DE2222704A1

DE2222704A1 - Naeherungsschalter

Info

Publication number: DE2222704A1
Application number: DE19722222704
Authority: DE
Inventors: Gordon Malcolm Edge; Peter William Lee
Original assignee: Godwin Warren Engineering Ltd
Current assignee: Godwin Warren Engineering Ltd
Priority date: 1971-05-12
Filing date: 1972-05-09
Publication date: 1973-01-18
Also published as: FR2136344A5; CH534454A; NL7205228A; US3761736A

Description

DB-INQ. DIPL.-ING. M. SC. DIPL.-PHYS. D R. DIPL.-PHVS.

HÖGER - STELLRECHT-GRIESSBACH - HAECKER

PATENTANWÄLTE IN STUTTGART.

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Godwin Warren Engineering .

Limited

Thame House, Castle Street,

High Wyco'mbe, Buckinghamshire, England

Näherungsschalter

Die Erfindung betrifft einen Näherungsschalter mit einer als Steuerelement dienenden, isolierten Elektrode, deren Kapazität insbesondere durch Annäherung eines Fingers zur Betätigung dos Schalters gegenüber einem Bezugspotential veränderbar ist, ·

Näherungsschalter, die für eine Betätigung durch den Menschen gedacht sind oder auch für eine Betätigung durch bewegte Maschinenteile oder andere bewegte Elemente, die bei einem Produktionsverfahren bewegt werden, beispielsweise Werkzeugtische

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für Maschinen, Strickmaschinennadeln, Flaschen oder andere Behälter verschiedener Arten, sind seit längerem bekannt.

Ein schwerwiegendes Problem, welches bei derartigen Schaltern auftritt, ist die Anlagerung von Schmutz, Fett usw. auf demjenigen Teil des Schalters, welcher als Sensor dienen soll, wobei eine derartige Verschmutzung gelegentlich zur spontanen Auslösung von Schaltvorgängen durch den Schalter führt. Dieses Problem verschlimmert sich noch, wenn man beabsichtigt, den Schalter im Freien einzusetzen, wo die Funktion des Schalters zusätzlich durch Regen, Schnee usw. beeinträchtigt werden kann, und zwar in einem Umfang, der zu der Feststellung führte, dass derartige Näherungsschalter normalerweise im Freien nicht einsetzbar sind.

Ausgehend von diesem Stand der Technik lag der vorliegenden Erfindung nunmehr die Aufgabe zugrunde, einen Näherungsschalter vorzuschlagen, bei welchem die vorstehend aufgezeigten Schwierigkeiten nicht mehr eintreten können.

Diese Aufgabe wird durch einen Näherungsschalter der eingangs beschriebenen Art gelöst., der erfindungsgemäss dadurch gekennzeichnet ist, dass die Elektrode mit einer sich selbst verzögernd abgleichenden Brückenschaltung verbunden ist, so dass der Schalter bei schnellen Kapazitätsänderungen betätigt wird, während bei langfristig und langsam verlaufenden Kapazitätsärderungen keine Schaltvorgänge des Schalters ausgelöst werden.

Aufgrund der Tatsache, dass die Brückenschaltung selbst abglei-

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chend ausgebildet ist, wobei der automatische Abgleich mit einer geeigneten Verzögerung erfolgt, wird nicht nur eine Veränderung der Kapazität der als Sensor dienenden Elektrode durch Schmutzablagerungen und Witterungseinflüsse kompensiert, sondern es werden auch permanente und temporäre Änderungen der Eigenschaften der Bauelemente der Brückenschaltung, wie sie beispielsweise infolge von Temperaturänderungen und anderen Einflüssen auftreten, ausgeglichen.

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

Fig. 1 eine schematische Darstellung einer Draufsicht auf ein Feld von sechs Näherungsschaltern gemäss der Erfindung und

Fig. 2 ein Schaltbild einer Brückenschaltung, wie sie mit jedem der Näherungsschalter gemäss Fig. Λ. verbunden ist.

Als Beispiel einer bevorzugten Ausführungsform für einen erfindungsgemässen Näherungsschalter zeigt Fig, 1 ein Feld von sechs derartigen Schaltern, von denen jeder aus einer rechteckigen Elektrode 11 aus leitendem Material in Form einer dünnen Schicht besteht, die unter Anwendung der für gedruckte Schaltungen üblichen Verfahren auf einer isolierenden Platte 14 angebracht ist. Jede Elektrode 11 ist von einem Schutzring umge-

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ben, wobei die einzelnen Schutzringe durch ein aufgedrucktes Gitter 15 gebildet werden, welches geerdet ist. Das Gitter bzw, die Schutzringe dienen dem Zweck, eine versehentliche, gleichzeitige Betätigung zweier benachbarter Schalter zu verhindern. Jede Elektrode 11 ist elektrisch über eine Leitung, beispielsweise eine Leitung 13,»mit einer Brückenschaltung verbunden, wie sie nachstehend anhand der Figur 2 noch näher erläutert werden soll.

Jede Elektrode 11 weist eine Mittelöffnung 12 auf, hinter welcher geeignete Einrichtungen (nicht dargestellt) vorgesehen sind, um die Mittelöffnung zu beleuchten, wenn der Schalter betätigt ist.

Fig. 2 zeigt eine Brückenschaltung, in welcher ein Kondensator P die Kapazität zwischen einer Elektrode 11 und Erde darstellt. Der Kondensator P und die Serienschaltung eines Bezugskondensators C. und eines spannungsabhängigen Kondensators D., welcher vorzugsweise durch eine in Sperrichtung vorgespannte Siliziumdiode gebildet wird, sind Bestandteil einer .Brückenschaltung mit Widerständen FL, R„, R₃ und R^.

Die Brückenschaltung ist aufgrund folgender Massnahmen selbstabgleichend;

Der Brücke werden als Versorgungsspannung zwei Eingangssignale 6 und ~6 zugeführt, die die gleiche Frequenz, beispielsweise IkHz, jedoch entgegengesetzte Phasenlage aufweisen. Die beiden

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Ausgangssignale der Brückenschaltung - eines hinter R„ und eines hinter R₁^ - werden durch einen Summierverstärker A. summiert, dessen Ausgangssignal einem phasenempfindlichen Detektor PSD zugeführt wird, welchem als Bezugsphasensignal R eines der beiden Eingangssighale, beispielsweise das Eingangssignal ri,zugeführt wird, wobei die Phasenlage dieses Signales bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel noch durch ein Netzwerk 6^ einstellbar ist.

Ein Gleichstromausgangssignal des phasenempfindlichen Detektors PSD wird von einem Verstärker A„ verstärkt und über eine Verzögerungsschaltung N zur Steuerung des veränderlichen Kondensators D₁ zurückgekoppelt.

Die Phasenlage des Rückkopp lungs signal's ist so gewählt, dass das Ausgangssignal des Verstärkers A. auf Null gehalten wird. Wenn also das Signal von einer der Brückenhälften die Tendenz hat, das Übergewicht zu gewinnen, wirkt-das Gleichstromsteuersignal im Sinne eines automatischen Abgleiche der Brücke, bis das Ausgangssignal des Verstärkers A. wieder zu Null wird.

Die Verzögerungsschaltung N ist so ausgelegt, dass.die Rückkopplungsschaltung mehrere Sekunden benötigt, um auf eine Änderung des Wertes der Kapazität des Kondensators P anzusprechen .

Folglich wird die Schaltung auf eine plötzliche Änderung der Kapazität des Kondensators P ansprechen, wie sie auftritt,

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wenn ein Finger oder eine Hand in die Nähe der Elektrode 11 gebracht wird. Andererseits wird die Schaltung jedoch auf die Mehrzahl der Veränderungen in der Umgebung, wie zum Beispiel Regen, Schnee, Fett usw., welche relativ langsame Änderungen der Kapazität mit sich bringen, nicht ansprechen, sondern sie automatisch kompensieren.

Das Schaltsignal des Schalters kann in Form eines Gleichstromsignals vom Ausgang des Verstärkers A- oder in Form eines Wechselstromsignals aus den summierten Ausgangssignalen der Brücke gewonnen werden.

Das Schaltsignal kann zur Erzeugung eines üblichen, digitalen Ein/Aus-Signals verwendet werden oder es kann zur Erzeugung eines analogen Signals verwendet werden, welches der Annäherung proportional ist.

Vorzugsweise kann die Schaltung in Form einer integrierten Schaltung auf der Rückseite der isolierenden Platte 14 vorgesehen sein".

Aus der vorstehenden Beschreibung wird deutlich, dass der er- . findungsgemässe Näherungsschalter eine Anzahl von Vorteilen besitzt, und zwar nicht nur gegenüber den üblichen Schaltern, sondern auch gegenüber den bekannten Näherungsschaltern.

Insbesondere hat der erfindungsgemässe Näherungsschalter den Vorteil, dass er gegen Vibrationen und gegen Temperatur- und

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Feuchtigkeitsschwankungen unempfindlich ist. Des weiteren ist der erfindungsgemässe Schalter robust und enthält keine beweglichen Teile, die einer Abnutzung unterliegen würden. Schliesslich ist der erfindungsgemässe Schalter auch unempfindlich gegen die Anlagerung von"Staub, öligem Schmutz, Kühlflüssigkeiten oder anderen Flüssigkeiten, Farbe, Dampf oder anderen Umgebungseinflüssen.

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Claims

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Patentansprüche

Näherungsschalter mit einer als Steuerelement dienenden, isolierten Elektrode, deren Kapazität insbesondere durch Annäherung eines Fingers zur Betätigung des Schalters gegenüber einem Bezugspotential veränderbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Elektrode (11) mit einer sich selbst verzögert abgleichenden Brückenschaltung (Fig. 2) verbunden ist.
2. Näherungsschalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Brückenschaltung zwei Eingänge aufweist, denen als Versorgungsspannung zwei Wechselstromsignale («5, -έ>)

' gleicher Frequenz und entgegengesetzter Phase zuführbar sind, und dass mit dem Ausgang der Brücke ein phasenempfindlicher Detektor (PSD) verbunden ist, der die beiden Ausgangssignale der Brücke summiert.
3. Näherungsschalter nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet,

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dass mit dem Ausgang des phasenempfindlichen Detektors (PSD) ein Bezugskondensator CC., D.) verbunden ist, welchem zur Steuerung seiner Kapazität ein von dem Detektor (PSD) erzeugtes Gleichstromsignal zuführbar ist.
4. Näherungsschalter nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Bezugskondensator (C^, D.) einen spannungsabhängigen Kondensator (D*) umfasst.
5. Näherungsschalter nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere Elektroden (11) zu einem Feldzusammengefasst sind, wobei jeder Elektrode (11) jeweils eine Brückenschaltung (Fig. 2) zugeordnet ist.
6. Näherungsschalter nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass jede Elektrode (11) von einem geerdeten Schutzring umgeben ist.

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