DE2608395A1 - Induktiver annaeherungssicherheitsinitiator - Google Patents

Description

Induktiver Annäherungssicherheitsinitiator

Die Erfindung erstrebt die Verbesserung von induktiven Annäherungsinitiatoren in der Form, daß das von ihnen gelieferte elektrische Sicherheitssignal gefährliche Bewegungen bei einer Maschine nur dann zulässt, wenn die Bedingung erfüllt ist, daß das von ihnen überwachte mechanische Teil sich mit Sicherheit in einer Stellung befindet, die eine gefahrlose Durchführung der Bewegung zulässt.

Alle anderen Ursachen, wie z.B. Montagefehler, Lockerung der Befestigung, Bruch, Abweichungen, Änderungen, Kurzschluß oder Riß in einem oder mehreren Elementen des Überwachungsobjektes, des Überwachungsgerätes selbst, der Verbindungskabel oder des endgültigen Empfängerteiles, fehlende Spannung, Auffinden eines

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Fremdkörpers in der Maschine (Werkzeug, Späne usw.) müssen das diese gefährliche Bewegung zulassende Sicherheitssignal löschen.

Wenn außerdem das überwachte Teil seine Sicherheitsstellung verlässt, muß die Bewegung unterdrückt oder, wenn bereits eingeleitet, aufgehalten werden.

Bei dem Stand der Technik entsprechen die Sicherhe its an-, näherungsinitiatoren niemals allen oben aufgeführten Bedingungen .

Ihre Verdoppelung oder Verdreifachung mit wechselseitigen Kontrollen vermindert nur die Wahrscheinlichkeit des Auftretens eines Fehlsignales, kann es aber nicht völlig ausschalten .

Die Erfindung erlaubt mit mathematischer Sicherheit die Zulassung der Ausführung einer gefährlichen Bewegung des zu überwachenden Teiles nur, wenn es sich in seiner Sicherheitsstellung befindet.

Um zu dieser Sicherheit zu kommen, müssen folgende Prinzipien zur Anwendung kommen: 1. Der durch den Annäherungsinitiator

erkannte und auf dem zu überwachenden Teil angebrachte Gegenstand weist einen aktiven Teil auf, der durch den Annäherungsinitiator belastet, abwechselnd die An- und Abwesenheit eines metallischen Teiles mit einer bestimmten Frequenz simuliert. Dieser Teil kann auch als "Phantomteil¹¹ bezeichnet werden.

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2. Der Annäherungsinitiator erkennt die An- und Abwesenheit dieses Phantomteiles und sendet folglich eine Folge von elektrischen Rechteckimpulsen aus.

3. Die Vorrichtung, die die von dem Annäherungsinitiator abgegebenen Signale auswerten, ist derart konstruiert, daß sie eine gefährliche Bewegung nur dann zulässt, wenn sie die Rechteckimpulse empfängt, und sie unterbindet, sobald an die Stelle dieser Rechteckimpulse irgendeine Gleichspannung oder fehlende Spannung tritt.

Aus diesen Prinzipien folgt, daß:

1. Der Überwachungsgegenstand durch seine Struktur der einzige ist, der auf die Belastung des Annäherungsinitiators ansprechen kann; folglich kann kein anderer Gegenstand festgestellt werden, außer natürlich ein Gegenstand mit der selben Struktur.

2. Das Rechteckfcignal hat seinen Ursprung im Erkennungsgegenstand. Seine Bildung und Übermittlung überwacht also immer den Zustand der Funktionsweise aller Teile, die zu seiner Erzeugung und Übermittlung mitwirken: Elektronik, Kabel, Anschlüsse usw., bis am Ausgang der Vorrichtung das Signal ausgewertet wird. ·

3. Da der Überwachungsgegenstand nur in der unmittelbaren Nähe des Annäherungsinitiators ansprechen kann, ist das Auftreten von Rechteckimpulsen streng mit seiner richtigen Stellung gekoppelt.

Die Erfindung geht somit aus von einem induktiven Annäherungssicherheitsinitiator, bei dem das von ihm gelieferte elektrische Signal eine gefährliche Bewegung bei einer Maschine nur

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unter der alleinigen und einzigen Bedingung zuläset, daß da~ von ihm überwachte mechanische Teil sich mit Sicherheit in einer Stellung befindet, die eine gefahrlose Ausübung der Bewegung zulässt, und kennzeichnet sich durch einen induktiven Annäherungsinitiator, der in seiner Umgebung ein hochfrequentes elektromagnetisches Wechselfeld aufbaut; durch ein Erkennungsobjekt in Form einer Induktivität mit teilweise offenem Magnetkreis und eines elektrischen, insbesondere Multivibrator aufweisenden Kreises, wobei die in das hochfrequente Feld des Initiators eingebrachte Induktivität zum Ort einer elektromotorischen Kraft wird, die zur Speisung des Multivibrators dient, der die Induktivität mit einer bestimmten Frequenz kurzschließt und öffnet, was infolge der Änd.erung der Adsorbtion der elektromagnetischen Energie der geöffneten oder geschlossenen Induktivität schnelle und signifikante Veränderungen derselben Frequenz in der Amplitude der Schwingung des Initiators nach sich zieht, der an seinem Ausgang ein aus einer Folge von Rechteckimpulsen derselben Frequenz bestehende Sicherheitssignal liefert, und ferner gegebenenfalls durch eine Vorrichtung zur Auswertung des Sieherheitssignals solchen Aufbaus, daß sie an ihrem Ausgang einen elektrischen Strom nur unter der einzigen Bedingung des Empfanges des Sicherheitssignalen abgibt.

'Weiterbildungen des Gegenstandes des Hauptanspruches sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.

Die Zeichnungen zeigen in:

Fig. 1 ein schematisches Schaltbild des Initiators gemäß der Erfindung;

Fig. 2 den Erkennungsgegenstand; und in

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Fig. 3 die Vorrichtung zur Auswertung des Sicherheitssignals.

Für das Verständnis der Beschreibung sei daran erinnert, daß induktive Annäherungsinitiatoren einen Kochfrequenzoszillator mit einer Spule mit teilweise offenem magnetischen Kreis aufweisen, der in seiner Umgebung ein magnetisches Wechselfeld aufbaut. Jedes in dieses Feld eindringende metallische Objekt wird zum Ort. von Foucaultströmen, deren Auftreten eine gewisse Snergieanhebung beim Oszillator bewirkt, was eine Dämpfung der Schvingungsarnplitude zur Folge hat.

Eine in das hochfrequente Feld eingebrachte Spule wird zum Ort einer elektromotorischen Kraft, die zur Speisung einer elektronischen Anordnung benutzt werden kann.

Eine offene Spule oder eine solche, deren Enden an einer hohen Impedanz liegen, absorbiert weniger Energie und vermindert somit die Amplitude des Oszillators geringer als eine geschlossene Spule oder eine solche, deren Enden an eine niedrige Impedanz angeschlossen sind.

Indem man eine in diesem Feld befindliche Spule abwechselnd öffnet und schließt, erreicht man so das gleiche, als wenn man einen metallischen Gegenstand abwechselnd diesem Felde annähert oder von ihm entfernt. Man erzeugt so einen abwechselnd an- und abwesend erscheinenden Phantomgegenstand.

In der den Annäherungsinitiator zeigenden Fig. 1 bedeutet das Bezugszeichen 1 den Oszillator des induktiven Annäherungsinitiators, dessen Induktivität mit halb offenem magnetischen Kreis aus den Spulen 2 und 3 besteht. Das Bezugszeichen 4 bezeichnet einen Gleichrichter-Verstärker, der die Amplitude der Schwingungen in eine Gleichspannung umwandelt. Bei 5 ist ein Spannungsregler mit relativ großer Zeitkonstante angedeutet, der die Spannung TL. am Eingang auf einen vorgeregelten

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Viert zurückführt, indem er durch die Schleife 6 auf die Amplitude des Oszillators Einfluß nimmt. Die Spannung IL· wird in einen Differenzverstärker 7 eingespeist, der die raschen Änderungen dieser selbst von der Amplitude des Oszillators abhängigen Spannung U-, wahrnimmt, bevor der Regler 5 Zeit gehabt hat einzugreifen. Der Trigger 8 dient dazu, Rechteckimpulse mit steilen Flanken von den Impulsen am .Ausgang des Differenzverstärkers zu erhalten. Das Bezugszeichen 9 bezeichnet den Ausgang des Initiators, der an den Eingang der die Signale auswertenden Vorrichtung angeschlossen ist.

Fig. 2 zeigt den Srkennungsgegenstand. Es bezeichnet 10 die Spule einer Induktivität, die einen teilweise offenen Magnetkreis aufweist; 11 bezeichnet eine Gleichrichter-Filter-Vorrichtung für die an den Anschlüssen der Spule abgenommene Spannung; 12 ist ein Multivibrator und 13 ein Transistor, mit dem die Spule in der Frequenz des Multivibrators kurzgeschlossen werden kann.

In Fig. 3j die die Vorrichtung zur Signalauswertung wiedergibt, bezeichnet 9 den Anschluß für den Eingang, 14 einen Leistungsverstärker, der die vom Annäherungsinitiator abgegebenen Signale aufnimmt, 15 einen Transformator, 16 ein Gleichrichter-Filter und 17 bzw. 18 je einen Ausgangsanschluß.

Die Vorrichtung nach der Erfindung arbeitet wie folgt:

Die Spule 2 des Oszillators 1 des Initiators hält in ihrer Umgebung ein hochfrequentes elektromagnetisches Feld aufrecht. Die Intensität des Feldes kann nur kurzzeitig gestört werden, da der Regler 5 es mit einer bestimmten Zeitkonstante wieder herstellt.

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Bringt man die Spule 10 des Erkennungsgegenstandec in das Feld ein, wird sie zum Ort einer wechselnden elektromotorischen Kraft, die nach Gleichrichtung und Filterung die Speisung des Multivibrators 12 erlaubt, der den Transistor

13 steuert, weIcher als Unterbrecher an den Anschlüssen der Spule 10 dient. Diese Anschlüsse sind also über eine hohe und eine tiefe Impedanz abwechselnd miteinander verbunder, was eine schnelle Änderung der Amplitude des Oszillators 1 des Initiators und damit in der Spule 3 "ur Folge he.t. Diese Änderungen werden im Gleichrichter-Verstärker 4 verstärkt und demoduliert, vom Differenzverstärker 7 differenziert und erneut verstärkt und durch den Trigger 8 in eine gleichmässige Form gebracht.

Durch den Anschluß 9 werden die so erhaltenen rechteckigen Impulse in einen Signalau'-verter eingeführt, wo der Verstärker

14 den Transformator 15 spBist. Die an den Klemmen des Transformators verfügbare Spannung wird gleichgerichtet und gefiltert und liegt an den Anschlüssen ^Λ1 und 18.

Aus der vorhergehenden Beschreibung folgt, daß die Anwesenheit des Gegenstandes nach Fig. 2 in der Mähe des Initiators nach Fig. 1 der alleinige und einzig mögliche Grund für das Auftreten von Rechteckimpulsen an dessen /usgang ist, wobei diese Rechteckimpulse ihrerseits der alleinige und einzig mögliche Grund für das Auftreten einer elektrischen Spannung zwischen den Klemmen 17 und 18 sind.

Alle Elemente der Anordnung arbeiten dynamisch. Die Beschädigung eines oder mehrer von ihnen zieht also unvermeidlich das Verschwinden des durch die Folge von Rechteckimpulsen gebildeten Sicherheitssignal nach sich und somit auch die Auslöschung der Spannung an den Klemmen 17 und 18. Die Verwendung eines Verstärkers 14 und eines Transformators 15,

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die auf die Frequenz eines Multivibrators abgestimmt sind, erlaubt die Beseitigung jeder Gefahr eines Eindringens einer Wechselspannung abweichender Frequenz, die möglicherweise im System vorhanden ist.

Die Vorrichtung nach der Erfindung kann überall dort verwendet werden, eine gefährliche Bewegung oder gefährlichen Bewegungsablauf zuzulassen, wo eine Erkennung der Lage in die strengen Sicherheitsbestimmungen eingreift.

Patentansprüche;

— Q _

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Claims (6)

1. Patentansprüche

   f 1J Induktiver Annäherungssicherheitsinitiator, bei dem das
   von ihm gelieferte elektrische Signal eine gefährliche Bewegung bei einer Maschine nur unter der alleinigen und einzigen Bedingung zulässt, daß das von ihm überwachte mechanische Teil
   sich mit Sicherheit in einer Stellung befindet, die eine gefahrlose Ausführung der Bewegung zulässt, gekennzeichnet durch einen induktiven Annäherungsinitiator, der in
   seiner Umgebung ein hochfrequentes elektromagnetisches Mittelfeld aufbaut; durch ein Erkennungsobjekt in Form einer Induktivität (10) mit teilweise offenem Magnetkreis und eines elektronischen, insbesondere einen Multivibrator (12) aufweisenden Kreises, wobei die in das hochfrequente Feld des Initiators eingebrachte Induktivität zum Ort einer elektromotorischen Kraft wird, die
   zur Speisung des Multivibrators (12) dient, der die Induktivität (10) mit einer bestimmten Frequenz kurz schließt und
   öffnet, was infolge der Änderung der Absorption der elektromagnetischen Energie der geöffneten oder geschlossenen Induktivität schnelle und signifikante Veränderungen derselben Frequenz in der Amplitude der Schwingung des Initiators nach sich zieht, der an seinem Ausgang ein aus einer Folge von Rechteckimpulsen
   derselben Frequenz bestehendes Sicherheitssignal liefert, und
   ferner gegebenenfalls gekennzeichnet durch
   eine Vorrichtung zur Auswertung des Sicherheitssignales solchen Aufbaues, daß sie an ihren Ausgang einen elektrischen Strom
   nur unter der einzigen Bedingung des Empfanges des Sicherheitssignales abgibt.
2. 2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Initiator einen Spannungsregler
   (5) mit relativ hoher Zeitkonstante aufweist, der die Ausgangsamplitude des Oszillators des Initiators und damit die Spannungen am Eingang des Initiators auf einen bestimmten vorgeregelten

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   Wert zurückführt und damit ein gutes Funktionieren der Vorrichtung im gesamten Empfindlichkeitsbereich des Initiators innerhalb der Toleranzwerte und unabhängig von Veränderungen der Umgebungstemperaturen und der Speisespannungen gewährleistet.
3. 3. Vorrichtung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet , daß der Annäherungsinitiator einen Gleichrichter-Verstärker (4) und einen Differenzverstärker (7) enthält, welche die schnellen Veränderungen der Eingangsspannung des Initiators und damit die Amplitude des Oszillators (1) vor dem Eingreifen des Reglers (5) wahrnehmen, Verstärken bzw. Differenzieren.
4. 4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Annäherungsinitiator außerdem einen Trigger (8) zur Bildung von Rechteckimpulsen mit steilen Flanken aus den vom Ausgang des Differenzverstärkers (7) ausgehenden Impulsen enthält.
5. 5. Vorrichtung nach Anspruch 1, 2, 3 und 4, dadurch gekennzeichnet, daß der elektronische Schaltkreis des Erkennungsgegenstandes neben dem Multivibrator (12) eine Gleichrichter-Filter-Vorrichtung für die an den Klemmen der Induktivität (10) aufgenommene Spannung und einen Transistor (13) aufweist, der ein Kurzschließen dieser Induktivität in der Frequenz des Multivibrators zulässt.
6. 6. Vorrichtung nach Anspruch 1, 2, 3, 4 und 5, dadurch gekennzeichnet , daß die das Sicherheitssignal auswertende Vorrichtung einen Leistungsverstärker (14) der vom Initiator kommende Signale aufnimmt, und einen Transformator (15) aufweist, der auf die Frequenz des Multivibrators (12) abgestimmt ist.

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