DE2744785B2

DE2744785B2 - Elektronischer Annäherungsschalter

Info

Publication number: DE2744785B2
Application number: DE2744785A
Authority: DE
Inventors: Robert 7995 Neukirch Buck; Gerd 4300 Essen Marhofer
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1977-10-05
Filing date: 1977-10-05
Publication date: 1981-05-21
Also published as: FR2405594A1; DE2744785A1; SE7809630L; IT7828446A0; JPS5461677A; IT1099239B; GB2005422A

Description

Die Erfindung betrifft einen elektronischen Annäherungsschalter, bestehend aus einem von außen kapazitiv beeinflußbaren Oszillator und aus einem von dem Oszillator, ggf. über einen Schaltverstärker steuerbaren elektronischen Schalter, z. B. einem Transistor, einem Thyristor oder einem Triac, wobei zu dem Oszillator eine kapazitiv wirkende Ansprechelektrode gehört und eine Änderung der Kapazität zwischen der Ansprenhelektrode und Masse den Schwingungseinsatz bzw. den Schwingungsabriß des Oszillators bewirkt und wobei mindestens eine der Ansprechelektrode zugeordnete

ίο Abschirmelektrode vorgesehen ist

Elektronische Annäherungsschalter der eingangs beschriebenen Art, sogenannte kapazitive Annäherungsschalter sind vielfach bekannt (vgl. die DE-OS 16 73 841 und 22 03 039 sowie die FR-PS 14 36 069). Bei den in Rede stehenden kapazitiven Annäherungsschaltern können der Oszillator, der ggf. vorgesehene Schalterverstärker und eine ggf. vorgesehene Speiseschaltung zur Erzeugung der Speiseschaltung für den Oszillator und ggf. Tür den Schaltverstärker verschieden ausgeführt sein. Im Rahmen der Erfindung kommt es darauf nicht an, so daß es sich erübrigt, insoweit auf Einzelheiten einzugehen.

Bei einer ersten bekannten Ausführungsform des eingangs beschriebenen elektronischen Annäherungs schalters (vgl. die FR-PS 14 36 069) ist die Abschirm elektrode an Massepotential angeschlossen. Einerseits wird dadurch zwar eine gute Abschirmung der Ansprechclektrode erreicht; nur eine Änderung der Kapazität zwischen der der Abschirmelektrode abge wandten Seite der Ansprechelektrode und Masse bewirkt den Schwingungseinsatz bzw. den Schwingungsabriß des Oszillators. Andererseits führt jedoch die an Massepotential angeschlossene Abschirmelektrode dazu, daß dieser kapazitive Annäherungsschalter relativ unempfindlich ist. Tatsächlich existiert bei dieser Ausführungsform des eingangs beschriebenen elektronischen Annäherungsschalters eine relativ große Kapazität zwischen der Ansprechelektrode und der die Ansprechelcktrode topfförmig umgebenden, an Masse potential angeschlossenen Abschirmelektrode. Dieser relativ großen Kapazität (zwischen der der Abschirm elektrode zugewandten Seite der Ansprechelektrode und der Abschirmelektrode) liegt die Kapazität (zwischen der der Abschirmelektrode abgewandten Seite der Ansprechelektrode und Masse) parallel, deren Änderung den Schwingungseinsatz bzw. den Schwingungsabriß des Oszillators bewirken soll. Folglich führen nur relativ große Änderungen der Kapazität zwischen der der Abschirmelektrode abgewandten

W Seite der Ansprechelektrode und Masse (im folgenden auch Ansprechkapazität genannt) zum Schwingungseinsatz bzw. Schwingungsabriß des Oszillators.

Bei einer anderen bekannten Ausführungsform des eingangs beschriebenen elektronischen Annäherungsschalters (vgl. die DE-OS Ib 73 841) soll die Abschirmelektrode mit ihrem elektrischen Feld um 180" phasenverschoben gegenüber dem elektrischen Feld der Ansprechelekirode in einem den Schwingungseinsatz dämpfenden Sinne an den Oszillator angeschlossen

bo sein. Dadurch soll erreicht worden sein, daß der Annäherungsschalter weitgehend unempfindlich gegen eine Änderung der Kapazität zwischen der Ansprechelektrode und der Abschirmelektrode ist. da diese Kapazität eine Gegenkopplung des Oszillators bewir-

b^r> ken soll, wodurch der Schwingungseinsai/ des ('s/illalors noch weiter unterdruckt werden soll.

Der Erfindung soll nun die Aufgabe zugrundeliegcn. den eingangs beschriebenen elektronischen Annähe-

rungsschalter so auszugestalten und weiterzubilden, daß die Abschirmelektrode einerseits ihre Funktion, die Ansprechelektrode vor ungewollten Beeinflussungen zu schützen, optimal erfüllt, andererseits aber weder die Ansprechempfindlichkeit des damit versehenen Annäherungsschalter negativ beeinflußt noch in anderer Weise sich negativ auswirkt

Der erfindungsgemäße elektronische Annäherungsschalter, bei dem die zuvor aufgezeigte Aufgabe gelöst ist, ist dadurch gekennzeichnet, daß die zeitliche Änderung der Potentialdifferenz zwischen der Ansprechelektrode und der Abschirmelektrode zumindest annähernd Null ist und dazu die Abschirmelektrode über einen Folgeverstärker an die Ansprechelektrode angeschlossen ist, — wobei die Abschirmelektrode an den Ausgang und die Ansprechelektrode an den Eingang des Folgeverstärkers angeschlossen sind.

Die Erfindung geht von der Überlegung aus, daß sich weder eine Änderung der Kapazität zwischen der Ansprechelektrode und der Abschirmelektrode noch eine Änderung der Kapazität zwischen der Abschirmclektrode und Masse auf den Schwingungseinsatz bzw. den Schwingungsabriß des Oszillators auswirken soll. Da nun Änderungen der Kapazität zwischen der Ansprechelektrode und der Abschirmelektrode sowie Änderungen der Kapazität zwischen der Abschirmelektrode und Masse nicht absolut ausgeschlossen werden können, wird erfindungsgemäß verhindert, d..:Q solche Kapazitätsänderungen sich auf den Schwingungseinsatz bzw. den Schwingungsabriß des Oszillators auswirken, nämlich dadurch, daß die zeitliche Änderung der Potentialdifferenz zwischen der Ansprechelektrode und der Abschirmelektrode, also du/dt, zumindest annähernd Null gehalten wird. Ist nämlich die zeitliche Änderung der Potentialdifferenz zwischen der Ansprechelektrode und der Abschirmelektrode Null, so kann auch zwischen der Ansprechelektrode und der Abschirmelektrode kein Verschiebungsstrom fließen, können also Änderungen der Kapazität zwischen der Ansprechelektrode und der Abschirmelektrode sowie Änderungen der Kapazität zwischen der Abschirmelektrode und Masse den Schwingungseinsatz bzw. den Schwingungsabriß des Oszillators des erfindungsgemäßen Annäherungsschalters nicht beeinflussen.

Selbstverständlich darf die Lehre der Erfindung, dafür zu sorgen, daß die zeitliche Änderung der Potentialdifferenz zwischen der Ansprechelektrode und der Abschirnielekirode zumindest annähernd Null ist, nicht dadurch realisiert werden, daß die Abschirmelektrode ohmisch, mehr oder weniger hochohmig, an die Ansprechelektrode angeschlossen wird.

Gleichwohl kann die Lehre der Erfindung dafür zu sorgen, daß die zeitliche Änderung der Potentialdifferenz /wischen der Ansprechelektrode und der Abschirmelektrode zumindest annähernd Null ist, dadurch realisiert werden, daß die Abschirmelektrode an die Ansprcchelektrode angeschlossen wird, und zwar über einen Folgeverstärker. Der Folgeverstärker muß so ausgelegt sein, daß einerseits das Potential der Abschirmelektrode dem Potential der Ansprechclektrode stets (nach Betrug und Phase) »folgt«, daß andererseits die Abschirinelcktrode von der Ansprechelektrode oh misch weitgehend entkoppelt ist. Fine »Belastung« der Absclurmelcktrode. /. B. durch eine Änderung der kapazität /vusdien der \bschirmelekirode und Masse, darf sich aiii die Aiisprechelcklrodc praktisch nicht auswirken. Diese Forderung fuhrt da/u, hei dem erfindungsgemaßen elektronischen Annäherungsschalter den zuvor erläuterten Folgeverstärker vorzugsweise rückwirkjngsfrei auszuführen, und zwar mit einem relativ großen Eingangswiderstand und einem relativ kleinen Ausgangswiderstand.
Weist bei dem erfindungsgeraäßen elektronischen Annäherungsschalter der Oszillator einen in Emitterschaltung betriebenen Verstärkertransistor und einen Emitterwiderstand auf, so kann die Ansprechelektrode, wie an sich bekannt an die Basis des Verstärkertransistors und die Abschirmelektrode an den Emitter des Verstärkertransistors angeschlossen sein, kann also der Verstärkertransistor des Oszillators zugleich die Funktion des Folgeverstärkers übernehmen. Wird dabei als Verstärkertransistor ein Feldeffekt-Transistor vorgesehen, so wird die zuvor erläuterte Forderung nach Rückwirkungsfreiheit großem Eingangswiderstand und kleinem Ausgangswiderstand besonders gut erfüllt. Gleichwohl kann, auch dann, wenn als Verstärkertransistor ein Feldeffekt-Transistor vorgesehen ist, die Abschirmelektrode über einen als Emitter-Folger betriebenen zweiten Verstärkertransistor an den Emitter des ersten Verstärkertransistors angeschlossen sein, — so daß die Abschirmelektrode noch stärker von der Ansprechelektrode entkoppelt ist

Schließlich kann, wie an sich bekannt, eine zweite Abschirmelektrode vorgesehen und an Massepotentia! angeschlossen sein. Diese zweite Abschirmelektrode kann die erste Abschirmelektrode topfförmig umgeben, sie kann zusätzlich aber auch die übrigen elektrischen Bauteile des Schaltgerätes zumindest teilweise vorzugsweise topfförmig umgeben. Bei diesem elektronischen Annäherungsschalter führt das Zusammenwirken zwischen der Ansprechelektrode, der ersten Abschirmelektrode und der zweiten Abschirmelektrode dazu, daß einerseits die Ansprechelektrode vor ungewollten Beeinflussungen optimal geschützt ist, daß andererseits die Ansprechempfindlichkeit des so aufgebauten Annäherungsschalters nicht reduziert ist, weil nämiich die Kapazität zwischen den beiden Abschirmelektroden nicht parallel zu der Kapazität zwischen der Ansprechelektrode und Masse liegt, und daß schließlich die Abschirmung der ersten Abschirmelektrode durch die zweite Abschirmelektrode wiederum dazu führt, daß ansonsten mögliche Änderungen der Kapazität zwisehen der ersten Abschirmelektrode und Masse ohne Auswirkungen bleibt. (Umgibt die zweite Abschirmelektrode auch die übrigen elektrischen Bauteile des Schaltgeräles teilweise oder ganz, so wird verhindert, daß sich äußere Einflüsse in diesem elektronischen

w Annäherungsschalter auswirken).

Im folgenden wird die Erfindung anhand einer lediglich ein Ausführungsbeispiel darstellenden Zeichnung ausführlicher erläutert; es zeigt

Fig. 1 das Blockschaltbild eines erfindungsgemaßen

^Γι5 elektronischen Annäherungsschalters und

F i g. 2 den Oszillator des Annäherungsschalter nach Fig. 1.

Der in Fig. 1 dargestellte elektronische Annäherungsschalter 1 arbeitet berührungslos, d. h. et spricht

«ι auf einen sich annähernden, in F i g. Ii nicht dargestellten Ansprechkörper an, und ist über einen Außenleiter 2 mil einem Pol 3 einer Spannungsquelle 4 und nur über einen weiteren Außenleiter 5 mit einem Anschluß h eines Verbrauchers 7 verbindbar, wobei der andere Anschluß

h5 8 des Verbrauchers 7 an den anderen Pol 9 der Spannungsqiicllc 4 angeschlossen ist. Mit anderen Worten ist der dargestellte elektronische Ann.iherurijjsschalter I über insgesamt nur zwei Außenleiter 2, >

einerseits an die Spannungsquelle 4 und andererseits an den Verbraucher 7 anschließbar.

In seinem grundsätzlichen Aufbau besteht der in Fig. 1 dargestellte elektronische, d.h. kontaktlose Annäherungsschalter 1 aus einem von außen, nämlich durch den nicht dargestellten Ansprechkörper, kapazitiv beeinflußbaren Oszillator 10, einem von dem Oszillator tO über einen Schaltverstärker 11 steuerbaren elektronischen Schalter 12, z. B. einem Transistor, einem Thyristor oder einem Triac, und aus einer Speiseschaltung 13 zur Erzeugung der Speisespannung für den Oszillator 10 und den Schaltverstärker 11. Im dargestellten Ausführungsbeispiel ist eingangsseitig noch eine Gleichrichterbrücke 14 vorgesehen, da die Spannungsquelle 4 Wechselspannung führt.

Wie die F i g. 2 zeigt, ist der Oszillator 10 ais flC-Oszillator ausgeführt, er weist nämlich einen Verstärkertransistor 15 und eine ohmisch-kapazitive Rückkopplungsschaltung 16 auf. Zu dem Oszillator 10 gehört weiter eine kapazitiv wirkende Ansprechelektrode 17. Eine Änderung der Kapazität zwischen der Ansprechelektrode 17 und Masse 18 bewirkt den Schwingungseinsatz bzw. den Schwingungsabriß des Oszillators 10. Schließlich ist eine die Ansprechelektrode 17 topfförmig umgebene Abschirmelektrode 19 vorgesehen.

Erfindungsgemäß ist nun dafür gesorgt, daß die zeitliche Änderung der Potentialdifferenz zwischen der Ansprechelektrode 17 und der Abschirmelektrode 19 zumindest annähernd Null ist. Dazu ist die Abschirmelektrode 19 über einen Folgeverstärker 20 an die Ansprechelektrode 17 angeschlossen. Der Folgeverstärker 20 ist rückwirkungsfrei ausgeführt und hat einen relativ großen Eingangswiderstand und einen relativ kleinen Ausgangswiderstand.

Im dargestellten Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen elektronischen, beiührungslos arbeitenden Annäherungsschalter 1, bei dem der Oszillator 10 einen in Emitterschaltung betriebenen Verstärkertransistor 15 und einen Emitterwiderstand 21 aufweist, sind die Ansprechelektrode 17 an die Basis 22 des Verstärkertransistors 15 und die Abschirmelektrode 19 an den

ίο Emitter 23 des Verstärkertransistors 15 angeschlossen. (Als Verstärkertransistor 15 ist ein »normaler« npn-Transistor vorgesehen, man könnte stattdessen jedoch auch einen Feldeffekt-Transistor verwenden). Im einzelnen ist die Abschirmelektrode 19 über einen als Emitter-Folger betriebenen zweiten Verstärkertransistor 24 an den Emitter 23 des ersten Versiärkertransistors 15 angeschlossen. Im dargestellten Ausführungsbeispiel besteht also der Folgeverstärker 20 aus dem (zum Oszillator 10 gehörenden) Verstärkertransistor 15 und dem zweiten, als Emitter-Folger betriebenen Verstärkertransistor 24.

Im übrigen zeigt F i g. 2 insoweit eine bevorzugte Ausführungsform des erfindungsgemäßen elektronischen, berührungslos arbeitenden Annäherungsschalters 1, als eine zweite Abschirmelektrode 25 vorgesehen und an Massepotential (Potential der Masse 18) angeschlossen ist. Die zweite Abschirmelektrode 19 topfförmig, — so wie die erste Abschirmelektrode 19 an die Ansprechelektrode 17 topfförmig umgibt. (Nicht

jo dargestellt ist, daß die zweite Abschirmelektrode 25 auch die übrigen elektrischen Bauteile des Schaltgerätes 1 zumindest teilweise vorzugsweise topfförmig umgeben kann).

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Elektronischer Annäherungsschalter, bestehend aus einem von außen kapazitiv beeinflußbaren Oszillator und aus einem von dem Oszillator, ggf. über einen Schaltverstärker steuerbaren elektronischen Schalter, τ. Β. einem Transistor, einem Thyristor oder einem Triac, wobei zu dem Oszillator eine kapazitiv wirkende Ansprechelektrode gehört und eine Änderung der Kapazität zwischen der Ansprechelektrode und Masse den Schwingungseinsatz bzw. den Schwingungsabriß des Oszillators bewirkt und wobei mindestens eine der Ansprechelektrode zugeordnete Abschirmelektrode vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, daß die zeitliche Änderung der Potentialdifferenz zwischen der Ansprechelektrode (17) und der Abschirmelektrode (19) zumindest annähernd Null ist und dazu die Abschirmelektrode (19) über einen Folgeverstärker (20) an die Ansprechelektrode (17) angeschlossen ist, — wobei die Abschirmelektrode (19) an den Ausgang und die Ansprechelektrode (17) an den Eingang des Folgeverstärkers (20) angeschlossen sind.

2. Elektronischer Annäherungsschalter nach Anspruch !,dadurch gekennzeichnet, daß der Folgeverstärker (20) rückwirkungsfrei ausgeführt ist und vorzugsweise einen relativ großen Eingangswiderstand und einen relativ kleinen Ausgangswiderstand hat.

3. Elektronischer Annäherungsschalter nach Anspruch 2, bei dem der Oszillator einen in Emitterschaltung betriebenen Verstärkertransistor und einen Emitterwiderstand aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß die Ansprechelektrode (17), wie an sich bekannt, an die Basis (22) des Verstärkertransistors (15) und die Abschirmelektrode (19) an den Emitter (23) des Verstärkertransistors (15) angeschlossen sind.

4. Elektronischer Annäherungsschalter nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß als Verstärkertransistor ein Feldeffekt-Transistor vorgesehen ist.

5. Elektronischer Annäherungsschalter nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Abschirmelektrode (19) über einen als Emitter-Folger betriebenen zweiten Verstärkertransistor (24) an den Emitter (23) des ersten Verstärkertransistors (15) angeschlossen ist.

6. Elektronischer Annäherungsschalter nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß, wie an sich bekannt, eine zweite Abschirmelektrode (25) vorgesehen und die zweite Abschirmelektrode (25) an Massepotential angeschlossen ist.

7. Elektronischer Annäherungsschalter nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Abschirmelektrode (25) die erste Abschirmelektrode (19) topfförmig umgibt.

8. Elektronischer Annäherungsschalter nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Abschirmelektrode auch die übrigen elektrischen Bauteile des Schaltgerätes zumindest teilweise topfförmig umgibt.