DE2539601B1 - Eingangsschaltung fuer Beruehrungs- oder Annaeherungsschalter - Google Patents

Description

• Dieser Berührungs- oder Annäherungsschalter zeigt somit kein selbstadaptives, für ein zuverlässiges Arbeiten des Schalters unabdingbares Verhalten. Bei integrierten Schaltungen ist weder der Emitter-Anschluß des Transistors zugänglich, weshalb eine Selbstadaptionsschaltung, wie sie F i g. 2 samt zugehöriger Beschreibung der DT-OS 24 53 608 zeigt, nicht angewandt werden kann, noch läßt sich die Diode entfernen. Da die Diode bei negativen Eingangsspannungen leitend wird und die Eingangsspannung auf dem Potential der Bezugsleitung festhält, kann daher unmöglich eine negative Kompensationsgleichspannung an den Eingang des Berührungs- oder Annäherungsschalters nach F i g. 3 der vorgenannten DT-OS angelegt werden.
• Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine wenig aufwendige Eingangsschaltung für integrierte Berührungs- oder Annäherungsschalter der eingangs genannten Art zu schaffen, welche die Nachteile der vorstehend beschriebenen, bekannten Schalter vermeidet.
• Bei einer Eingangsschaltung für Berührungs- oder Annäherungsschalter, die für den Geräteeinbau, insbesondere in ortsveränderliche Leuchten oder für Installationszwecke vorgesehen sind, mit einem eingangsseitig mit einer Betätigungsplatte und ausgangsseitig mit einem Leistungsteil des Schalters verbundenen Schaltelement, sieht die Erfindung zur Lösung der gestellten Aufgabe einen eingangsseitigen Bandpaß vor, unter dessen Wirkung das Schaltelement ausschließlich auf plötzliche, durch Betätigung oder Annäherung an die Betätigungsplatte verursachte ohmsche oder kapazitive Abkittungen an der Betätigungsplatte anspricht und gegen Schalten durch konstante oder langsame Veränderungen dieser Ableitung gehindert ist.
• Die untere Grenzfrequenz ist so bemessen, daß die durch im allgemeinen langsame Veränderung der Umgebungsbedingungen, wie z. B. Feuchtigkeit und Staub, verursachten ohmschen oder kapazitiven Ableitungen an der Betätigungsplatte, nicht auf den Schaltungseingang übertragen werden.
• Die obere Grenzfrequenz des Bandpasses ist so gewählt, daß das Schaltelement gegen Schalten durch netz- oder umgebungsbedingte, insbesondere kapazitiv auf die Betätigungsplatte übertragene netzfrequente Störungen und steile Störspannungsspitzen gehindert ist.
• Anhand der Zeichnung wird die Erfindung beispielsweise erläutert.
• F i g. 1 zeigt eine Prinzipschaltung einer ersten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Eingangsschaltung. Mit T ist ein Transistor und mit D eine zur Basis-Emitter-Strecke dieses Transistors parallelgeschaltete Diode bezeichnet, wobei der Transistor Tund die Diode D z. B. Teile der handelsüblich erhältlichen integrierten Schaltkreise sind. Der Ausgang eines symbolisch angedeuteten Bandpasses F liegt über die parallel-geschaltete Diode D an der Basis-Emitter-Strecke des Transistors T.
• P stellt die Netzphasenleitung dar. Dem Eingang des Bandpasses F ist eine Diode D, vorgeschaltet, dieam Verbindungspunkt zwischen einem mit einer Betätigungsplatte B verbundenen hochohmigen Schutzwiderstand Rs und einem Widerstand Rt liegt. Die dem Bandpaß F vorgeschaltete Diode Dt richtet die am Widerstand R1 durch den Isolationswiderstand Ru der Betätigungsplatte B und den Übergangswiderstand Ro des Benutzers erzeugte Steuerspannung gleich.
• Lediglich durch Veränderungen der Umgebungsbedingungen bewirkte langsame Veränderungen des Isolationswiderstandes Ru und damit der Steuerspannung werden dabei entsprechend dem Dämpfungsverlauf für Frequenzen unterhalb fu in ihrer Amplitude unterdrückt, so daß sie keinen Einfluß auf den Eingang D, Tdes Berührungsschalters haben.
• Eine durch Berührung der Betätigungsplatte B verursachte plötzliche Veränderung bzw. Zuschaltung des Übergangswiderstandes Rd des Benutzers zum Isolationswiderstand Ru wird jedoch am Berührungsschalter-Eingang voll wirksam, solange die Betätigungsfrequenz die obere Grenzfrequenz fo des Bandpasses F nicht nennenswert überschreitet. Die obere Grenzfrequenz wird dabei vorzugsweise erheblich kleiner gewählt als die Netzfrequenz, um durch Gleichrichtung durch die Diode D, hervorgerufene netzfrequente Brummspannungsreste und netzseitige Störspannungsspitzen sicher vom Transistor Tfernzuhalten und damit ein unbeabsichtigtes Auslösen des Schalters zu verhindern.
• Bei abnehmendem Isolationswiderstand Ru wird üblicherweise der als Schaltbefehl am Widerstand RI entstehende Spannungssprung bei Zuschalten eines konstanten Übergangswiderstandes Rü kleiner und damit die Empfindlichkeit des Schalters mit abnehmendem Isolationswiderstand der Betätigungsplatte B geringer. Dieser unerwünschte Einfluß läßt sich in weiten Grenzen kompensieren, wenn die obere Grenzfrequenz fo und der Dämpfungsverlauf des Bandpasses im Frequenzbereich über der oberen Grenzfrequenz so gewählt sind, daß am Bandpaß-Ausgang eine netzfrequente Vorspannung entsteht, die einerseits umgekehrt proportional dem Isolationswiderstand Ruist, andererseits aber auch für die niedrigsten in der Praxis vorkommenden Isolationswiderstandswerte noch unterhalb der Basis-Emitter-Schleusenspannung des Transistors T liegt. Der mit abnehmendem Isolationswiderstand Ruabnehmende Spannungssprung durch Zuschalten des Übergangswiderstandes RÜ braucht dann nur noch die kleinere Differenz zwischen der am Bandpaß-Ausgang herrschenden Vorspannung und der Basis-Emitter-Schleusenspannung zu überwinden, um den Transistor Tzu schalten. Dadurch bleibt die Ansprechempfindlichkeit des Schalters in weiten Grenzen unabhängig vom Isolationswiderstand Ru.
• F i g. 2 zeigt ein Ausführungsbeispiel einer Eingangsschaltung der in Fig 1 im Prinzip dargestellten Art, wobei gleiche Teile mit gleichen Bezugszeichen bezeichnet sind. Der Bandpaß F ist in wenig aufwendiger Weise aus RC-Gliedern Ro, Ru, Ca Cu aufgebaut, wobei das Integrier- und Differenzierglied Ra Co bzw. Ru, Cu gegebenenfalls aus mehrgliedrigen RC-Ketten bestehen kann. Durch das Integrierglied ist im wesentlichen die obere Grenzfrequenz fo festgelegt.
• Das nachgeschaltete Differenzierglied bestimmt vornehmlich die untere Grenzfrequenz fu. Dem Transistor T ist eine Zener-Diode Z vorgeschaltet, durch welche dessen Schaltwelle erhöht und damit einen vergrößerten Kompensationsbereich und/oder einen zusätzlichen Freiheitsgrad bei der Dimensionierung des Bandpasses ermöglicht.
• Die erfindungsgemäße Eingangsschaltung eignet sich für bipolare Transistoren, unipolare Transistoren, Elektronenröhren, Thyristoren oder Triacs als Schaltelemente. Der Frequenzgang des Bandpasses kann gegebenenfalls auch durch frequenzabhängige Gegenkopplungen von aktiven Bauelementen eingestellt werden.

Claims (8)

1. Patentansprüche: 1. Eingangsschaltung für Berührungs- oder Annäherungsschalter, die für den Geräteeinbau, insbesondere in ortsveränderliche Leuchten oder für Installationszwecke vorgesehen sind, mit einem eingangsseitig mit einer Betätigungsplatte und ausgangsseitig mit einem Leistungsteil des Schalters verbundenen Schaltelement, g e k e n n z e i c h n e t durch einen eingangsseitigen Bandpaß (fu, fol unter dessen Wirkung das Schaltelement (T) ausschließlich auf plötzliche, durch Betätigung oder Annäherung an die Betätigungsplatte (B) verursachte ohmsche oder kapazitive Ableitungen (Rü) an der Betätigungsplatte anspricht und gegen Schalten durch konstante oder langsame Veränderungen dieser Ableitung (Ru)gehindert ist.
2. 2. Eingangsschaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die obere Grenzfrequenz (fo) des Bandpasses so gewählt ist, daß das Schaltelement (1) gegen Schalten durch netz- oder umgebungsbedingte, insbesondere kapazitiv auf die Betätigungsplatte (B) übertragene, steile Störspannungsspitzen gehindert ist.
3. 3. Eingangsschaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die obere Grenzfrequenz (fo) und der Dämpfungsverlauf des Bandpasses im Frequenzbereich über der oberen Grenzfrequenz so gewählt sind, daß am Eingang des Schaltelements (T) eine Vorspannung liegt, deren Betrag unterhalb dessen Schaltschwelle liegt und den durch die konstanten oder langsam veränderlichen ohmschen oder kapazitiven Ableitungen (Ru) an der Betätigungsplatte (B) verursachten Empfindlichkeitsverlust ausgleicht.
4. 4. Eingangsschaltung nach Anspruch 1 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltschwelle des Schaltelements (T) durch eine zwischen Bandpaß (fu, fo)und Schaltelement (T)geschaltete Zenerdiode (Z) erhöht ist.
5. 5. Eingangsschaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Bandpaß aus RC-Gliedern (Ra Ru Ca Cu) aufgebaut ist.
6. 6. Eingangsschaltung nach Anspruch 1 und 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Integrier- und Differenzierglied (Ra Co bzw. Ru Cu) des Bandpasses mehrgliedrige RC-Ketten aufweist.
7. 7. Eingangsschaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Frequenzgang des Bandpasses durch frequenzabhängige Gegenkopplungen von aktiven Bauelementen eingestellt ist.
8. 8. Eingangsschaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Schaltelement (T) ein bipolarer Transistor, unipolarer Transistor, eine Elektronenröhre, ein Thyristor oder Triac vorgesehen ist.

   Die Erfindung betrifft eine Eingangsschaltung für Berührungs- oder Annäherungsschalter, die für den Geräteeinbau, insbesondere in ortsveränderliche Leuchten oder für Installationszwecke vorgesehen sind, mit einem eingangsseitig mit einer Betätigungsplatte und ausgangsseitig mit einem Leistungsteil des Schalters verbundenen Schaltelement.

   Durch die DT-OS 22 19 289, DT-OS 23 17 414 und die DT-AS 23 17415 sind einfache elektronische Berührungsschalter für den Einbau in Geräte oder für Installationszwecke bekannt, bei denen als Schaltkriterium der vom Benutzer, der als hochohmiger Widerstand wirkt, in die Betätigungsplatte fließende Strom verwendet wird. Dieser Strom kann dabei von der Betätigungsplatte zur Erde fließen.

   Diese bekannten elektronischen Berührungsschalter werden üblicherweise in Wechselstromnetzen eingesetzt. Sie verwenden als Schaltverstärker ein Schaltelement, beispielsweise einen Transistor, das eingangsseitig über einen hochohmigen Schutzwiderstand mit der Betätigungsplatte und über eine Diode, die den Eingangsstrom gleichgerichtet, mit - der Phasenleitung des Netzes und ausgangsseitig mit der Steuerelektrode eines weiteren, stärkeren Schaltelements, beispielsweise eines Thyristors, verbunden ist. Dieses zweite Schaltelement betätigt dann entweder ein Stromstoßrelais oder schaltet direkt die Nutzlast.

   Diese Berührungs- oder Annäherungsschalter haben die in sie gesetzten Erwartungen voll erfüllt. Ihre Empfindlichkeit ist so groß, daß sie auch bei sehr geringen, für den Menschen völlig ungefährlichen Eingangsströmen sicher schalten.

   Bedingt durch die zunehmende Verbreitung dieser elektronischen Berührungs- oder Annäherungsschalter, die insbesondere für Installationszwecke oder für den Geräteeinbau, insbesondere in ortsveränderliche Leuchten, vorgesehen sind, sind bereits speziell für diesen Zweck integrierte Schaltungen entwickelt und angeboten worden.

   So zeigt beispielsweise die DT-OS 24 53 608, insbesondere Fig.l, eine bislang benutzte Eingangsschaltung für Berührungsschalter, die am Lichtnetz arbeiten, wobei die Basis des Schalttransistors über einen hochohmigen Schutzwiderstand mit der Berührungsplatte verbunden ist und durch den Isolationswiderstand zwischen der Betätigungsplatte und Erde ein Wechselstrom hervorgerufen wird, der an einem zwischen Basis und Emitter des Transistors geschalteten Widerstand eine Spannung erzeugt. Die negativen Halbwellen des Eingangsstroms fließen hierbei über eine Diode direkt zur Netzphasenleitung, während die positiven Halbwellen die gewünschte Steuerspannung bilden. Ein dem vorstehenden Widerstand parallelgeschalteter Kondensator dient dabei zur Unterdrückung von kurzzeitig parasitären Störspannungsspitzen, die auf kapazitivem Wege auf die Betätigungsplatte gelangen. Dieser Widerstand ist so dimensioniert, daß die an ihm liegende Spannung erst dann die Basis-Emitter-Schwellenspannung überschreitet, wenn der Übergangswiderstand des die Betätigungsplatte betätigenden Benutzers dem im allgemeinen sehr hochohmigen Isolationswiderstand parallelgeschaltet wird, d. h. wenn die Betätigungsplatte berührt wird. Wird der Isolationswiderstand aber durch extreme Feuchtigkeit, Verschmutzung, z. B. Staub, und insbesondere bei ortsveränderlichen Leuchten durch unterschiedliche Kapazitäten und ohmsche Leitwerte der Betätigungsplatte zur Umgebung stark herabgesetzt, so erreicht die Spannung an dem zwischen Basis und Emitter des Transistors geschalteten Widerstand auch ohne den Übergangswiderstand des Benutzers die Schwellenspannung, wodurch der Transistor durchschaltet und den Schaltvorgang unbeabsichtigt auslöst.