-
Richtungsabhängiger Näherungsschalter Die Erfindung betrifft einen
richtungsabhängigen Näherungsschalter mit zwei in der Bewegungsrichtung des Auslösekörpers
hintereinander angeordneten Fühlern. Aus der Dr-AS 1 145 258 ist ein kontaktloser
Annäherungsschalter mit nachgeschaltetem Sicherheits-Annäherungsschalter bekannt,
bei dem der beispielsweise zur Steuerung einer Werkzeugmaschine dienede Annäherungsschalter
und der im Falle eines Versagens dieses Annäherungsschalters diesem nachgeschaltete
und beispielsweise die Werkzeugmaschine stillsetziende Sicherheits-Annäherungsschalter
in demselben Gehäuse untergebracht sind. Zur Steuerung vonArbeitsmaschinen mit hin-
und hergehender Arbeitsweise ist jeder Arbeitsrichtung jeweils eine aus einem Annäherungsschalter
und einem nachgeschalteten Sicherheitsschalter bestehende Schaltstrecke zugeordnet
und beide Schaltstrecken in demselben Gehäuse angeordnet.
-
Aufgabe der Erfindung ist es, einen Näherungsschalter zu schaffen,
welcher nur dann anspricht, wenn sich der Auslösekörper dem Näherungsschalter aus
einer vorgegebenen Richtung nähert. Diese Aufgabe wird gelöst durch die im Anspruch
1 gekennzeichnete Erfindung. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung ergeben
sich aus den Unteransprüchen. Zur Erläuterung wird im folgenden auf ein in den Zeichnungen
wiedergegebenes Ausführungsbeispiel Bezug genommen, dabei
zeigt
Figur 1 schematisch die konstruktive Anordnung der beiden räumlich nebeneinander
bzw. hintereinander in einem gemeinsamen Gehäuse angeordnete Fühler samt der elektrischen
Schaltungsanordnung des Näherungsschalters, Figur 2 ein Blockschaltbild zur Erläuterung
der Wirkungsweise und Figur 3 das Schaltbild einer bevorzugten Ausführungsform.
-
Figur 1 zeigt die im Abstand nebeneinander angeordneten Fühlerspulen
1 und 2, welche an die elektrische Schaltungsanordnung 3 des Näherungsschalters
angeschlossen-und zusammen mit dieser von einem gemeinsamen Gehäuse 4 umgeben sind.
Ein Kabel 5 verbindet den Näherungsschalter mit den zu schaltenden Stromkreisen.
Der Näherungsschalter liefert ein Schaltsignal, sobald sich der Auslösekörper 6
in vorgegebener Richtung den beiden Fühlerspulen 1 und 2 nähert. Der Auslösekörper
kannen elektrisch leitender,ein magnetischer oder magnetisierbarer Körper sein.
Anstelle von Fühlerspulen können auch andere magnetfeldempfindliche Fühlelemente
wie Hall-Elemente oder stattdessen auch kapazitive Fühlelemente oder optische Fühler
eingesetzt werden.
-
Bei der nachfolgenden Erläuterung von Figur 2 wird zunächst davon
ausgegangen, daß sich der Auslösekörper 6, wie in-Figur 1 durch den Pfeil angedeutet,
zunächst der Fühlerspule 1 und dann der Fühlerspule 2 nähert. Liefert der Fühler
I mit der Spule 1 ein Ausgangssignal 1 und der Fühler II mit der Spule 2 ein Ausgangssignal
"0", so gibt die Verknüpfungsschaltung III ein Ausgangssignal 1 ab.
-
Nähert sich hingegen der Auslösekörper 6 von der Gegenrichtung her
dem Näherungsschalter und liefert somit der Fühler I das Ausgangssignal "0" und
der Fühler II das Ausgangssignal "1", so erscheint am Ausgang der Verknüpfungsschattung
III das Ausgangssignal "0".
-
Haben beide Fühler jeweils das Ausgangssignal "1 abgegeben, so behält
die Verknüpfungsschaltung III ihren vorherigen Schaltzuwie stand bei. Eine solche
Verknüpfungsschaltung III kann,später noch anhand von Figur 3 erläutert wird, durch
einen R-S-Flip-Flop schaltungstechnisch dargestellt sein. Nähert sich ein Auslösekörper
6
dem Näherungsschalter, so ist kaum anzunehmen, daß beide Fühler I und II gleichzeitig
das Ausgangssignal 1 liefern. Dieser Fall könnte nur eintreten, wenn sich der Auslösekörper
senkrecht zur Zeichenebene in der Normalebene zwischen den beiden Fühlerspulen 1
und 2 bewegt. Wird hingegen der Näherungsfühler an einer Werkzeugmaschine oder in
beliebiger anderer Weise in der Bewegungsbahn des Auslösekörpers derart angeordnet,
wie dies in Figur 1 dargestellt ist, so nähert er sich zwangsläufig zunächst der
einen und dann der anderen Fühlerspule. Dies führt dazu, daß erst die eine und dann
die andere Fühlerspule ein Signal in n an die Verknüpfungsschaltung III abgibt.
Ferner ist eine Gatterschaltung IV mit ihren drei Eingängen an die beiden Fühler
I und II sowie an den Ausgang der Verknüpfungsschaltung II angeschlossen und liefert
ein Ausgangssignal n 1 n nur dann, wenn alle drei Eingangssignale den Wert "1" haben.
Das Ausgangssignal der Gatterschaltung Iv gelangt zu einem Verstärker 5, welcher
das Schaltsignal für einen äußeren Stromkreis liefert. Nähert sich, wie in Figur
1 dargestellt, der Auslösekörper 6 in Pfeilrichtung zunächst dem Fühler I, so gibt
dieser ein Signal "1" an die Verknüpfungsschaltung ISIab, welche als Richtungsdiskriminator
wirksam ist. Bewegt sich der Auslösekörper in Pfeilrichtung weiter, so liefert auch
der Fühler II ein Signal n nl", t mit dem Ergebnis, daß nunmehr alle drei Eingangsleitungen
des Gatters IV das Signal 1 erhalten und folglich ein Signal "1" zum Verstärker
V gelangt.
-
Bewegt sich der Auslösekörper 6 weiter, so verschwindet das Ausgangssignal
"1" des Fühlers I und wird zu "0", so daß nunmehr auch das Gatter IV das Ausgangssignal
"0" abgibt. Zu dieser Zeit erhält der Richtungsdiskriminator III ein Signal t1 n
vom Fühler II und ein Signal llO" vom Fühler I, so daß er ebenfalls ein Ausgangssignal
O" liefert. Falls der Auslösekörper 6, nachdem er in Pfeilrichtung an den beiden
Fühlern 1 und 2 vorbeigelaufen ist, seine Bewegungsrichtung umkehrt und erneut eine
Position einnimmt, in welcher beide Fühler I und II das Signal 1 abgeben, entsteht
trotzdem kein Ausgangssignal am Gatter IV, weil der Ausgang des Richtungsdiskriminators
zuvor auf "0" gesetzt worden ist. Bei Annäherung des Auslösekörpers 6 an den Näherungsschalter
aus entgegengesetzter Richtung
entsteht somit kein Schaltsignal
und zwar unabhängig davon, ob es sich dabei um eine erstmalige Annäherung oder um
die Rückwärtsbewegung in eine vorherige Ausgangsposition handelt. Einen Überblick
über die jeweils entstehenden Ausgangssignale an den Fühlern I und II, dem Richtungsdiskriminator
III und dem Gatter IV gibt die nachfolgende Tabelle: I II III IV 0 0 1 0 0 1 0 0
1 1 Halten 1 1 1 1 In der Schaltungsanordnung gemäß Figur 3 dient eine Zenerdiode
D1 als Spannungsbegrenzer, während ein Widerstand R6 von einigen zehn Ohm als strombegrenzender
Schutzwiderstand für die Zenerdiode D1 arbeitet. Eine Diode D4 schützt die Schaltungsanordnung
gegen Zerstörung bei irrtümlichem Anschluß an eine Spannungsquelle entgegengesetzter
Polarität. Die Schaltungsanordnung arbeitet normalerweise mit einer Betriebsspannung,
die niedriger liegt als' die Zenerspannung der Zenerdiode D1. Eine Konstant-Spannungsschaltung,
bestehend aus einem Widerstand R1, einer Zenerdiode D2 und einem Transistor Tr2
erzeugt eine Versorgungsspannung, welche um den Betrag der Basis-Emitterspannung
des Transistors Trl niedriger ist als die Zenerspannung der Zenerdiode D2. Diese
Versorgungsspannung steht am Emitter des Transistors Trl. Ein Ableitungskondensator
C1 für die Wechselstromkomponente dient gleichzeitig zur Kurzzeitversorgung der
Schaltungsanordnung mit elektrischer Energie, falls die Polarität der Spannungsquelle
infolge einer Stoßwelle kurzzeitig umgekehrt wird.
-
Der Übersichtlichkeit wegen sind von den Fühlern I und II in Figur
3 nur die Ausgangskreise mit den Widerständen R2 bis R5 und den Transistoren Tr2
und Tr3 im einzelnen dargestellt. Die Trane sistoren Tr2 und Tr3 sind leitend, wenn
der betreffende Fühler das Ausgangssignal "1" liefert, d.h. ein Strom durch die
zugehörige Last fließt. Der Richtungsdiskriminator III ist ein R-S Flip-Flop,
bestehend
aus zwei NAND-Gattern. Liefert der Fühler I das Ausgangssignal 1 und der Fühler
II des Ausgangssignal "O", so wird der Richtungsdiskriminator III auf "1" gesetzt,
und selbst wenn später der Fühler II ebenfalls das Ausgangssignal "1" abgibt, so
bleibt am Ausgang des Richtungsdiskriminators III das Ausgangssignal "1" erhalten.
Diese Schaltungsanordnung erfüllt also alle zuvor erwähnten Bedingungen. Die Gatterschaltung
IV besteht aus einem NAND-Gatter mit drei Eingängen. Die Ausgangsschaltung V arbeitet
derart, daß sie beim Eintreffen eines Ausgangssignals von der Gatterschaltung IV
über einen Pegelanpassungsschaltkreis einen Leistungstransistor Tr5 ansteuert, welcher
eine externe Last, beispielsweise ein Relais zum Ansprechen bringt. Der genannte
Pegelanpassungsstromkreis besteht aus einem mit der Basis an Masse liegenden Transistor
Tr4 und einem Widerstand R7. Die Ausgangsschaltung V enthält ferner eine Zenerdiode
D3 zum Schutz des Transistors Tr5.
-
Die Zenerspannung dieser Zenerdiode ist größer als die Spannung der
Stromquelle aber niedriger als die Spannung zwischen Kollektor und Emitter des Transistors
Tr5.
-
Ein solcher Näherungsschalter gibt somit nur dann ein Ausgangssignal
ab, wenn sich der Auslösekörper in einer vorgegebenen Richtung dem Näherungsschalter
nähert. Er hat den Vorteil, daß die als Richtungsdiskriminator wirksamen Schaltelemen)
in Form logischer Bausteine platz- und energiesparend realisiert sind und folglich
eine gedrängte Bauweise des Näherungsschalters ermöglicht ist.