DE2166021B2 - Elektronischer naeherungsschalter - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen elektronischen Näherungsschalter zur Überwachung bewegter Teile mit einem Oszillator mit einem in seiner Impedanz durch die Annäherung der Teile veränderlichen, induktiven oder kapazitiven Steuerelement.

Schalter mit derartigen Steuerelementen finden seit längerer Zeit verbreitete Anwendung, wobei insbesondere Schalter mit induktiven Steuerelementen verwendet werden, die in einfacher Weise dadurch ausgelöst werden können, daß die Kopplung zwischen zwei Spulen durch Einbringen eines Metallteils in das die Spulen umgebende Magnetfeld verändert wird, wobei die Metallteile sowohl bewegte Maschinenteile als auch beispielsweise in einer Fördereinrichtung bewegte metallische Gegenstände sein können. Die durch Änderung der Kopplung hervorgerufene Impedanzänderung des Steuerelements wird dabei zum Verstimmen bzw. Bedampfen eines auf Resonanz abgestimmten Schwingkreises benutzt, der Teil eines Oszillators ist, dessen Schwingungsamplitude für die Erzeugung eines Ausgangssignals herangezogen wird. Da derartige Schalter häufig in komplizierten und entsprechend teuren Maschinen eingesetzt werden, sowie der Steuerung ausgeklügelter Produktionsabläufe dienen, ist es zur Vermeidung kostspieliger Betriebsstörungen oder Maschinenschäden, die durch den Ausfall eines Schalters hervorgerufen werden können, im allgemeinen erforderlich, dafür Vorsorge zu treffen, daß der Ausfall eines Schalters rechtzeitig erkannt und/oder in seinen Auswirkungen unschädlich gemacht wird.

Zur Lösung dieses Problems wurden bisher im allgemeinen an jeder Stelle zur Überwachung bewegter Teile zwei Schalter vorgesehen, so daß bei Ausfall eines der Schalter der andere dessen-Funktion übernehmen konnte. Diese Lösung hat nun einerseits den Nachteil, ■ daß in jedem Fall der doppelte Aufwand entsteht und erweist sich andererseits insbesondere dann als unsicher, wenn der Ausfall eines Schalters auf eine mechanische Beschädigung zurückzuführen ist, von der dann mit hoher Wahrscheinlichkeit auch der in

in unmiitelbarer Nähe angeordnete Reserveschalter betroffen wird.

Des weiteren hat es sich herausgestellt, daß die Bauelemente elektronischer Näherungsschalter infolge elektrischer Störungen in der Maschinensteuerung oder infolge unsachgemäßen Arbeitens bei der Montage der Schalter relativ leicht zerstört bzw. beschädigt werden können, wobei eine solche Störung häufig zunächst nicht erkannt werden kann, so daß davon ausgegangen wird, daß die Näherungsschalter einwandfrei arbeiten, was dann, wenn die Näherungsschalter die Schaltvorgänge auslösen sollen, für die sie eingesetzt sind, zu Fehlschaltungen und Betriebsstörungen führt, obwohl vielleicht gerade erst ein neuer Schalter eingesetzt wurde. Auch in diesem Fall erweist sich die Verwendung zweier paralleler Näherungsschalter als zu unsicher, da beide Schalter von Montagefehlern und elektrischen Störungen mit hoher Wahrscheinlichkeit gleichzeitig betroffen werden.

Ausgehend von dem vorstehend erläuterten Stand

in der Technik lag der vorliegenden Erfindung nunmehr die Aufgabe zugrunde, einen elektronischen Näherungsschalter vorzuschlagen, bei weichem es möglich ist, Zerstörungen oder Beschädigungen der elektronischen Bauelemente bei jedem Betriebszustand des Schalters

j) sofort mit Sicherheit festzustellen, wobei dieser Schalter gleichzeitig eine einfache Überwachung auf mechanische Beschädigungen ermöglichen sollte.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch einen Schalter der eingangs näher beschriebenen Art gelöst,

w der dadurch gekennzeichnet ist, daß eine mindestens zwei Eingänge aufweisende, logische Vergleichsschaltung mit zwei UND-Schaltungen mit jeweils zwei Eingängen vorgesehen ist, die jeweils mit den beiden Eingängen der logischen Vergleichsschaltung verbun-

n den sind, an denen einerseits eine am Oszillator und andererseits eine am Ausgang des Näherungsschalters abgegriffene Spannung liegt, daß beide Eingänge der einen UND-Schaltung negiert sind und daß die Ausgänge der beiden UND-Schaltungen mit den beiden Eingängen einer ODER-Schaltung verbunden sind, deren Ausgang eine Ausgangsieitung der logischen Vergleichsschaltung bildet, an der für die Dauer des Vorliegens einander entsprechender Betriebsbedingungen an den beiden Eingängen ein stetiges Prüfsignal

'Λ anliegt.

Bei einem erfindungsgemäßen Näherungsschalter werden also die Signale an unterschiedlichen Stellen der Schaltung miteinander verglichen, wobei eine Diskrepanz dieser Signale zur Unterbrechung eines stetigen

W) Prüfsignals führt, welches im Normalzustand dauernd anzeigt, daß der Schalter betriebsbereit ist. Auf diese Weise kann eine Beschädigung oder Zerstörung eines der Halbleiterbauelemente, insbesondere des bei derartigen Schaltern im allgemeinen vorhandenen Ausgangs-

ιλ transistors, der besonders leicht durch unsachgemäße Behandlung des Schalters, beispielsweise durch Anlegen einer zu hohen Spannung oder Anlegen einer Spannung der falschen Polaritä., beschädigt werden kann, sofort

erkannt werden, und es ist nicht mehr möglich, daß ein Fehler des Schalters so lange verborgen bleibt, bis dieser eine Fehlschaltung durchführt.

Ferner hat es sich als günstig erwiesen, wenn die logische Vergleichsschaltung einen weiteren Eingang aufweist, der mit dem Ausgang eine: Überwachungsschaltung für die mechanische Unversehrtheit des Steuerelements verbunden ist, und wenn das Signal auf der Ausgangsleitung der logischen Schaltung einer vorgegebenen logischen Verknüpfung der ihren drei Eingängen zugeführten Signale entspricht. Auf diese Weise ist es nämlich möglich, das stetige Prüfsignal, welches die Betriebsbereitschaft des Schalters anzeigt, nur dann zu erzeugen, wenn einerseits die elektronischen Bauelemente des Schalters einwandfrei arbeiten und wenn andererseits auch keine mechanische Beschädigung des Steuerelements vorliegt.

Ein bevorzugtes Ausiührungsbeispiel der Erfindung wird nachstehend anhand einer Zeichnung näher erläutert. Es zeigt:

Fig. 1 ein vereinfachtes Schaltbild eines elektronischen Näherungsschalters, und

F i g. 2 ein Schaltbild einer logischen Vergleichsschaltung für den Näherungsschalter gemäß Fig. 1.

Der in Fig. 1 dargestellte elektronische Näherungsschalter besitzt ein induktives Steuerelement mit zwei Spulen 10 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 elektrischen und/ oder magnetischen Eigenschaften) wird die Kopplung zwischen den Spulen 10 und 12 verändert, d. h. es ergibt sich insgesamt eine Änderung der Impedanz des Steuerelementes. Die Spulen 10 und 12 sind nun, wie aus Fig. 1 deutlich wird, Bestandteile eines Schwingkreises, welcher einen Kondensator 16 und einen Transistor 18 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 10 und des Kondensators 16 ebenfalls am positiven Pol (+) der Versorgungsspannungsquelle und dessen Emitter über einen Widerstand 20 am negativen Pol (-) der Versorgungsspannungsquelle liegt. Von dem Verbindungspunkt cdes Emitters des Transistors 18 mit dem Widerstand 20 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 24, während dessen 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 an positiven Pol ( + ) der Bezugsspannungsquelle liegt. Der Verbindungspunkt des Widerstandes 38 und des Kollektors des dritten Transistors 36 ist mit der Basis eines vierten Transistors 40 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 40 bildet den Ausgang des erfindungsgemäßen elektronischen Schalter·; und steht mit einer Ausgangsklemme 46 desselben in Verbindung.

Der dritte und vierte Transistor 36 bzw. 40 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 Zustand praktisch einen Kurzschluß darstellt und die Spannung über dem Kondensator 30 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 leitet, was zur Folge hat, daß der Transistor 40 in den gesperrten Zustand übergeht, so daß an der Ausgangsklemme 46 statt des zuvor negativen Signals nunmehr ein positives Signal auftritt.

Fig. 2 zeigt eine logische Vergleichsschaltung des Näherungsschalters gemäß Fi g. 1. Die Vergleichsschaltung, welche zwischen den Punkten c und d der Schaltung gemäß Fig. 1 anschließbar ist, umfaßt zwei UND-Schaltungen 86 und 88 sowie eine ODER-Schaltung 90, deren Ausgang die Ausgangsleitung 92 dieser Vergleichsschaltung bildet. Da beide Eingänge der UN D-Schaltung 88 negiert sind, ergibt sich am Ausgang der ODER-Schaltung 90 immer dann ein Prüfsignal, welches den ordnungsgemäßen Zustand der Schaltung gemäß Fig. 1 anzeigt, wenn die Spannungen an den Punkten cund c/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 Punkte cund c/der Schaltung gemäß Fig. 1 Schwellwertschaltungen od. dgl. einzufügen, wodurch es beispielsweise möglich wird, die Phasenlage der Signale an den Punkten cund 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.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (2)

Patentansprüche:

1. Elektronischer Näherungsschalter zur Überwachung bewegter Teile mit einem Oszillator mit einem in seiner Impedanz durch die Annäherung der Teile veränderlichen, induktiven oder kapazitiven Steuerelement, dadurch gekennzeichnet, daß eine mindestens zwei Eingänge (c, d.)aufweisende, logische Vergleichsschaltung mit zwei UND-Schaltungen (86, 88) mit jeweils zwei Eingängen vorgesehen ist, die jeweils mit den beider Eingängen (c, d) der logischen Vergleichsschaltung verbunden sind, an denen einerseits eine am Oszillator (10 bis 18) und andererseits eine am Ausgang (d) des Näherungsschalters abgegriffene Spannung liegt, daß beide Eingänge der einen UND-Schaltung (88) negiert sind und daß die Ausgänge der beiden UND-Schaltungen (86, 88) mit den beiden Eingängen einer ODER-Schaltung (90) verbunden sind, deren Ausgang eine Ausgangsfeitung (92) der logischen Vergleichsschaltung bildet, an der für die Dauer des Vorliegens einander entsprechender Betriebsbedingungen an den beiden Eingängen (c, d) ein stetiges Prüfsignal anliegt.

2. Näherungsschalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die logische Vergleichsschaltung einen weiteren Eingang aufweist, der mit dem Ausgang einer Überwachungsschaltung für die mechanische Unversehrtheit des Steuerelements verbunden ist, und daß das Signal auf der Ausgangsieitung der logischen Schaltung einer vorgegebenen logischen Verknüpfung der ihren drei Eingängen zugeführten Signale entspricht.