DE2539765C2

DE2539765C2 - Capacitive proximity switch

Info

Publication number: DE2539765C2
Application number: DE19752539765
Authority: DE
Inventors: Werner 8500 Nürnberg Arnold
Original assignee: Diehl GmbH and Co
Current assignee: Diehl Verwaltungs Stiftung
Priority date: 1975-09-06
Filing date: 1975-09-06
Publication date: 1987-06-19
Also published as: FR2366651A1; DE2539765B1; FR2366651B1; GB1548159A

Description

Die Erfindung betrifft einen kapazitiven Annäherungsschalter mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1.The invention relates to a capacitive proximity switch with the features of the preamble of claim 1.

Annäherungsschalter sind an sich bereits bekannt. So gibt es elektromagnetische Annäherungsschalter, die mit zwei miteinander gekoppelten Spulen arbeiten. Führt man zwischen die beiden Spulen ein elektrisch leitendes Abschirmblech ein, so nimmt die Rückkoppelungswirkung zwischen den Spulen ab. Als Folge wird über eine Auswerteschaltung ein Ausgangssignal er-Proximity switches are already known. There are electromagnetic proximity switches that work with two coils that are coupled together. If an electrically conductive shielding plate is inserted between the two coils, the feedback effect between the coils decreases. As a result, an output signal is generated via an evaluation circuit.

zeugt. Es sind auch bereits kapazitive Annäherungsschalter beschrieben worden. Mittels eines kapazitiven Fühlers wird eine Parallelkapazität in einen Oszillatorkreis eingespeist Durch die Annäherung einer Person an den kapazitiven Fühler wird eine Kapazitätsänderung in dem Oszillatorkreis hervorgerufen. Durch eine entsprechende Auswerteschaltung, die zum Beispiel nach dem Schwebungssummerprinzip arbeiten kann, wird ein Relak betätigt Die Nachteile dieser Annäherungsschalter bestehen in aufwendigem und damit teuerem Schaltungsaufwand, in ihrer Störanfälligkeit und insbesondere in ihrer geringen Reichweite.Capacitive proximity switches have also already been described. A parallel capacitance is fed into an oscillator circuit using a capacitive sensor. When a person approaches the capacitive sensor, a capacitance change is caused in the oscillator circuit. A relay is activated by a corresponding evaluation circuit, which can work according to the beat buzzer principle, for example. The disadvantages of these proximity switches are that they require complex and therefore expensive circuitry, that they are susceptible to interference, and in particular that they have a short range.

Ein Annäherungsschalter der eingangs genannten Art ist in der DE-OS 2011646 beschrieben. Bei diesem Annäherungsschalter ist eine rahmenförmige Sendeantenne vorgesehen, die mit einar Empfangselektrode kapazitiv gekoppelt ist. Wird ein Körper zwischen die Empfangsantenne und die Sendeantenne gebracht, dann erhöht sich die kapazitive Kopplung, was zum Schalten ausgenutzt wird. Ungünstig ist bei dieser Anordnung, daß einerseits die Reichweite gering isi und daß andererseits die von der Empfangsanteiriie relativ weit entfernte Sendeantenne einen beträchtlichen Aufwand mit sich bringt.A proximity switch of the type mentioned above is described in DE-OS 2011646. This proximity switch has a frame-shaped transmitting antenna that is capacitively coupled to a receiving electrode. If a body is placed between the receiving antenna and the transmitting antenna, the capacitive coupling increases, which is used for switching. The disadvantage of this arrangement is that, on the one hand, the range is small and, on the other hand, the transmitting antenna, which is relatively far away from the receiving antenna, entails considerable effort.

In dem DE-GM 1959843 ist ein Annäherungsschalter beschrieben, der unter Ausnutzung des Dopplereffekts arbeitet. Um falsche Alarme zu vermeiden, ist hier ein Paar von Sende/Empfangsantennen vorgesehen, wobei sich die Empfangsspannungen aufheben, solange keine Feldänderungen auftreten.DE-GM 1959843 describes a proximity switch that works using the Doppler effect. To avoid false alarms, a pair of transmit/receive antennas is provided, whereby the receive voltages cancel each other out as long as no field changes occur.

Aufgabe der Erfindung ist es, einen Annäherungsschalter der eingangs genannten Art zu schaffen, der für die Massenfertigung geeignet ist, eine große Reichweite aufweist und betriebssicher mit geringem Schaltungsaufwand preiswert herzustellen ist.The object of the invention is to create a proximity switch of the type mentioned at the beginning which is suitable for mass production, has a large range and can be manufactured inexpensively with little circuit effort.

Erfindungsgemäß ist obige Aufgabe durch die Merkmale des kennzeichnenden Teils des Anspruchs 1 gelöst.According to the invention, the above object is achieved by the features of the characterizing part of claim 1.

Vorzugsweise gibt der Hochfrequenzsender sinusförmige Schwingungen ab und arbeitet dabei in zwangssynchronisiertem Impulsbetrieb. Die Kompensationsschaltung besteht in vorteilhafter Weise aus einer induktiven Kompensationsschaltung. In einer vorteilhaften Ausbildung der Erfindung ist die Ausführung des Streufeldkondensators so getroffen, daß seine Eigenkapazität etwa gleich seiner Streukapazität ist.Preferably, the high-frequency transmitter emits sinusoidal oscillations and operates in forced synchronized pulse mode. The compensation circuit advantageously consists of an inductive compensation circuit. In an advantageous embodiment of the invention, the stray field capacitor is designed such that its inherent capacitance is approximately equal to its stray capacitance.

In einer Weiterbildung der Erfindung ist der Gleichrichterstufe ein Differenzierglied, ein Niederfrequenzverstärker, eine Ladestufe, ein Impedanzwandler, ein Schmitt-Trigger und ein Stellglied nachgeordnet. Eine weitere Ausbildung der Erfindung besteht darin, daß unter Umgehung des Differenzierglieds, des Niederfrequenzverstärkers, der Ladestufe und des Impedanzwandlers zwischen dem Kondensator der Gleichrichterstufe und dem Schmitt-Trigger ein Oder-Glied geschaltet ist.In a further development of the invention, a differentiating element, a low-frequency amplifier, a charging stage, an impedance converter, a Schmitt trigger and an actuator are arranged downstream of the rectifier stage. A further development of the invention consists in the fact that an OR element is connected between the capacitor of the rectifier stage and the Schmitt trigger, bypassing the differentiating element, the low-frequency amplifier, the charging stage and the impedance converter.

Die Vorteile der Erfindung bestehen insbesondere darin, daß dem Sender ein Empfänger zugeordnet ist, daß zwischen dem Hochfrequenzsender und dem Empfänger ein Streufelilkondensator vorgesehen ist, und daß zwischen Hochfrequenzsender und dem Empfänger eine Kompensationsschaltung einen Teil der Senderspannung dem Empfänger zufuhrt. Durch das Zusammenwirken von Hochfrequenzsender, Streufeldkondensator, Empfänger und Kompensationsschaltung wird insbesondere eine sehr große Reichweite des Annäherungsschalters erzielt. Durch Impulsbetrieb des Senders oder des Empfängers wird eine hohe Betriebssicherheit ereicht. Durch die Ausführung des Streufeldkondensators und der Kompensationsspule sowie durch die Auslegung der Auswerteschaltung ist eine preiswerte Massenherstellung möglich und nur ein geringer Justageaufwand erforderlich.The advantages of the invention are in particular that a receiver is assigned to the transmitter, that a stray field capacitor is provided between the high-frequency transmitter and the receiver, and that a compensation circuit between the high-frequency transmitter and the receiver supplies part of the transmitter voltage to the receiver. The interaction of the high-frequency transmitter, stray field capacitor, receiver and compensation circuit results in a very large range of the proximity switch. A high level of operational reliability is achieved through pulse operation of the transmitter or receiver. The design of the stray field capacitor and the compensation coil as well as the layout of the evaluation circuit enable inexpensive mass production and only a small amount of adjustment work is required.

Im Gegensatz zu bisherigen Lösungen bei Annäheningsschaltern, bei denen beispielsweise die Kapazität des menschlichen Körpers oder die im Körper statisch vorhandene Netzwechselspannung zum Auslösen eines Schaltvorganges benutzt wurde, führt bei dem erfindungsgemäßen kapazitiven Annäherungsschalter die Änderung eines Sendersignais, also beispielsweise eine Schwächung, durch die Verarbeitung in einem Empfänger und einer nachgecirdneten Auswerteschaltung zur Auslösung eines Schaltvorganges. Diese Änderung des Sendersignals wird durch den erfindungsgemäßen Streufeldkondensator erreicht, der zwischen Sender und Empfänger geschaltet ist Außerdem wird durch das Vorsehen der Kompensationsschaltung zwischen Hochfrequenzsender und Empfang¹; nur die Änderung des Scndersignais weiter verarbeitet, eioe Maßnahme, die eine technisch und finanziell vertretbare Lösung überhaupt erst ermöglicht. Es ist dadurch eine erheblich größere Verstärkung der Änderung des Sendersignals möglich, ohne einen zu großen technischen Aufwand bei der nachfolgenden Auswerteschaltung treiben zu müssen. Der erfindungsgemäße Annäherungsschalter kann beispielsweise zur Schaltung einer Lichtquelle, einer Überwachungseinrichtung, eir^es Händetrockners, von Magnetschaltern usw. verwendet werden.In contrast to previous solutions for proximity switches, in which, for example, the capacitance of the human body or the static AC mains voltage in the body was used to trigger a switching process, in the capacitive proximity switch according to the invention, the change in a transmitter signal, for example a weakening, leads to the triggering of a switching process through processing in a receiver and a downstream evaluation circuit. This change in the transmitter signal is achieved by the stray field capacitor according to the invention, which is connected between the transmitter and receiver. In addition, by providing the compensation circuit between the high-frequency transmitter and receiver ¹ ; only the change in the transmitter signal is further processed, a measure which makes a technically and financially viable solution possible in the first place. This makes it possible to amplify the change in the transmitter signal considerably more, without having to make too great a technical effort in the subsequent evaluation circuit. The proximity switch according to the invention can be used, for example, to switch a light source, a monitoring device, a hand dryer, magnetic switches, etc.

Im folgenden soll die Erfindung anhand von Ausfuhrungsbeispielen und anhand von Zeichnungen noch näher erläutert werden. Es zeigtIn the following, the invention will be explained in more detail using examples and drawings. It shows

Fig. 1 ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Annäherungsschalter mit einer Kompensationsc/*haltiina uir>H«>i HIp AiicujprtiinoHpc ÄndpninocctonalcFig. 1 shows an embodiment of the proximity switch according to the invention with a compensation circuit and an adjustment circuit.

nach dem statischen Prinzip erfolgt,according to the static principle,

Fig. 2 den erfindungsgemäßen Annäheiungss^halter mit einer weiteren Kompensationsschaltung, wobei die Auswertung des Änderungssignals ebenfalls nach dem statischen Prinzip erfolgt.Fig. 2 shows the proximity switch according to the invention with a further compensation circuit, whereby the evaluation of the change signal also takes place according to the static principle.

Fig. 3 ein weiteres Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen kapazitiven Annäherungsschalters in schematischer Darstellung, wobei die Auswertung des Änderungssignals nach dem dynamischen Prinzip vorgenommen wird,Fig. 3 shows a further embodiment of the capacitive proximity switch according to the invention in a schematic representation, wherein the evaluation of the change signal is carried out according to the dynamic principle,

Fig. 4 die Schaltung des Ausführungsbeispiels nach Fig. 3,Fig. 4 shows the circuit of the embodiment according to Fig. 3,

Fig. 5 eine Weiterbildung des Ausführungsbeispiels nach Fig. 3 und 4Fig. 5 a further development of the embodiment according to Fig. 3 and 4

F i g. 6 ein Ausführungsbeispiel des Streufeldkondensators, Fig. 6 an embodiment of the stray field capacitor,

Fi^. 7, 8,9 ein weiteres abstimmbares Ausführungsbeispiel des Streufeldkondensators,Fig. 7, 8,9 another tunable embodiment of the stray field capacitor,

Fig. 10 ein Ausiuhrungsbeispiel der Komyensationsspule undFig. 10 an example of a compensation coil and

Fig. 11 eine abstimmbare Kompensationsspule.Fig. 11 a tunable compensation coil.

In Fig. 1 ist ein Ausfuhrungsbeispiel des erfindungsgemäßen kapazitiven. Annäherungsschalters dargestellt. Einem Hochfrequenzsenderl ist ein Empfänger! zugeordnet. Diesem Empfänger ist ein HochpaSglied 3, ein Verstärker 4 und eine Gleichrichterstufe 5 nachgeordnet, durch die ein Ladekondensator 6 gespeist wird. Zur Auswertung; des Änderungssignals nach dem statischen Prinzip, das später noch näher erläutert wird, ist in dem Ausführungsbeispiel nach F ig. 1 der Gleichrichterstufe 5 ein Gleichspannungsverstärker 7, ein Schmitt-Trigger 8 und; ein Stellglied 9 nachgeschaltet.Fig. 1 shows an embodiment of the capacitive proximity switch according to the invention. A receiver is assigned to a high-frequency transmitter. This receiver is followed by a high-pass filter 3, an amplifier 4 and a rectifier stage 5, through which a charging capacitor 6 is fed. In order to evaluate the change signal according to the static principle, which will be explained in more detail later, in the embodiment according to Fig. 1 the rectifier stage 5 is followed by a DC amplifier 7, a Schmitt trigger 8 and an actuator 9.

Der Hochfrequenzsender 1 ist aus einem Transistor 10, Kondensatoren l\ Xl, Widerständen 13 und 14, einer Senderspule 15 und der einen Platte 16 eines Streufeldkondensators aufgebaut. Die andere Platte 17 dieses Streufeldkondensators ist Bestandteil des Emp- s fängers 2 Dieser Empfänger besteht außerdem noch aus dem Feldeffekttransistor 18 und Widerständen 19, 20 und 21The high frequency transmitter 1 is made up of a transistor 10, capacitors 1\ Xl, resistors 13 and 14, a transmitter coil 15 and one plate 16 of a stray field capacitor. The other plate 17 of this stray field capacitor is part of the receiver 2. This receiver also consists of the field effect transistor 18 and resistors 19, 20 and 21.

Das dem Empfänger 2nachgeordnete Hochpaßglied 3 besteht aus einem Kondensator 22, einem Widerstand 23und dem Basis-Emitter-Widerstand eines Transistors 24 Der dem Hochpaßglied 3nachgeschaltete Verstärker 4 ist aus einem Transistor 24, Widerständen 25 und 26, sowie dem Kondensator 27 aufgebaut. Eine dem Verstärker 4 nachgeschaltete Gleichrichterstufe 5 besteht aus einem Transistor 28, Widerständen 29 und 30 und dem Ladekondensator 6. Ein der Gleichrichterstufe S nachgeschalteter Gleichspannungsverstärker 7 setzt sich aus einem Transistor 31 und Widerständen 32und 33 zusammen. Dem Gleichspannungsverstärker 7 wiederum ist ein Schmitt-Trigger 8 nachgeschaltet, der aus Transistoren 34,35sowie Widerständen 36,37, 38und 39 besteht. An den Schmitt-Trigger 8 schließt sich ein Stellglied 9 an, das nicht näher dargestellt ist.The high-pass element 3 connected downstream of the receiver 2 consists of a capacitor 22, a resistor 23 and the base-emitter resistor of a transistor 24. The amplifier 4 connected downstream of the high-pass element 3 is made up of a transistor 24, resistors 25 and 26, and the capacitor 27. A rectifier stage 5 connected downstream of the amplifier 4 consists of a transistor 28, resistors 29 and 30 and the charging capacitor 6. A DC voltage amplifier 7 connected downstream of the rectifier stage S consists of a transistor 31 and resistors 32 and 33. The DC voltage amplifier 7 is in turn connected downstream of a Schmitt trigger 8, which consists of transistors 34, 35 and resistors 36, 37, 38 and 39. The Schmitt trigger 8 is followed by an actuator 9, which is not shown in detail.

Die Funktionsweise des erfindungsgemäßen Ausfü &ngr; rungsbeispieles eines kapazitiven Annäherungsscha¹-ters nach Fig. 1 soll nun nachfolgend noch näh>;r geschildert werden. Für den Hochfrequenzsender kann ein Sender einfachster Bauart verwendet werden, sein Aufbau ist daher unkritisch und mit preiswerten Bauelementen zu bewerkstelligen, da die Senderfrequenz nicht kritisch is^d. h., der Einfluß des Abweichens nach unten oder oben von der vorgesehenen Senderfrequenz ist zu vernachlässigen, da das Funktionieren des Annäherungsschalters dadurch nicht beeinträchtigt wird. Zur Erzielung einer geringen Störanfälligkeit bzw. einer hohen Betriebssicherheit arbeitet der Hochfrequenzsender &Idigr; beispielsweise in Abhängigkeit von der Netzfrequenz in zwangssynchronisiertem Impulsbetrieb, der jedoch in Fig. 1 nicht dargestellt ist. Statt den Sender 1 im Impulsbetrieb arbeiten zu lassen, ist es ganau so gut möglich, einen zwangssynchronisierten Impulsbetrieb bei dem Empfänger durchzuführen. Durch den Impulsbetrieb ist es möglich, den Einfluß von hochfrequenten Störspannungen auszuschalten, wie sie beispielsweise durch elektronische Schalter wie Triac verursacht werden. Die Umschaltimpulse dieser elektronischen Schalter können unter ungünstigen Umständen störend auf das Feld einwirken, das zwischen derzu dem Sender 1 gehörenden Platte 16 des Streufeldkondensators und derzu dem P,mpfänger 2gehörenden Platte 17 des Streufeldkondensators vorhanden ist. Da der Zeitpunkt der Umschaltimpulse dieser elektronischen Schalter normalerweise konstant ist, besteht durch geeignete Wahl des Impulsbetriebes die Möglichkeit, den Sender 1 für bestimmte Phasenabschnitte abzuschalten, d. h. einen Impulsbetrieb durchzuführen. Der Hochfrequenzsender kann generell Schwingungen von beliebiger Form abgeben, jedoch ist es für die einwandfreie Funktion des erfindungsgemäßen Annäherangsschalters bzw. der nachstehend noch näher geschilderten Kompensation vorteilhaft, daß der Sender Sinusschwingungen abgibtThe functioning of the embodiment of a capacitive proximity switch ¹ according to the invention as shown in Fig. 1 will now be described in more detail below. A transmitter of the simplest design can be used for the high-frequency transmitter, its construction is therefore uncritical and can be achieved with inexpensive components, since the transmitter frequency is not critical, i.e. the influence of deviations upwards or downwards from the intended transmitter frequency is negligible, since the functioning of the proximity switch is not impaired by this. In order to achieve a low susceptibility to interference and a high level of operational reliability, the high-frequency transmitter 1 operates, for example, depending on the mains frequency in forced synchronized pulse operation, which is not shown in Fig. 1. Instead of letting the transmitter 1 operate in pulse operation, it is just as possible to carry out forced synchronized pulse operation on the receiver. The pulse mode makes it possible to eliminate the influence of high-frequency interference voltages, such as those caused by electronic switches such as triacs. Under unfavorable circumstances, the switching pulses of these electronic switches can have a disruptive effect on the field that exists between the plate 16 of the stray field capacitor belonging to the transmitter 1 and the plate 17 of the stray field capacitor belonging to the receiver 2. Since the time of the switching pulses of these electronic switches is normally constant, it is possible to switch off the transmitter 1 for certain phase sections by selecting the pulse mode appropriately, i.e. to carry out a pulse mode. The high-frequency transmitter can generally emit oscillations of any shape, but it is advantageous for the perfect functioning of the proximity switch according to the invention or the compensation described in more detail below that the transmitter emits sinusoidal oscillations.

Die von dem Hochfrequenzsender 1 mittels der Platte 16 abgegebenen Schwingungen werden von dem Empfänger 2 mittels der Platte 17 des Streufeidkondensators aufgenommen. Der Empfänger 2 ist durch seinen Feldeffekttransistor 18 gleichzeitig als Verstärker ausgebildet. Zwischen dem Hochfrequenzsender 1 und dem Empfänger 2 besteht also zwischen den Platten 16 und 17 des Streufeldkondensator ein Feld bei der Übertragung des Sendersignals auf den Empfänger. Die Form und die Reichweite dieses Feldes sind einmal von der angelegten Spannung an der Senderplatte des Streufeldkondensators und in erheblichem Ausmaß von der Gestaltung der beiden Platten des Streufeldkondensators sowie von ihrer gegenseitigen Lage zueinander abhängig. Eingehende Untersuchungen haben gezeigt, daß dabei die Flächengröße der Platten 16 und 17 des Streufeidkondensators sowie der gegenseitige Abstand dieser Platten so zu wählen sind, daß die Eigenkapazität des Streufeidkondensators etwa gleich seiner Streukapazität ist. Der Abstand der Platten 16 und 17 des Streufeidkondensators ist dabei relativ gesehen sehr groß, wenn man sie mit dem Abstand der Kondensatorbeläge eines üblichen Kondensators vergleicht. Während bei einem normalen Kondensator möglichst große Kondensatorbelagsflächen einander in möglichst geringem Abstand gegenüberstehen, haben die Platten des erfindungsgemäßen Streufeidkondensators zueinander einen großen Abstand, der bis zu einigen -zig Zentimetern gehen kann.The oscillations emitted by the high frequency transmitter 1 via the plate 16 are received by the receiver 2 via the plate 17 of the stray field capacitor. The receiver 2 is also designed as an amplifier thanks to its field effect transistor 18. Between the high frequency transmitter 1 and the receiver 2, a field therefore exists between the plates 16 and 17 of the stray field capacitor when the transmitter signal is transmitted to the receiver. The shape and range of this field depend on the voltage applied to the transmitter plate of the stray field capacitor and to a considerable extent on the design of the two plates of the stray field capacitor and on their relative position. Detailed investigations have shown that the surface area of the plates 16 and 17 of the stray field capacitor and the mutual distance between these plates must be selected so that the self-capacitance of the stray field capacitor is approximately equal to its stray capacitance. The distance between the plates 16 and 17 of the leakage field capacitor is relatively large when compared to the distance between the capacitor plates of a conventional capacitor. While in a normal capacitor the capacitor plates are as large as possible and are as close to each other as possible, the plates of the leakage field capacitor according to the invention are spaced apart by a large distance, which can be up to several tens of centimeters.

Die beiden Platten 16 und 17 des Streufeidkondensators sind nicht einander gegenüber parallel zugeordnet, d. h. die beiden Platten 16 und 17 des Streufeidkondensators liegen sich nicht wie bei einem üblichen Kondensator parallel gegenüber. Die beiden Platten 16 und 17 können vielmehr jede beliebige Neigung zueinander haben. Die Platten 16 und 17 sind in dem Ausfuhrungsbeispiel nach den Fig. 6, 7, 8 und 9 in einer Ebene angeordnet. Jedoch ist es auch jederzeit möglich, die Platten 16 und 17 in verschiedenen Ebenen anzuordnen, wobei zwar die Ebenen zueinander parallel sein können, sich jedoch die beiden Plattenbeläge nicht parallel gegenüberliegen, weil die Belagsflächen entsprechend gegeneinander seilenverschoben angebracht sind, so daß sich die beiden Plattenbeläge nicht parallel gegenüberstehen. Eine Veränderung der Winkellage der beiden Plattenflächen 16 und 17 zueinander bedingt eine Veränderung des zwischen dem Sender 1 bzw. der Plattenfläche 16 und dem Empfänger2 bzw. der Plattenfläche 17 bestehenden Feldes in Form und Größe.The two plates 16 and 17 of the leakage field capacitor are not arranged parallel to one another, i.e. the two plates 16 and 17 of the leakage field capacitor are not arranged parallel to one another as in a conventional capacitor. Rather, the two plates 16 and 17 can have any inclination to one another. In the exemplary embodiment according to Figs. 6, 7, 8 and 9, the plates 16 and 17 are arranged in one plane. However, it is also possible at any time to arrange the plates 16 and 17 in different planes, whereby the planes can be parallel to one another, but the two plate layers are not arranged parallel to one another because the surface of the layers is arranged so that it is offset from one another that the two plate layers are not parallel to one another. A change in the angular position of the two plate surfaces 16 and 17 relative to one another causes a change in the shape and size of the field existing between the transmitter 1 or the plate surface 16 and the receiver 2 or the plate surface 17.

Im Gegensatz zum normalen Kondensator, der über möglichst große Plattenflächen verfügt, beträgt die Größe der Plattenflächen 16 und 17 des Streufeidkondensators nur einige cm². Sowohl die Auswahl der Größe der Plattenflächen des Streufeidkondensators wie auch ihr gegenseitiger Abstand zueinander wird so getroffen, daß die Größe der Eigenkapazität des St' .-ufeldkondensators etwa gleich der Größe seiner Streukapazität ist.In contrast to the normal capacitor, which has the largest possible plate surface area, the size of the plate surfaces 16 and 17 of the leakage field capacitor is only a few cm ² . Both the size of the plate surfaces of the leakage field capacitor and their mutual distance from one another are selected in such a way that the size of the self-capacitance of the leakage field capacitor is approximately equal to the size of its leakage capacitance.

Der Streufeldkondensator läßt sich besonders preiswert herstellen, wenn er beispielsweise aus kaschiertem Leiterplattenmaterial gefertigt wird. Es ist dazu lediglich erforderlich, die beiden Plattenflächen aus dem Leiterplattenmaterial herauszuätzen. Selbstverständlich können auch andere geeignete Metallbeläge die beiden Platten 16 und 17 des Kondensators bilden. Die Plattenbeläge müssen sich lediglich auf einem isolierenden Träger befinden. Ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Streufeidkondensators ist in Fig. 6 dargestellt. Die beiden Beläge 16 und 17 des Streufeidkondensators sitzen auf einem isolierenden Träger 41, so daß sie elektrisch voneinander getrennt sind. Bei Verwendung von kaschiertem Leiterplattenmaterial muß lediglich der gewünschte Abstand zwischen den beidenThe stray field capacitor can be manufactured particularly inexpensively if it is made, for example, from laminated circuit board material. All that is required is to etch the two plate surfaces out of the circuit board material. Of course, other suitable metal coatings can also form the two plates 16 and 17 of the capacitor. The plate coatings only have to be located on an insulating carrier. An embodiment of the stray field capacitor according to the invention is shown in Fig. 6. The two coatings 16 and 17 of the stray field capacitor are located on an insulating carrier 41 so that they are electrically separated from one another. When using laminated circuit board material, all that is required is to set the desired distance between the two

Platten 16und 17durch Abätzen des Leiterplattenmaterials hergestellt werden. Die beiden Platten 16 und 17 des Streufeldkondensators können sich dabei auf einem Träger, wie in Fig. 6 dargestellt, oder auf zwei getrennten Trägern befinden, wie in Fig. 7 dargestellt. Dort sitzen die beiden Platten 16und 17des Streufeldkondensators auf den isolierenden Trägern 42 und 43.Plates 16 and 17 are produced by etching the circuit board material. The two plates 16 and 17 of the stray field capacitor can be located on one carrier, as shown in Fig. 6, or on two separate carriers, as shown in Fig. 7. There, the two plates 16 and 17 of the stray field capacitor sit on the insulating carriers 42 and 43.

Dutch die Anordnung der beiden Platten 16 und 17 auf getrennten Trägern besteht die Möglichkeit mindestens einen Träger der Platten 16 und 17 des Streufeldkondensators gegenüber der anderen Platte verdrehbar anzuordnen, wie aus Fig. 7 ersichtlich ist. Zu diesem Zweck wird der Träger 42 mit dem Plattenbelag 17 beispielsweise mittels einer Abstandsrolle 44 und einer geeigneten Schraube 45 auf einer Grundplatte 46 befestigt. Selbstverständlich kann auch der zweite Plattenbelag 16mit seinem Träger 43 in gleicher Weise drehbeweglich auf der Grundplatte 46 befestigt werden. Diese Verdrehbarkeit der Platten &idigr;&oacgr; und 17 des Sireufeldkondensators gegeneinander ermöglicht die Abstimmbarkeit der kapazitiven Spannungskomponente. Außerdem wird durch die Lageveränderung mittels Verdrehen des einen Kondensatorbelages gegenüber dem anderen die Form des zwischen den beiden Platten 16 und 17 bestehenden Feldes verändert. Die Grundplatte 46 dient gleichzeitig zur Anordnung und als Träger für die gesamte Schaltung des kapazitiven Annäherungsschalters, also des Senders 1, des Empfängers 2, des Hochpaßgliedes 3, des Verstärkers 4, der Gleichrichterstufe 5, des Gleichspannungsverstärkers 7, des Schmitt-Triggers 8 und des Stellgliedes 9. Aus Gründen der Übersichtlichkeit wurde jedoch die Anordnung dieser Baugruppen auf der Grundplatte 46 in den F i g. 7, 8 und 9 nicht dargestellt. Für die Grundplatte 46 wird man je nach Verwendungszweck eine rechteckige, eine kreisförmige oder eine andere geeig-By arranging the two plates 16 and 17 on separate supports, it is possible to arrange at least one support of the plates 16 and 17 of the stray field capacitor so that it can rotate relative to the other plate, as can be seen in Fig. 7. For this purpose, the support 42 with the plate coating 17 is fastened to a base plate 46, for example by means of a spacer roller 44 and a suitable screw 45. Of course, the second plate coating 16 with its support 43 can also be fastened to the base plate 46 in a similar way so that it can rotate. This ability to rotate the plates 16 and 17 of the stray field capacitor relative to one another enables the capacitive voltage component to be tuned. In addition, the shape of the field between the two plates 16 and 17 is changed by changing the position by rotating one capacitor coating relative to the other. The base plate 46 serves simultaneously for the arrangement and as a carrier for the entire circuit of the capacitive proximity switch, i.e. the transmitter 1, the receiver 2, the high-pass element 3, the amplifier 4, the rectifier stage 5, the DC amplifier 7, the Schmitt trigger 8 and the actuator 9. For reasons of clarity, however, the arrangement of these components on the base plate 46 was not shown in Figs. 7, 8 and 9. Depending on the intended use, a rectangular, circular or other suitable shape is used for the base plate 46.

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Zwischen dem Hochfrequenzssender 1 und dem Empfänger 2 bzw. dem nachgeschalteten Verstärker 4 ist außerdem eine Kompensationsschaltung vorgesehen. Mit Hilfe dieser Kompensationsschaltung wird ein Teil der Senderspannung dem Empfänger 2 bzw. dem nachgeschalteten Verstärker 4 zugeführt. Sehr wesentlich für die Arbeitsweise des erfindungsgemäßen Annäherungsschalters ist nun das Zusammenwirken des Hochfrequenzsenders 1, des Streufeldkondensators, des Empfängers 2 und der Kompensationsschaltung. Die von der Platte 17 des Streufeldkondensators empfangene Wechselspannung des Senders 1 erreicht ihren höchsten Wert, wenn das Feld des Streufei dkondensators zwischen seinen beiden Platten 16 und 17 ungestört ist. Dieses Feld erstreckt sich dabei senkrecht zu den beiden Kondensatorplatten 16 und 17, wie aus Fig. 7 ersichtlich ist. Die Reichweite dieses Feldes kann bei entsprechender Gestaltung des Streufeldkondensators sowie einer entsprechenden Spannung an den beiden Platten des Kondensators bis zu einigen -zig Zentimetern betragen.A compensation circuit is also provided between the high-frequency transmitter 1 and the receiver 2 or the downstream amplifier 4. With the help of this compensation circuit, a part of the transmitter voltage is fed to the receiver 2 or the downstream amplifier 4. The interaction of the high-frequency transmitter 1, the stray field capacitor, the receiver 2 and the compensation circuit is very important for the operation of the proximity switch according to the invention. The alternating voltage of the transmitter 1 received by the plate 17 of the stray field capacitor reaches its highest value when the field of the stray field capacitor between its two plates 16 and 17 is undisturbed. This field extends perpendicular to the two capacitor plates 16 and 17, as can be seen from Fig. 7. The range of this field can be up to several tens of centimeters if the stray field capacitor is designed accordingly and the voltage on the two plates of the capacitor is appropriate.

Bringt man nun einen Körper in das Feld zwischen den beiden Kondensatorplatten 16 und 17 ein, so wird die Feldlinienverteilung gestört, d. h. bringt man in das Feld einen nicht hochisolierenden Körper, wie z. B. eine Handfläche, so wird das Feld abgeschwächt. Dadurch wird auch das von dem Empfänger mittels der Platte 17 des Sireufeidkondeiisaturs aufgenommene Signal des Senders 1 geschwächt Der Streufeldkondensator dient somit mittels seiner Platte 16 einmal zum Aussenden des Sendersignals und mittels seiner Platte 17 zum Empfang dieses Sendersignals durch den Empfänger und zum zweiten dient er gleichzeitig der Erfassung einer Änderung des Sendersignals aufgrund eines sich annähernden Körpers. Da der Empfänger 2 ein maximales Sendersignal aufnimmt, wenn der Feldlinienverlauf des Streufeldkondensators nicht gestört ist, sollte das am Transistor 24 des Verstärkers 4 liegende Ausgangssignal ein Minimum bilden, damit auch noch die Änderung des Sendersignals bei Störung des Feldlinienverlaufs des Streufeldkondensators verarbeitet werden kann. Um das volle Sendersignal und die im Verhältnis dazu relativ kleine Änderung des Sendersignals bei Annäherung eines Körpers einwandfrei weiterverarbeiten zu können, müßte für die nachfolgende Auswerteschaltung ein nicht mehr vertretbarer technischer Aufwand getrieben werden, der außerdem außerordentlich hohe Kosten verursachen würde.If a body is now placed in the field between the two capacitor plates 16 and 17, the field line distribution is disturbed, i.e. if a body that is not highly insulating, such as the palm of the hand, is placed in the field, the field is weakened. This also weakens the signal from transmitter 1 that is received by the receiver via plate 17 of the stray field capacitor. The stray field capacitor thus serves, firstly, to transmit the transmitter signal via its plate 16 and, secondly, to receive this transmitter signal by the receiver via its plate 17. Secondly, it simultaneously serves to detect a change in the transmitter signal due to an approaching body. Since the receiver 2 receives a maximum transmitter signal when the field line path of the stray field capacitor is not disturbed, the output signal at transistor 24 of amplifier 4 should be a minimum so that the change in the transmitter signal can also be processed when the field line path of the stray field capacitor is disturbed. In order to be able to properly process the full transmitter signal and the relatively small change in the transmitter signal when a body approaches, the subsequent evaluation circuit would require an unreasonable level of technical effort, which would also incur extraordinarily high costs.

Um diesen Nachteil zu vermeiden ist die erfindungsgemäße Kompensaüonsschaiiung zwischen dem Hochfrequenzsender 1 und dem Empfänger 2 bzw. dem nachgeschalteten Verstärker 4 vorgesehen. Diese Kompensationsschaltung arbeitet wie folgt. Aufgrund der kleinen Plattenflächen des Streufeldkondensators und der gegenseitigen Zuordnung der Platten in großem Abstand besitzt der Streufeldkondensator nur eine kleine Kapazität. Verursacht durch diese kleine Kapazität des Streufeldkondensators liegt am Gate des Feldeffekttransistors 18 des Empfängers eine Wechselspannung, die fast genau um - 90° zur Senderspannung verschoben ist. Ordnet man nun der Senderspule 15 des Hochfrequenzsenders 1 eine weitere Spule mit geringer Induktivität zu, so wird die in dieser Spule erzeugte Spannung um fast genau +90° vorauseilen, d. h. diese Spule wirkt fast nur induktiv. Führt man nun die induktive Spannungskomponente der der Senderspule 15 zugeordneten Kompensationsspule 47 mit der kapazitiven Spannungskcmpop.eriie des Streufeldkondensators zusammen, so lassen sich die beiden Komponenten fast hundertprozentig substraktiv oder additiv zusammenschalten. In der in F ig. 1 dargestellten Schaltung heben sich die beiden Spannungen auf. Das bedeutet, daß die Verstärkung des Empfängersignals gegenüber einer unkompensierten Ausführung wesentlich höhere Werte annehmen kann. Durch diese Kompensation wird eine größere Reichweite und eine größere Empfindlichkeit des Annäherungsschalters ermöglicht. Die Kompensationsschaltung ist in dem erfindungsgemäßen Ausfuhrungsbeispiel als induktive Kompensationsschaltung ausgeführt. Es wäre jedoch auch eine kapazitive Kompensation mit einem Phasenschieber möglich. Die induktive Kompensationsschaltung besteht aus der Kompensationsspule 47, die der Senderspule 15 zugeordnet ist, wobei das eine Ende der Kompensationsspule an dem Emitter des Transistors 24 des Verstärkers 4 liegt, während das andere Ende der Kompensationsspule wechselspannungsmäßig auf Null-Potential liegtIn order to avoid this disadvantage, the compensation circuit according to the invention is provided between the high-frequency transmitter 1 and the receiver 2 or the downstream amplifier 4. This compensation circuit works as follows. Due to the small plate areas of the stray field capacitor and the mutual assignment of the plates at a large distance, the stray field capacitor has only a small capacitance. Due to this small capacitance of the stray field capacitor, an alternating voltage is present at the gate of the field effect transistor 18 of the receiver, which is shifted by almost exactly -90° to the transmitter voltage. If one now assigns another coil with low inductance to the transmitter coil 15 of the high-frequency transmitter 1, the voltage generated in this coil will lead by almost exactly +90°, i.e. this coil acts almost exclusively inductively. If the inductive voltage component of the compensation coil 47 assigned to the transmitter coil 15 is combined with the capacitive voltage component of the stray field capacitor, the two components can be connected together in a subtractive or additive manner that is almost 100% complete. In the circuit shown in Fig. 1, the two voltages cancel each other out. This means that the gain of the receiver signal can be significantly higher than in an uncompensated version. This compensation enables a greater range and greater sensitivity of the proximity switch. In the exemplary embodiment according to the invention, the compensation circuit is designed as an inductive compensation circuit. However, capacitive compensation with a phase shifter would also be possible. The inductive compensation circuit consists of the compensation coil 47, which is assigned to the transmitter coil 15, with one end of the compensation coil being connected to the emitter of the transistor 24 of the amplifier 4, while the other end of the compensation coil is at zero potential in terms of alternating voltage

Die Wirkung der vorgesehenen Kompensationsschaltung besteht darin, daß bei ungestörtem Feldlinienverlauf des Streufeldkondensators die Spannung an der Gleichrichterstufe 5 gleich Null ist, da die kapazitive Spannungskomponente des Streufeldkondensators durch die induktive Spannungskomponente der Kompensationsspule aufgehoben wird. Es muß also nur die Änderung des Signals durch Auswerteschaltung weiterverarbeitet werden, wenn das Feld des Streufeldkondensators durch einen sich nähernden Körper geschwächt wird. Diese Änderungsspannung ist im Ver-The effect of the compensation circuit provided is that when the field line of the stray field capacitor is undisturbed, the voltage at the rectifier stage 5 is zero, since the capacitive voltage component of the stray field capacitor is canceled out by the inductive voltage component of the compensation coil. Therefore, only the change in the signal must be further processed by the evaluation circuit when the field of the stray field capacitor is weakened by an approaching body. This change in voltage is

hältnis zu dem Gesamtsignal an den Platten 16 und 17 des Streufeldkondensators sehr viel kleiner, so daß bei der Auslegung der Auswerteschaltung die technischen und finanziellen Anforderungen entsprechend geringer sind. Bei Annäherung eines Körpers an das Feld des Streufeldkondensators wird nur die kapazitive Komponente geschwächt, als Folge überwiegt die induktive Komponente, die Spannung steigt an und ergibt so ein verwertbares Signal.ratio to the total signal at the plates 16 and 17 of the stray field capacitor is much smaller, so that the technical and financial requirements for the design of the evaluation circuit are correspondingly lower. When a body approaches the field of the stray field capacitor, only the capacitive component is weakened, as a result the inductive component predominates, the voltage increases and thus produces a usable signal.

Aus Fi g. 2 ist eine weitere induktive Kompensationsschaltung ersichtlich. Die übrige Schaltung des Annäherungsschalters ist mit der Schaltung der Fig. 1 identisch. Diese weitere induktive Kompensationsschaltung umfaßt eine der Senderspule 15 zugeordnete Kompensationsspule 47, wobei das eine Ende der Kompensationsspule wechselspannungsmäßig auf Null-Potential liegt, während das andere Ende über ein Phasenkorrekturglied, das aus einer Parallelschaltung eines Widerstandes 48und eines Kondensators 49besteht, und über einen Koppelkondensator 50 an der Source-Elektrode des Feldeffekttransistors 18 des Empfängers 2 liegt. Bei dieser weiteren induktiven Kompensationsschaltung ist die Phasenlage der induktiven Spannungskomponente mit Hilfe des Phasenkorrekturgliedes so abgestimmt, daß auf die von dem Streufeldkondensator gelieferte kapazitive Spannungskomponente in dem Feldeffekttransistor 18 genau die entgegengesetzte Wirkung ausgeübt wird, so daß am Drain dieses Feldeffekttransistors die Differenz der beiden Spannungen zu Null wird. Bei Annäherung eines Körpers an das Feld des Streufeldkondensators wird wiederum nur die kapazitive Spannungskomponente beeinflußt bzw. geschwächt, so daß die induktive Komponente überwiegt und als Nutzsignal für die nachfolgende Auswerteschaltung zur Verfügung steht.A further inductive compensation circuit can be seen in Fig. 2. The rest of the circuit of the proximity switch is identical to the circuit in Fig. 1. This further inductive compensation circuit comprises a compensation coil 47 assigned to the transmitter coil 15, one end of the compensation coil being at zero potential in terms of alternating voltage, while the other end is connected to the source electrode of the field effect transistor 18 of the receiver 2 via a phase correction element, which consists of a parallel connection of a resistor 48 and a capacitor 49, and via a coupling capacitor 50. In this further inductive compensation circuit, the phase position of the inductive voltage component is adjusted using the phase correction element in such a way that the capacitive voltage component supplied by the stray field capacitor has exactly the opposite effect in the field effect transistor 18, so that the difference between the two voltages becomes zero at the drain of this field effect transistor. When a body approaches the field of the stray field capacitor, only the capacitive voltage component is influenced or weakened, so that the inductive component predominates and is available as a useful signal for the subsequent evaluation circuit.

Die der Senderspule 15 zugeordnete Kompensationsspule 47 kann beispielsweise als gedruckte Spule auf einer kaschierten Leiterplatte 52 ausgeführt sein, wie aus den Fig. 10 und 11 ersichtlich ist. Die Ausätzung der Kompensationsspule auf einer kaschierten Leiterplatte ermöglicht eine besonders kostengünstige Herstellung der Kompensationsspule im Zuge der Erstellung der Leiterplatine für die Auswerteschaltung. Die Justage der induktiven Spannungskomponente kann durch einen im Zentrum der Kompensationsspule eindrehbaren Ferritkern 51 erfolgen, auf dessen anderes Ende beispielsweise die Senderspule 15 aufgewickelt ist. Bei einer anderen Ausführungsform sind die Sender- und die Kompensationsspule zusammen auf einen Spulenkörper gewickelt. Die Justage der induktiven Spannungskomponente kann dadurch erfolgen, daß die letzten Windungen der Kompensationsspule entgegengesetzt gewickelt sind. Das Wicklungsende wird dann zu Justagezwecken einfach abgezogen, bis die gewünschte induktive Spannungskomponente erreicht ist.The compensation coil 47 associated with the transmitter coil 15 can, for example, be designed as a printed coil on a laminated circuit board 52, as can be seen in Figs. 10 and 11. Etching the compensation coil on a laminated circuit board enables particularly cost-effective production of the compensation coil during the production of the circuit board for the evaluation circuit. The inductive voltage component can be adjusted using a ferrite core 51 that can be screwed into the center of the compensation coil, on the other end of which the transmitter coil 15 is wound, for example. In another embodiment, the transmitter and compensation coils are wound together on a coil body. The inductive voltage component can be adjusted by winding the last turns of the compensation coil in opposite directions. The end of the winding is then simply removed for adjustment purposes until the desired inductive voltage component is reached.

Eine weitere Justagemöglichkeit ist durch den Streufeldkondensator gegeben. Wie aus den Fig. 7 bis 9 zu ersehen ist, kann mindestens einer der Träger 42 bzw. 43 der Platten 16 und 17 des Streufeldkondensators verdreht werden. Durch diese Lageveränderung der Platten des Streufeldkondensators ist eine Justage der kapazitiven Spannungskomponente durchführbar. Die Justage des kapazitiven Annäherungsschalters erfolgt für ein Dielektrikum des Streufeldkondensators, des überwiegend aus Luft besteht. Bei der Justage des Annäherungsschalters kann jedoch schon bei der Herstellung berücksichtigt werden, daß sich der Annäherungsschalter später beispielsweise in einem Gehäuse aus Kunststoff befindet. Diese Isolierstoffschicht 53 kann entweder direkt auf den Platten 16 und 17 des Streufeldkondensators aufgebracht sein oder sie befindet sich in einem gewissen Abstand vor den Platten des Streufeldkondensators. Dieser letztere Fall ist in Fig. 9 dargestellt. Allgemein kann gesagt werden, daß durch die geschilderten Maßnahmen der Justage entweder mittels des Streufeldkondensators oder mittels der Kompensationsspule eine sehr einfache und preiswerte Justage möglich ist. Außerdem kann der Einfluß einer vor den Platten des Streufeldkondensators liegenden Isolierschicht bereits bei dem Herstellungsprozeß berücksichtigt werden.Another adjustment option is provided by the stray field capacitor. As can be seen from Figs. 7 to 9, at least one of the supports 42 or 43 of the plates 16 and 17 of the stray field capacitor can be rotated. This change in the position of the plates of the stray field capacitor makes it possible to adjust the capacitive voltage component. The adjustment of the capacitive proximity switch is carried out for a dielectric of the stray field capacitor, which consists mainly of air. When adjusting the proximity switch, however, it can already be taken into account during manufacture that the proximity switch will later be located in a housing made of plastic, for example. This insulating layer 53 can either be applied directly to the plates 16 and 17 of the stray field capacitor or it can be located at a certain distance in front of the plates of the stray field capacitor. This latter case is shown in Fig. 9. In general, it can be said that the adjustment measures described, either by means of the stray field capacitor or by means of the compensation coil, enable a very simple and inexpensive adjustment. In addition, the influence of an insulating layer in front of the plates of the stray field capacitor can already be taken into account during the manufacturing process.

Das in den Fi g. 1 und 2 vorgesehene Hochpaßglied 3 dient dazu, eventuelle Netzbrummüberlagerungen auszusperren. Das verstärkte Änderungssignal wird dann der Gleichrichterstufe 5 zugeführt, wo es gleichgerichtet wird und in dem Ladekondensator 6 gespeichert wird. Nach der Gleichrichterstufe 5 folgt nun eine Auswerteschaltung, die aus dem Gleichspannungsverstärker 7, dem Schmitt-Trigger 8 und dem Stellglied 9 besteht. Diese Auswerteschaltung verarbeitet das Änderungssignal nach dem statischen Prinzip, d. h. in diesem Fall wird die verstärkte Wechselspannung des Änderungssignals betragsmäßig ausgewertet. Diese betragsmäßige Auswertung ist bei dem Ausführungsbeispiel nach den Fig. 1 und Fig. 2 gezeigt. Das in der Gleichrichterstufe 5 gleichgerichtete Signal steuert dabei über den Gleichspannungsverstärker 7 einen Schmitt-Trigger 8 und ein Stellglied 9. Das Stellglied kann beispielsweise aus einem Relais oder einem Triac usw. bestehen.The high-pass filter 3 provided in Figs. 1 and 2 serves to block out any mains hum superposition. The amplified change signal is then fed to the rectifier stage 5, where it is rectified and stored in the charging capacitor 6. After the rectifier stage 5 there is now an evaluation circuit, which consists of the DC amplifier 7, the Schmitt trigger 8 and the actuator 9. This evaluation circuit processes the change signal according to the static principle, i.e. in this case the amplified AC voltage of the change signal is evaluated in terms of magnitude. This value-based evaluation is shown in the embodiment according to Figs. 1 and 2. The signal rectified in the rectifier stage 5 controls a Schmitt trigger 8 and an actuator 9 via the DC amplifier 7. The actuator can consist of a relay or a triac, etc.

Fig. 3 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen kapazitiven Annäherungsschalters in schematischer Darstellung, wobei die Auswertung des Änderungssignals nach dem dynamischen Prinzip vorgenommen wird. Dabei ist dem Sender 1 ein Empfänger 2 zugeordnet. Diesem nachgeordnet ist ein Hochpaßglied 3, ein Verstärker 4 und eine Gleichrichterstufe 5. Diese fünf Stufen sind identisch mit den Schaltungen, die in den Fig. 1 und 2 dargestellt sind. Nach der Gleichrichterstufe 5 erfolgt nun die Auswertung des Änderungssignals des Streufeldkondensators nach dem dynamischen Prinzip, d. h. es wird in diesem Fall die Änderung in der Zeit durch ein Differenzierglied nach der Beziehung UB_B = dU/dt erzeugt. U_B ist die erzeugte Spannung in der Bewegungsfrequenz, also beispielsweis erzeugt durch eine in dem Feld des Streufeldkondensators bewegte Hand; du ist die Spannungsänderung der Hochfrequenz an der empfängerseitigen Kondensatorplatte; dt gibt die zeitliche Änderung und V die Verstärkung bis zum Differenzierglied wieder. Hier wird also nicht die betragsmäßige Erfassung sondern die Änderung in der Zeit des Änderungssignals zum Auslösen eines Schaltvorganges verwertet. Die der Gleichrichterstufe 5 nachgeordnete Auswerteschaltung nach dem dynamischen Prinzip besteht aus einem Differenzierglied 54, einem Niederfrequenzverstärker 55, einer Ladestufe 56, einem Impedanzwandler 57, dem Schmitt-Trigger S und dem Stellglied 9.Fig. 3 shows a further embodiment of the capacitive proximity switch according to the invention in a schematic representation, wherein the evaluation of the change signal is carried out according to the dynamic principle. A receiver 2 is assigned to the transmitter 1. Downstream of this are a high-pass element 3, an amplifier 4 and a rectifier stage 5. These five stages are identical to the circuits shown in Figs. 1 and 2. After the rectifier stage 5, the evaluation of the change signal of the stray field capacitor now takes place according to the dynamic principle, i.e. in this case the change in time is generated by a differentiator according to the relationship UB _B = dU/dt . U _B is the voltage generated in the movement frequency, for example generated by a hand moving in the field of the stray field capacitor; du is the voltage change of the high frequency on the capacitor plate on the receiver side; dt represents the change over time and V the gain up to the differentiator. In this case, it is not the amount-based detection but the change in time of the change signal that is used to trigger a switching process. The evaluation circuit downstream of the rectifier stage 5, based on the dynamic principle, consists of a differentiator 54, a low-frequency amplifier 55, a charging stage 56, an impedance converter 57, the Schmitt trigger S and the actuator 9.

Die Schaltungsausführung der dynamischen Auswerteschaltung nach Fig. 2 ist in Fig. 4 gezeigt. Das der Gleichrichterstufe nachgeordnete Differenzierglied besteht aus einem Kondensator 58 und einem Widersiand 59. Der widerstand 60 dient zusammen mit dem Widerstand 59 als Spannungsteiler zur Arbeitspunkteinstellung für den Transistor 61. Dem Differenzier-The circuit design of the dynamic evaluation circuit according to Fig. 2 is shown in Fig. 4. The differentiating element arranged downstream of the rectifier stage consists of a capacitor 58 and a resistor 59. The resistor 60 serves together with the resistor 59 as a voltage divider for setting the operating point for the transistor 61. The differentiating

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glied 54 ist ein Niederfrequenzverstärker 55 nachgeordnet. Der Niederfrequenzverstärker besteht aus den Komplementärtransistoren 61 und 62, Widerständen 63, 64 und 65 und einem Kondensator 66. Dem Niederfrequenzverstärker 55 ist eine Ladestufe 56 nachgeordnet, die aus einem Transistor 67, einem Widerstand 68 und feinem Kondensator 69 besteht. Dieser Ladestufe wiederum ist ein Impedanzwandler 57 nachgeordnet, der aus einem Transistor 70 und Widerständen 71 und 72 besteht. Dem Impedanzwandler 57 ist der Schmitt-Trigger 8 und diesem wiederum ein Stellglied 9 nachgeordnet. Der Schmitt-Trigger 8 und das Stellglied 9 sind unverändert aus dem Ausführungsbeispiel nach den F i g. 1 und 2 übernommen.A low-frequency amplifier 55 is arranged downstream of the element 54. The low-frequency amplifier consists of the complementary transistors 61 and 62, resistors 63, 64 and 65 and a capacitor 66. The low-frequency amplifier 55 is arranged downstream of a charging stage 56, which consists of a transistor 67, a resistor 68 and a capacitor 69. This charging stage in turn is arranged downstream of an impedance converter 57, which consists of a transistor 70 and resistors 71 and 72. The Schmitt trigger 8 is arranged downstream of the impedance converter 57 and this in turn is arranged downstream of an actuator 9. The Schmitt trigger 8 and the actuator 9 are taken over unchanged from the embodiment according to Figs. 1 and 2.

Gegenüber der Auswertung des Änderungssignals nach dem statischen Prinzip, wie sie in den F i g. 1 und 2 gezeigt wurde, hat die Auswertung des Änderungssignals nach dem dynamischen Prinzip, wie sie aus den Fig. 3 und 4 ersichtlich ist, den Vorteil, daß bei der Kompensation bzw. Kompensationsschaltang die Bauteiltoleranzen unkritisch sind, d. h. die Kompensation muß nicht hundertprozentig ausgeglichen sein. Vorteilhaft ist die Auswertung des Änderungssignals nach dem dynamischen Prinzip auch deshalb, weil der Einfluß von Spannungsschwankungen und von Temperaturschwankungen auf die Bauteile der dynamischen Schaltung bezüglich der einwandfreien Funktion des Annäherungsschalters vernachlässigbar ist.Compared to the evaluation of the change signal according to the static principle, as shown in Figs. 1 and 2, the evaluation of the change signal according to the dynamic principle, as can be seen in Figs. 3 and 4, has the advantage that the component tolerances are not critical in the compensation or compensation circuit, i.e. the compensation does not have to be 100% balanced. The evaluation of the change signal according to the dynamic principle is also advantageous because the influence of voltage fluctuations and temperature fluctuations on the components of the dynamic circuit is negligible with regard to the proper functioning of the proximity switch.

Das hat zur Folge, daß bei der Auswertung nach dem dynamischen Prinzip eine erhebliche Verringerung der Justage-Maßnahmen gegenüber dem statischen Prinzip möglich ist. In Fi g. 5 ist eine Weiterbildung des Ausführungsbeispiels nach den F i g. 3 und 4 dargestellt. Bei der Auswertung des Änderungssignals nach dem dynamischen Prinzip könnte der Fall auftreten, daß beispielsweise Hände ruhig in unmittelbarer Nähe des Feldes der Platten 16 und 17 des Streufeldkondensators gehalten werden. Da sich in diesem Fall bei der dynamischen Auswertung keine Spannungsänderung in der Zeit ergeben würde, würde kein Ausgangssignal mehr vorhan- 4C den sein. Um eine Fehlschaltung des Stellgliedes 9 zu verhindern, ist deshalb zwischen dem Ladekondensator 6 der Gleichrichterstufe 5 und dem Schmitt-Trigger 8 unter Umgehung des Differenziergliedes 54, des Niederfrequenzverstärkers 55, der Ladestufe 56 und des Impedanzwandlers 57 ein Oder-Glied 73 geschaltet. Dem Oder-Glied ist wiederum der Schmitt-Trigger 8 und das Stellglied 9 nachgeschaltet. Wird beispielsweise ein Gegenstand in dem Feld des Streufeldkondensators ruhig gehalten, so ist die Spannung an dem Ladekondensator 6 höher als bei ungestörtem Feld des Streufeldkondensators. Dieser Effekt einer erhöhten Spannung an dem Ladekondensator 6 wird durch das Oder-Glied 73 ausgenützt, und zwar dadurch, daß bei Überschreiten einer bestimmten Schwellenspannung das Oder-Glied 73 den Schmitt-Trigger 8 und damit das Stellglied 9 durchschaltet.The result is that when evaluating according to the dynamic principle, a significant reduction in adjustment measures is possible compared to the static principle. Fig. 5 shows a further development of the embodiment according to Figs. 3 and 4. When evaluating the change signal according to the dynamic principle, the case could arise that, for example, hands are held still in the immediate vicinity of the field of the plates 16 and 17 of the stray field capacitor. Since in this case no voltage change over time would occur during the dynamic evaluation, there would no longer be an output signal. In order to prevent incorrect switching of the actuator 9, an OR element 73 is therefore connected between the charging capacitor 6 of the rectifier stage 5 and the Schmitt trigger 8, bypassing the differentiating element 54, the low-frequency amplifier 55, the charging stage 56 and the impedance converter 57. The OR element is in turn followed by the Schmitt trigger 8 and the actuator 9. For example, if an object is held still in the field of the stray field capacitor, the voltage on the charging capacitor 6 is higher than if the field of the stray field capacitor is undisturbed. This effect of an increased voltage on the charging capacitor 6 is exploited by the OR element 73, namely by the fact that when a certain threshold voltage is exceeded, the OR element 73 switches through the Schmitt trigger 8 and thus the actuator 9.

Hierzu 4 Blatt Zeichnungen 60 4 sheets of drawings 60

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Claims

Patent claims:

1. Capacitive proximity switch with a high-frequency transmitter, a receiver and an amplifier, whereby between the high-frequency transmitter and the receiver there is a capacitive coupling consisting of a stray field capacitor, which serves to transmit and receive a transmission signal and to detect a change in the transmission signal due to an approaching body, and whereby one plate of the stray field capacitor is connected to the output of the transmitter and the other plate to the input of the receiver and in which the plates are arranged in such a way that the largest possible stray field is created, characterized in that a compensation circuit is provided between the high-frequency transmitter (1) and the receiver (2), through which a part of the transmitter voltage is fed to the receiver in such a way that when the stray field is undisturbed, the voltage at the receiver is compensated.

2. Proximity switch according to claim 1, characterized in that the high-frequency transmitter (1) operates in a forced synchronized pulse mode depending on the mains frequency.

3. Proximity switch according to claim 1 or 2, characterized in that the high-frequency transmitter (1) emits sinusoidal oscillations.

4. Proximity switch according to one of the preceding claims, characterized in that the compensation circuit is an inductive compensation circuit .

5. Proximity switch according to claim 4, characterized in that the inductive compensation circuit consists of a compensation circuit

(47) which is associated with the transmitter coil (15), and that one end of the compensation coil is connected to the emitter of a transistor (24) of the amplifier (4), while the other end of the coil is at zero potential in terms of alternating voltage.

6. Proximity switch according to claim 4, characterized in that the inductive compensation circuit comprises a compensation coil (47) associated with the transmitter coil (15) and that one end of the compensation coil (47) is at zero potential in terms of alternating voltage, while the other end is connected via a resistor

(48) with a parallel-connected capacitor (49) and a downstream coupling capacitor (50) is connected to the source electrode of a field effect transistor (18) of the receiver (2).

7. Proximity switch according to one of the preceding claims, characterized in that S5 the inherent capacitance of the stray field capacitor is approximately equal to its stray capacitance.

8. Proximity switch according to one of the preceding claims, characterized in that the two plates (16, 17) of the stray field capacitor are not arranged parallel to one another.

9. Proximity switch according to one of the preceding claims, characterized in that the two plates (16, 17) of the stray field capacitor are arranged in one plane.

10. Proximity switch according to one of the preceding claims, characterized in that the two plates (16, 17) of the stray field capacitor are located on an insulating carrier (41).

11. Proximity switch according to one of the preceding claims, characterized in that the two plates (16, 17) of the stray field capacitor are located on two separate supports (42, 43).

12. Proximity switch according to claim 11, characterized in that at least one of the supports (42, 43) of the plates (16, 17) of the stray field capacitor is arranged so as to be rotatable.

13. Proximity switch according to one of the preceding claims, characterized in that the two plates (16, 17) of the stray field capacitor are made of laminated circuit board material.

14. Proximity switch according to one of the preceding claims, characterized in that the dielectric of the stray field capacitor consists predominantly of air.

15. Proximity switch according to one of the preceding claims, characterized in that an insulating layer (53) is located in front of the plates (16, 17) of the siren field capacitor.

16. Proximity switch according to one of the preceding claims 5 to 15, characterized in that the compensation coil (47) is designed as a printed coil on a circuit board.

17. Proximity switch according to one of the preceding claims 5 to 16, characterized in that the compensation coil (47) can be tuned by means of a ferrite core (51).

18. Proximity switch according to one of the preceding claims 5 to 15 or 17, characterized in that the compensation coil (47) is designed such that the last turns are wound in opposite directions.

19. Proximity switch according to one of the preceding claims, characterized in that a rectifier stage (5), a charging stage (56), a differentiating element (54), a low-frequency amplifier (55), an impedance converter (57), a Schmitt trigger (8) and an actuator (9) are arranged downstream of the receiver (2).

20. Proximity switch according to claim 19, characterized in that the charging stage (56) consists of a transistor (67), a resistor (68) and a capacitor (69).

21. Proximity switch according to claim 19 or 20, characterized in that an OR element (73) is connected between the capacitor (6) of the rectifier stage (5) and the Schmitt trigger (8), bypassing the differentiating element (54), the low-frequency amplifier (55), the charging stage (56) and the impedance converter (57).