiode 32 und eines Widerstandes 34, deren Verbindungspunkt mit der Basis eines dritten Transistors 36 verbunden ist, dessen Emitter am negativen Pol (-) und dessen Kollektor über einen Widerstand 38 am positiven Pol (+) der

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Bezugsspannungsquelle liegt. Der Verbindungspunkt des Widerstands. 38 und des Kollektors des dritten Transistors 36 ist mit der Basis eines vierten Transistors 4o verbunden, dessen Basis und dessen Kollektor über Widerstände 42 bzw. 44 mit dem positiven Pol (+) der Bezugsspannungsquelle verbunden sind und dessen Emitter direkt am negativen Pol (-) der Bezugsspannungsquelle liegt. Der Kollektor des vierten Transistors 4o bildet den Ausgang des erfindungsgemässen elektronischen Schalters und steht mit einer Ausgangsklemme 46 desselben in Verbindung.

Der dritte und vierte Transistor 36 bzw. 4o wirken dabei in der vorstehenden beschriebenen Schaltung als eine Triggerschaltung. Wird nämlich der Schwingkreis am Eingang der Schaltung gedämpft bzw. verstimmt» dann verringert sich der Stromfluss durch den zweiten Transistor 24, der in voll leitendem Zustantf praktisch einen Kurzschluss darstellt und die Spannung über dem Kondensator 3o bzw. über dem dazu parallelen Zweig aus der Zenerdiode 32 und dem Widerstand 34 steigt allmählich an. Sobald die Durchbruchsspannung der Zenerdiode 32 erreicht ist, liegt an der Basis des dritten Transistors 36 ein positiveres Potential als zuvor, so dass dieser sperrt, was zur Folge hat, dass auch der Transistor 4o in den gesperrten Zustand übergeht, so dass an der Ausgangsklemme 46 statt des zuvor negativen Signals nunmehr ein positives Signal auftritt.

Erfindungsgemäss ist nun in die vorstehend beschriebene Schaltung zwischen Punkten a und a¹ eine Überwachungsschaltung A eingefügt. Diese Überwachungsschaltung A ist in Fig. la in ih- ·

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ren Einzelheiten dargestellt. Wie Fig. la zeigt, enthält die Überwachungsschaltung A einen Transistor 48, dessen Emitter direkt' mit dem Punkt a¹ in Verbindung steht und dessen Basis und Kollektor über jeweils einen Widerstand 5o bzw. 52 mit dem Punkt a der Schaltung gemäss Fig. 1 verbunden sind. Zwischen dem Widerstand 5o und der Basis des Transistors 48 liegt ferner eine Spule 54, welche, wie dies in Fig. 1 angedeutet ist, ge-™ meinsam mit den Spulen Io und 12 in einem Topfkern 14 angeordnet ist, deren Induktivität jedoch praktisch nicht ins Gewicht fällt, da sie lediglich dem Zweck dient, bei mechanischen Beschädigungen auf der offenen Seite des Topfkerns 14 auf jeden Fall gleichzeitig mit den Spulen Io und 12 oder noch vor diesen beschädigt zu werden, was zur Folge hat, dass der Basiskreis für den Transistor 48 unterbrochen wird, so dass das Prüfsignal auf der mit dem Kollektor des Transistors 48 verbundenen Ausgangsleitung 56 unterbrochen wird, was darauf zurückzuführen ist, dass der Transistor 48 bei einer Unterbrechung seiner Basisvorspannung sperrt.

Eine weitere Überwachungsschaltung für die Schaltung gemäss Fig. 1 ist in Fig. Ib dargestellt. Diese Überwachungsschaltung ist einerseits an die Funkte c und c¹ in Fig. 1 angeschlossen und enthält den Widerstand 2o; andererseits erhält sie ihre Versorgungsspannung vom positiven Pol (+) bzw. vom negativen Pol (-) der Versorgungsspannungsquelle. Im einzelnen enthält die Überwachungsschaltung gemäss Fig. Ib zwei Transistoren 5 8 und 6o, deren Emitter jeweils direkt am negativen Pol (-) der Versorgungsspannungsquelle und deren Kollektoren über Widerstände 6 bzw.

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64 am positiven Pol (+) der Versorgungsspannungsquelle liegen. Die Basis des Transistors 58 liegt direkt an dem Punkt c und die Basis des Transistors 6o liegt über einen Widerstand 66 an dem Punkt c. Zwischen der Basis des Transistors 6o und dem negativen Pol (-) der Versorgungsspannungsquelle liegt ferner ein Widerstand 68. Die Überwachungsschaltung gemäss Fig. Ib enthält ferner eine ODER-Schätung 7o mit einem negierten Eingang, wobei der Kollektor des Transistors 6o mit dem negierten Eingang und der Kollektor des Transistors 58 mit dem anderen Eingang verbunden ist.

Die Überwachungsschaltung gemäss Fig. Ib ist nun so dimensioniert, dass bei Ordnungεgemässem Arbeiten der Schaltung gemäss Fig. 1 der Transistor 58 geöffnet und der Transistor 6o gesperrt ist. Bei diesem Zustand der Überwachungsschaltung gemäss Fig. Ib liegt am Kollektor des Transistors 5 8 praktisch die gleiche Spannung wie am negativen Pol (-) der Versorgungsspannungsquelle, während am Kollektor des Transistors 6o eine Spannung anliegt, die der Spannung am positiven Pol (+) der Versorgungsspannungsquelle entspricht und die dem negierten Eingang der ODER-Schaltung 7o zugeführt wird. Die ODER-Schaltung 7ο liefert daraufhin an ihrem Ausgang, welcher die Ausgangsleitung 72 der Überwachungsschaltung gemäss Fig. Ib bildet, eine negative Spannung als Prüfsignal. Diese negative Spannung am Ausgang der ODER-Schaltung 7o zeigt an, dass de Schaltung gemäss Fig. 1 ordnungsgemäss arbeitet.

Liegt nunmehr in der Schaltung gemäss Fig. 1 eine Störung vor, die zur Folge hat, dass der Transistor 18 über den Widerstand 2o

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einen übermässig grossen Strom I'zieht, dann bleibt der Transistor 58· durchgesteuert, es wird jedoch auch der Transistor 6o durchgesteuert, so dass an dessen Kollektor nunmehr ebenfalls ein Potential anliegt, welches dem Potential am negativen Pol " (-) der VersorgungsSpannungsquelle entspricht. Infolge der Negation des mit dem Transistor 6o verbundenen Eingangs der ODER-Schaltung 7o geht das Prüfsignal auf der Ausgangsleitung 72 \ daher vom Zustand "0" in den Zustand "L" über.

Liegt eine solche Störung der Schaltung gemäss FjLg. 1 vor, dass der Strom I unter einen vorgegebenen Wert absinkt, so bleibt der Transistor 6o gesperrt,und auch der Transistor 5 8 geht in den gesperrten Zustand über. Wie man leicht einsieht, führt auch diese Bedingung dazu, dass auf der Ausgangsleitung 72 der ODER-Schaltung 7o ein "L"-Signal erscheint, welches eine Störung der Schaltung gemäss Fig. 1 anzeigt.

Insgesamt arbeitet die Überwachungsschaltung gemäss Fig. Ib also als eine Schwellwertschaltung, welche die Schaltung gemäss Fig. 1 daraufhin überwacht, ob der Strom durch den Widerstand " einen vorgegebenen Wert über- bzw. unterschreitet.

Eine weitere Überwachungsschaltung ist in Fig. Ic dargestellt. Diese Überwachungsschaltung enthält einen Transistor 74, dessen Kollektor über einen Widerstand 76 mit dem positiven Pol (+) der VersorgungsSpannungsquelle verbunden ist und dessen Emitter direkt am negativen Pol C-) der Versorgungsspannungsquelle liegt. Die Basis des Transistors 74 liegt über einen Kondensator 7 8

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und eine Diode 80 am Punkt c der Schaltung gemäss Fig, 1 und ausserdem über einen Kondensator 82 am negativen Pol C-> der Versorgungsspannungsquelle. Die Äusgangsleitung 8¹I dieser Überwachungsschaltung liegt wiederum am Kollektor des Transistors 74.

Bei unbedämpftem Schwingkreis der Schaltung gemäss Fig. 1 geht die Wechselspannung am Punkt c Über den Kondensator 78, wird durch die Diode 80 gleichgerichtet und durch den Kondensator geglättet. Durch die in diesem Zustand an seiner Basis anliegende Spannung wird der Transistor 74 im leitenden Zustand gehalten, so dass an der Ausgangs leitung 84 ein negatives Potential anliegt. Die Überwachungsschaltung gemäss Fig. Ic ist so dimensioniert, dass auch bei ordnungsgemäss bedampftem Schwingkreis in der Schaltung gemäss Fig. 1 der Transistor 74 im geöffneten Zustand bleibt und das negative Signal auf der Ausgangsleitung 84 den ordnungsgemässen Zustand der Schaltung gemäss Fig. 1 anzeigt.

Sinkt dagegen die Amplitude in dem Schwingkreis der Schaltung gemäss Fig. 1 unter einen vorgegebenen Wert ab oder hört die Schwingung vollständig auf, so schliesst der Transistor 74, so dass auf der Ausgangsleitung 84 nunmehr ein positives Prüfsignal erscheint, welches eine Störung der Schaltung gemäss Fig. anzeigt.

Eine weitere Überwachungsschaltung für die Schaltung gemäss Fig. 1 ist in Fig. Id dargestellt. Diese Überwachungsschaltung,

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welche zwischen den Punkten c und d der Schaltung gemäss Fig.l anschliessbar ist» umfasst zwei UND-Schaltungen 86 und 88 sowie eine ODER-Schaltung 9o, deren Ausgang die Ausgangsleitung 92 dieser Überwachungsschaltung bildet. Da beide Eingänge der

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UKO-ScfoalttiHg/negiert sind» ergibt sich am Ausgang der ODER-Schaltung So immer-dann ein Prüfsignal, welches den ordnungsgemässen Zustand der Schaltung gemäss Fig. 1 anzeigt, wenn die P Spannungen an den Punkten c und d dieser Schaltung entweder beide positiv oder beide negativ sind, wodurch sichergestellt ist, dass das Ausgangssignal an der Ausgangsklemme 46 auch dem Zustand des Schwingkreises entspricht. Gegebenenfalls ist es zweckmässig, zwischen die Eingänge der UND-Schaltungen 86 und 88 und die Funkte c und d der Schaltung gemäss Fig. 1 Schwellwertschaltungen oder dergleichen einzufügen, wodurch es beispielsweise möglich wird, die Phasenlage der Signale an den Punkten c und d zu überwachen, was beispielsweise dann von Interesse sein kann, wenn anstelle der in Fig. 1 dargestellten Schaltung eine gleichartige, jedoch mit Wechselstrom betriebene Schaltung vorhanden ist, über deren Ausgangsklemme 46 die Einschaltvorgänge von Drehstrommotoren gesteuert werden sollen.

Eine weitere Überwachungsschaltung für die Schaltung gemäss Fig. 1 ist in Fig. Ie dargestellt. Diese Überwachungsschaltung ist anstelle des Widerstandes 44 zwischen die Punkte e und e^f in die Schaltung gemäss Fig. 1 einsetzbar und besitzt ausserdem eine Verbindung zum negativen Pol (-) der Versorgungsspannungsquelle. Die Überwachungsschaltung gemäss Fig. Ie enthält einen

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Transistor 94, dessen Kollektor mit dem Punkt e und dessen Emitter mit. dem. Punkt e¹ in der Schaltung gemäss Fig. 1 verbunden ist. Zwei Widerstände 9 8 und loo₉ die zwischen dem Punkt e und dem negativen Pol (-) der V.ersorgungs Spannungsquelle liegen, dienen als Spannungsteiler für die Basis des Transistors 94. Ein zweiter Transistor 96 dieser Überwachungsschaltung liegt mit seinem Kollektor an dem Punkt e und mit seinem Emitter über einen Widerstand Io2 am negativen Pol (-) der Versorgungsspannungsquelle. Die Baas dieses Transistors ist über eine Diode Io4 und einen Widerstand Io6 mit dem Emitter des Transistors · 94 verbunden.

Solange nun der Strom durch den Transistor 4o in Schaltung 1 normal ist, ist die Kollektor-Emitter-Spannung des Transistors 94 verhältnismässig klein, so dass die Basis des Transistors praktisch am positiven Pol (+) "der Versorgungsspannungsquele liegt, wodurch dieser-Transistor 96 gesperrt bleibt, so dass das Prüfsignal auf der mit dem Emitter des Transistors 96 verbundenen Ausgangsleitung Io8 negativ ist. Steigt dagegen der Strom durch den Transistor 4o über einen vorgegebenen Wert an, so sperrt der Transistor 94, was zur Folge hat, dass der Transistor 96 infolge seiner gestiegenen Basisvorspannung öffnet, so dass auf der Ausgangsleitung Io8 nunmehr ein positives.Signal . auftritt,.welches einen Fehler in der Schaltung gemäss Fig. 1 anzeigt.' . .-.,'·

Die in Fig. If gezeigte Überwachungsschaltung"liegt zwischen dem positiven Pol (+) und dem negativen Pol (-) der Versorgungs-

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Bpannungsquelle, also beispielsweise zwischen dan Punkten f und f' der Schaltung in Fig. 1. Diese überwachungsschaltung enthält zwei Transistoren lio und 112, deren KolleJctoren über Wider-stände 11Λ und 116 am positiven Pol ( + > und deren Emitter über Zenerdloden 118 bzw. 12o am.negativen Pol C-) der Versorgungsepannungsquelle liegen= Der Basis beider Transistoren wird über einen Spannungsteiler aus -Widerständen 122 und 12U eine geeig- ψ nete Vorspannung zugeführt. Die Kollektoren der Transistoren Ho und 112 sind mit den jeweils zwei Eingängen zweier UND-Schaltungen 126 und 128 verbunden j wobei die UND-Schaltung 128 jew ei negierte Eingänge aufv/aist. Die Ausgänge der UND-Schaltungen bilden die Eingänge einer ODER-Schaltung ISo₉ deren Ausgang dl® Ausgangsleitung 3.32 ui&ai£ Prüfschaltung bildet. Die Zenerdiode. I2o besitzt sine kleine Soliw-eilanspannung, v;ährend die Zenerdiode 118 eine grosse Sehwell^nspannung besitzt, Sinkt nun die Versorgungsspannung unts^ einen vorgegebenen Wert ab₉ dann sind ibside -Zenerdioden 118 .und 12o luid damit auch beide .Translgtorsn lio und 112 gesperrt. Die Ausgänge der Transistoren liefern damit das positive "L"-Signal_a die UND-Schaltung ^ liefert an ihrem Ausgang das "L"-Signal und auf der Ausgangs-" leitung 132 der ODER-Schaltung 13o ergibt sich ebenfalls das - ⁿL"-Signal. ^x " .

Hat dia ¥ar»sorgungsspannung dagegen ihren Noraalwert _s dann ist die ZföFser-diode i2o und dat?.it der Transistor 112 geöffnet. Dies hat sup FoIgC₉ dass beid& UND-Schaltungen 126 una 128 an ihren Ausgängen ein "0"-Signal Liefern und dass eomit mich auf der

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zeigt an, dass die Schaltung gemäss Fig. 1 eine ordnungsgemässe Versorgungsspannung erhält.

Übersteigt dagegen die Versorgungsspannung einen vorgegebenen Wert, so öffnet ausser der Zenerdiode 12o auch noch die Zenerdiode 118, so dass der Transistor Ho leitend wird. Dies hat zur Folge, dass nunmehr die LWD-Schaltung 128, welche negierte Eingänge aufweist, ein "L"-Signal liefert, so dass auch auf der Ausgangsleitung 132 ein "L"-Signal auftritt und wiederum anzeigt j dass sich die Versorgungsspannung nicht innerhalb der vorgegebenen Grenzen hält,

Figo Ig zeigt eine x^eitere überwachungsschaltung, die dazu dient, festzustellen, ob die Schaltung gemäss Fig. 1 nicht versehentlich an eine Wechselstromquelle angeschlossen wurde oder ob die dieser Schaltung zugeführte Gleichspannung eine zu hohe Restwelligkeit aufweist. Die in Fig« Ig dargestellte Überwachungsschaltung könnte beispielsweise ebenfalls zwischen den Punkten f und f' der Schaltung gemäss Fig. 1 angeschlossen werden. Die Überwachungsschaltung gemäss Fig. Ig enthält einen Transistor 134, dessen Emitter mit dem negativen Pol (-) der Versorgungsspannungsquelle und dessen Kollektor über einen Widerstand 136 mit dem positiven Pol (4-) der Versorgungs Spannungsquelle verbunden ist. Die BasisVorspannung für diesen Transistor 134 wird durch die Serienschaltung eines Kondensators 13 8 und einer Diode 14o einerseits und die Parallelschaltung eines weiteren Kondensators 142 und eines Widerstandes 144 andererseits erzeugt» Wenn der Wechselspannungsanteil in der Versorgungsspannung hoch ge-

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nug ist, reicht die so erzeugte Basisspannung aus, den Transistor 134 leitend zu steuern, so dass dieser auf der mit seinem Kollektor verbundenen Ausgangsleitung 146 ein Signal liefert, welches anzeigt., dass der Schaltung gemäss Fig. 1 statt einer Gleichspannung eine Wechselspannung bzw. eine Gleichspannung zu hoher Welligkeit zugeführt wird.

' Wird anstelle der in Fig. 1 dargestellten Schaltung für Gleichstrom eine entsprechende Schaltung für Wechselstrom verwendet, so lässt sich die Schaltung gemäss Fig. Ig ebenfalls als Überwachungsschaltung verwenden, wobei dann natürlich ein Sperren des Transistors 134 anzeigt, dass der Schaltung anstelle des gewünschten Wechselstroms ein Gleichstrom zugeführt wird.

Fig. 2 zeigt eine bevorzugte Ausführungsform eines induktiven Steuerelements für einen elektronischen Schalter gemäss Fig. 1. Man erkennt, dass in einem nach oben offenen Topfkern 148 zwei Spulen 15o und 152 angeordnet sind, die durch den Topfkern 148 magnetisch miteinander gekoppelt sind und den Spulen Io und 12 % in Fig. 1 entsprechen. Über diesen beiden Spulen ist nun eine sehr flache Spule 154 angeordnet_s die der Spule 54 in Fig. 1 bzw. Fig. la entspricht. Diese Spule ist nun Teil der Überwachungsschaltung A und wird bei einer mechanischen Beschädigung des in Fig. 2 gezeigten Steuerelementes vor den Spulen 15o bzw. 152 oder· gleichzeitig mit diesen zerstört. Dies hat zur Folge, dass die Überwachungsschaltung A anspricht und auf ihrer Ausgangsleitung 156 ein Signal erzeugt, welches in einer zentralen Überwachungseinheit verhindert, dass ein Wechsel des Signals an der Ausgangs-

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klemme 46 der Schaltung gemäss Fig, i als eine Dämpfung des Schwingkreises ausgelegt wird, während in Wirklichkeit eine Zer-* Störung des Steuerelements vorliegt.

Selbstverständlich liegt es im Rahmen der Erfindung, auch bei andersartig ausgestalteten Steuerelementen₉ beispielsweise bei kapazitiven Steuerelementen oder bei Steuerelementen, die mit einer Feldplatte arbäten, Schaltkreisteile einer Überwachungsschaltung in ähnlicher Weise vor den lebenswichtigen Teilen des Steuerelementes anzuordnen,, um auf diese Weise Fehlschlüsse aus bestimmten Ausgangs Signalen des Steuerelementes bzw, des elektronischen Schalters zu vermeiden»

Claims

Patentansprüche

Elektronischer Schalter mit einem in seiner Impedanz berührungslos steuerbaren, induktiven oder kapazitiven Steuerelement, dadurch gekennzeichnet, dass er mindestens eine seine vorgegebenen Betriebsbedingungen ständig kontrollierende überwachungsschaltung A mit mindestens einer Ausgangsleitung (56) enthält, an der für die Dauer des Vorliegens der überwachten vorgegebenen Betriebsbedingungen ein stetiges Prüfsignal anliegt.
2. Schalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Überwachungsschaltung A die mechanische Unversehrtheit des Steuerelements (Fig. 2) kontrolliert.
3. Schalter nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die überwachungsschaltung A Schaltkreisteile (54) umfasst, die derart an dem Steuerelement (Fig. 2) angeordnet sind, dass sie bei einer mechanischen Beschädigung des Steuerelemente (Fig. 2) zwangsläufig zerstört werden.

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4. Schalter nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Schaltkreisteile (54, 154) der Überwachungsschaltung A räumlich zwischen den die Impedanz berührungslos beeinflussenden Elementen und den für die Impedanzänderung wesentlichen Teile (io,_12; 15o, 152) des Steuerelements (Fig. 2) liegen.
5. Schalter nach Anspruch t, dadurch gekennzeichnet, dass die Schaltkreisteile (15U) der Überwachungsschaltung bei einem induktiven Steuerelement (Fig. 2) als flache- Spüle"(15Ό. ausgebildet sind-, die vor den Spulen (15o, 152) des Steuer-

• elements (Fig. 2) angeordnet ist.
6. Schalter nach einem oder mehreren der vorangegangenen Ansprüche § dadurch gekennzeichnet_s dass eine Überwachungsschaltung (Fig. la) mit■einem das Steuerelement enthaltenden Stromkreis verbunden und als Schwellwertschaltung ausgebildet ist, deren Ansprechschwellen so gewählt sind, dass eine Unterbrechung des Prüfsignals erfolgt, wenn die Impedanz des Steuerelements vorgegebene Grenzwerte über- bzw. unterschreitet. '■ ■
7. Schalter nach einem oder mehreren der" vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet j dass eine Überwachungsschaltung (Fig. Ic) bei einem die Amplitude der Schwingungen eines Schwingkreises beeinflussenden Steuerelement als Schwingungsdetektor ausgebildet und derart mit dem Schwingkreis verbunden ist, dass sie bei Absinken der Amplitude der Schwingungen unter einen vorgegebenen Wert das Prüfsignal unterbricht.

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II.
8. Schalter nach einem oder mehreren der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Steuerelement und dem Ausgang des Schalters weitere Schaltkreise zur Signalformung und/oder -verstärkung vorgesehen sind und dass eine Überwachungsschaltung (Fig. Id) an mindestens zwei ausgewählten Schaltungspunkten (c, d) des Schalters angeschlossen ist, die Signale an diesen Schaltungspunkten

" miteinander vergleicht und das Prüfsignal unterbricht, wenn die Vergleichsergebnisse von vorgegebenen Vergleichsergebnissen abweichen.
9. Schalter nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Überwachungsschaltung (Fig. Id) die Amplitude und/oder die Phasenlage der Signale an den ausgewählten Schaltungspunkten (c, d) miteinander vergleicht.
10. Schalter nach einem oder mehreren der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Überwachungsschaltung (Fig. If) an mindestens einen ausgewählten

| Schaltungspunkt des Schalters angeschlossen ist und bei Auftreten von Strom- und/oder Spannungswerten an diesem Schaltungspunkt bzw. an diesen Schaltungspunkten, welche vorgegebene Grenzwerte über- oder unterschreiten, das Prüfsignal unterbricht.
11. Schalter nach einem oder mehreren der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass allen Überwachungsschaltungen (Fig. la bis Fig. Ig) eine gemeinsame Ausgangsleitung zugeordnet ist.

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12. Schalter nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis Io _t dadurch gekennzeichnet, dass den Überwachungsschaltungen (Fig. 1 bis Fig. Ig) mehrere Prüfleitungen zugeordnet sind.
13. Schalter nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Prüfsignale durch logische Schaltungen zur Bildung eines für den aufgetretenen Fehler typischen Fehlersignals gemeinsam auswertbar sind.

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