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Elektronisches, berührungslos wirkendes Schaltgerät
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Die Erfindung bezieht sich auf ein elektronisches, berührungslos wirkendes
Schaltgerät, bestehend aus einem Oszillator, einer dem Oszillator nachgeschalteten
Kippstufe, einer vom Oszillator ansteuerbaren Endstufe zum direkten Schalten einer
Last und einer Schaltungsanordnung zur optischen Anzeige des Betriebszustandes des
Schaltgerätes.
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Durch das DT-GM 73 10647.5 ist ein induktiver Schalter bekanntgeworden,
bei dem auf dem Schaltergehäuse für jedes in das Gehäuse eingebaute System eine
Leuchtdiode angeordnet ist. Durch eine derartige Ausbildung eines induktiven Schalters
ist es schon bei der Inbetriebnahme der jeweils mit diesem Schalter ausgerüsteten
Maschine möglich, zu erkennen, ob der für den Ablauf des betreffenden Vorganges
angeordnete induktive Schalter auch einwandfrei arbeitet, wodurch ein ggf. langes
Suchen nach einer Fehlerquelle ausgeschaltet wird. Im einzelnen wird vorgeschlagen,
eine Leuchtdiode am Außenumfang des Schaltergehauses anzuordnen, die bei einer Nichtbetätigung
des Schalters und gegebenenfalls auch
schon bei der Inbetriebnahme
der entsprechenden Maschine aufleuchtet. Leuchtet die Leuchtdiode nicht auf, so
ist entweder der Schalter noch nicht unter Spannung oder es ist ein Fehler im Schalter
vorhanden. Sollen mehrere Systeme in das Schaltergehäuse eingebaut werden, so ist
es auch möglich, für jedes System eine Leuchtdiode vorzusehen.
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Bei diesem bekannten induktiven Schalter ist keine Unterscheidung
der verschiedenen Betriebszustände dahingehend möglich, ob das Gerät unter Spannung
steht, ob das Gerät eingeschaltet ist oder ob ein Defekt im Gerät vorhanden ist.
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Dementsprechend besteht die Aufgabe der Erfindung darin, das elektronische,
berührungslos wirkende Schaltgerät der eingangs näher gekennzeichneten Art so auszubilden,
daß für jeden der vorstehend genannten Betriebszustände bzw.
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bei einem Defekt des Gerätes eine optische Anzeige erfolgt, wobei
diese optische Anzeige mit geringem Aufwand verwirklicht werden soll. Die Lösung
der Aufgabe besteht darin, daß wenigstens zwei mögliche Schaltzustände des Schaltgerätes,
z.B. Gerät steht unter Spannung oder Gerät ist eingeschaltet, mit einer gemeinsamen
verschiedenfarbiges Licht emittierenden Lumireszenzdiode oder dergl.,angezeigt werden.
Durch die erfindungsgemäße Ausbildung des Schaltgerätes ist bei jedem der genannten
Schaltzustände des Schaltgerätes eine optische Anzeige möglich. Die farbliche Kennzeichnung
der Schaltzustände kann z.B. so gewählt werden, daß die Lumineszenzdiode grün aufleuchtet,
wenn das Gerät unter Spannung steht und die Lumingzenzdiode rot aufleuchtet, wenn
das Gerät eingeschaltet ist.
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Lumireszenzdioden, die je nach Zusammensetzung des Halbleitermaterials,
der Zusammenschaltung der Halbleiterelemente und der Richtung des zu durchfließenden
elektrischen Stromes, Licht unterschiedlicher Wel lenlöngen aussenden,
sind
bekannt. Durch Mischen z.B. der Leuchtfarben rot und grün = gelb oder durch Anlegen
einer Wechselspannung an die Lumineszenzdiode bestimmten Typs, läßt sich eine dritte
optisch kennbare Funktion des Schaltgerätes anzeigen. Diese dritte Funktion kann
dazu verwendet werden, einen Defekt im Schaltgerät anzuzeigen.
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Durch das Einfügen einer derartigen Lumineszenzdiode in den elektrischen
Strom kreis des Schultgerätes lassen sich mit nur einem Anzeigeelement drei verschiedene
Zustände des Schaltgerätes optisch mit verschiedenfarbigem Licht anzeigen, wobei
das jeweilig ausgesandte Licht die gewollte Aussage über die elektronischen Zustande
innerhalb der Stromkreise der Näherungsschalter macht.
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Nach einer Weiterbildung der Erfindung wird die verschiedenfarbiges
Licht emittierende Lumineszenzdiode oderdergl. durch eine dem Oszillator bzw. der
Kippstufe nachgeschaltete Komplementörstufe angesteuert. In diesem Fall wird eine
antiparal lelgeschal tete Lumineszenzdiode verwendet. Je nach Betriebszustand des
Oszillators, d.h. bedämpft oder nicht bedämpft, fließt durch einen Teil der Komplementärstufe
über die in Flußrichtung geschaltete Lumineszenzdiodenstrecke ein Strom gegen Masse.
Das Aufleuchten der entsprechenden Lumineszenzdiodenstrecke, z.B. grün, kann dazu
benutzt werden, umanzuzeigen, daß am Ausgang des Oszillators bzw. der Kippstufe
das für den unbedämpften Naherungsschalter richtige positive Signal ansteht, daß
er betriebsbereit ist und die Betriebsspannung am Näherungsschalter anliegt.
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Ist der Oszillator nicht bedämpft oder bedämpft, fließt ein Strom
von Betriebsspannung über den anderen Zweig der Lumineszenzdiodenstrecke über den
anderen Teil der Komplementärstufe gegen Masse, so daß diese Lumineszenzdiodenstrecke
rot aufleuchtet. Das Aufleuchten der Farbe Rot signalisiert, daß das ange-
schlossene
Relais angezogen und der Oszillator bedämpft ist.
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Nach einer Weiterbildung der Erfindung wird die verschiedenfarbiges
Licht emittierende Lumineszenzdiode oderdergl. durch eine dem Oszillator bzw. der
Kippstufe nachgeschaltete Folgestufe angesteuert. Die Folgestufe besteht aus zwei
Transistoren, deren erster Transistor mit der Basis uber einen Widerstand dm Ausgang
des Oszillator bzw. am Ausgang der dem Oszillator nachgeschalteten Kippstufe liegt,
während die Basis des zweiten Transistors über eine Schwelle an den Kollektor des
ersten Tronsistors und über einen-Widerstand an die Treiberstufe des Endtransistors
angeschlossen ist. Die Emitter der Transistoren liegen jeweils getrennt an die Anodenanschlüsse
der Lumineszenzdiode, während der gemeinsame Kathodenanschluß an Masse liegt. Ist
z.-B. der Oszillator unbedämpft, fließt über die Kollektor-Emitter-Strecke des ersten
Transistors und Uber die entsprechende Lumineszenzdiodenstrecke ein Strom zur Masse.
ID. h., daß die Lumineszenzdiode z.B. grün aufleuchtet. Somit wird sichtbar angezeigt,
daß die Betriebsspannung vorhanden ist und daß das Ausgangssignal aus dem Oszillator
bzw. der Kippstufe z.B. L-Potenhal hat, das wiederum bedeutet, daß der Oszillator
schwingt.
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Im gedämpften Zustand des Oszi1lators ist der erste Transistor gesperrt
Ein Sperren des Transistors bedeutet, daß über seinernKollektor ein entsprechendes
hohes Potential ansteht. Dieses Potential reicht aus, um die Schwelle an der Basis
des zweiten Transistors zu überschreiten, so daß ein Stromfluß über die Kollektor-Emitter-Strecke
des zweiten Transistors und dem anderen Teil der Lumineszenzdiode fließen kann.
Die Lumineszenzdiode leuchtet z.B. rot auf.
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Rot bedeutet, der Oszillator ist bedämpft und die Last hat geschaltet.
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Nachfolgend sind anhand der Zeichnungen zwei Ausführungsbeispiele
der Erfindung näher erläutert.
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Es zeigen Fig. 1 die Schaltung eines berührungslos wirkenden Schaltgerätes,
mit einer Schaltungsanordnung zur optischen Anzeige des Betriebszustandes des Schaltgerätes,
bei dem die verschiedenfarbiges Licht emittierende Lumineszenzdiode mit einer Kom
pl ementärstufe angesteuert wird, Fig. 2 die Schaltung eines berührungslos wirkenden
Schaltgerätes, mit einer Schaltungsanordnung zur optischen Anzeige des Betriebszustandes
des Schaltgerätes, wobei die verschiedenfarbiges Licht emittierende Lumineszenzdiode
durch eine Folgestufe angesteuert wird.
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Das in den Figuren 1 und 2 der Zeichnung dargestellte elektronische,
berührungslos wirkende Schaltgerät weist einen generell mit 3 bezeichneten Oszillator
mit Kippstufe auf. Im ersten Ausführungsbeispiel liegt der Ausgang A des Oszillators
bzw. der Kippstufe über den Widerstand R 3 an die Basis des Eingangstransistors
T 1. Der Kollektor des Transistors T 1 liegt über den Widerstand R 2 an Betriebsspannung,
während der Emitter auf Masse liegt. An Punkt B, dem Kollektor des Transistors T
1, ist die Komplementärstufe, bestehend aus den Transistoren T 2 und T 3, angeschlossen.
Wie ansich bekannt, sind bei
einer Komplementärstufe die Basen
und die Emitter der beiden Transistoren miteinander verbunden.
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Die Lumineszenzdiode 4 ist eingangsseitig an den Verbindungspunkt
C der beiden Emitter der Transistoren T 2 und T 3 und ausgangsseitig an Punkt D
eines aus den Widerständen R 4, R5, der Zenerdiode D 1 und dem Widerstand R 6. Am
Verknüpfungspunkt E des Spannungsteilers ist die Basis des Treiber-Transistors T
4 angeschlossen, dessen Emitter an Masse liegt. Die Basis des Endstufentrnnsistors
T 4 liegt an Punkt F des Spannungsteilers, bestehend aus den Widerständen R 7, R
8, der einerseits am Kollektor des Treiber-Transistors T 4 und andererseits an Betriebsspannung
liegt. Der Widerstand R 9 bildet den Arbeitswiderstand des Endstufentransistors
T 5. Die Diode D 2 parallel zur Kollektor-Emitter-Strecke des Transistors T 5 dient
als Schutzdiode und die Diode D 3 in der Plusleitung als Verpolungsschutz.
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Der Ausgang G des Schaltgerätes !iegt am Kollektor des Endstufentransistors
T 5. Zwischen Punkt G und Masse ist die Last, z.B. ein Schaltschütz, angeschlossen.
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Die Funktionsweise der vorstehend beschriebenen Schaltungsanordnung
ist wie folgt Am Ausgang ( Punkt A ) der in Blockschaltbildform dargestellten Oszillator-und
Kippstufe 3 stellt sich bei unbedämpftem Oszillator, d.h., es befindet sich keine
Steuerfahne vor der aktiven Fläche des Näherungsschalters, eine gegen Minus bezogene
positive Spannung ein, die einen Strom durch den Widerstand R 3 und die Basis-Emitter-Strecke
des Transistors T 1 hervorruft. Dadurch wird der npn-Transistor T 1 leitend geschaltet
und die Basis des pnp-
Transistors T 3 mit Minus-Potenfial beaufschlagt,
so daß der Transistor T 3 ebenfulls leitend geschaltet ist. Das ruft einen Stromfluß
durch den Widerstand R 4, den in Flußrichtung liegenden Teil X der Lumineszenzdiodenstrecke
4 und der Kollektor-Emitter-Strecke des Transistors T 3 hervor. Dadurch leuchtet
die Lumineszenzdiode 4 in der Farbe Grün auf.
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Grün bedeutet, daß am Ausgang der Kippstufe das für den unbedämpften
Näherungsschalter richtige positive Signal ansteht, daß er betriebsbereit ist und
die Betriebsspannung am Schaltgerät anliegt.
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Der weitere Verlauf in der Endstufe zeigt, daß der Spannungsabfall
über den Teil X der Lumineszenzdiode 4 und der Kollektor-Emitter-Strecke von T 3
keinen Basisstrom in dem npn-Transistor T 4 hervorrufen kann, da die in der Basiszuleitung
liegende Zenerdiode D 1 in ihrer Zenerspannung nicht erreicht wird. Der Transistor
T 4 ist damit nicht leitend, ebenso der Transistor T 5, da in seiner Basis wegen
dem anstehenden positiven Potential kein Steuerstrom fließen kann. Das zwischen
Punkt G und Masse angeschlossene Relais bleibt stromlos. Zu erwähnen ist noch, daß
der npn-Transistor T 2 durch das am Verknüpfungspunkt B anstehende Potential gesperrt
ist.
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Bei einem durch eine Steuerfahne bedämpften Oszillator ergibt sich
am Punkt A Massepotential, das den Transistor T 1 sperrt. Die daraus folgende Spannung
über T 1 am Verknüpfungspunkt B ruft einen Basis-Emitter-Strom an Transistor T 2
hervor und schaltet ihn leitend. Der Transistor T 3 ist durch das Potential an Punkt
C gesperrt. Der leitende Transistor T 2 ermöglicht nun folgenden Stromfluß: Kollektor-Emitter-Strecke
von Transistor T 2, Teil Y der Lumineszenzdiode 4, Widerstand R 5, Zenerdiode D
1, Basis-Emitter-Strecke von
Transistor T 4 und Widerstand R 6.
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Durch diesen Stromfluß leuchtet Teil Y der Lumineszenzdiode 4 rot
auf und schaltet den Transistor T 4 leitend. Das bedeutet eine Veränderung des Basispotentials
von Transistor T 5 auf Minus, was ein Durchschalten des Transistors T 5 zur Folge
hat. Dadurch zieht das Relais an. Die Farbe Rot der Lumineszenzdiode 4 zeigt an,
daß das angeschlossene Relais angezogen und der Geber damit bedämpft ist. Das rote
Signal bedeutet ferner, daß bei unbedämpftem Geber ein Defekt in der Verbindungsleitung
zum Schaltgerät vorliegt.
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Bei dem in Fig. 2 der Zeichnung dargestellten Schaltgerät ist der
Oszillator bzw.
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die ihm angeschlossene Kippstufe 3 über den Widerstand R 1 mit der
Basis eines ersten, insgesamt aus zwei Transistoren T 1, T 2 bestehenden Folgestufe
verbunden. Der Kollektorstrom des Transistors T 1 wird durch den an den Kollektor
des Transistors T 1 angeschlossenen Widerstand R 2 und die Flußspannung des an den
Emitter des Transistors T 1 angeschlossenen Teil X der Lumineszenzdiode 5 bestimmt.
Der gemeinsame Kathodenanschluß der Lumineszenzdiode 5 liegt an Minus bzw Masse.
Die Anode des Teils Y der Lumineszenzdiode 5 ist mit dem Emitter des Transistors
T 2 verbunden, dessen Kollektor über den Widerstand R 4 mit der Betriebsspannung
verbunden ist.
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Die Basis liegt über den Widerstand R 3 an Masse.
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Die Basis des Transistors T 2 liegt am Verknupfungspunkt eines Spannungsteilers,
der aus der Diode D 2, dem Widerstand R 10 und dem Widerstand R 3 gebildet wird,
einerseits mit dem Widerstand R 3 an Masse, bzw. auf der anderen Seite mit der Kathode
der Zenerdiode D 2 an den Kollektor des Transistors T 1.
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An diesem Punkt ist ein weiterer Basisspannungsteiler,gebildet aus
dem Widerstand R 9 und dem Widerstand R 5, angeschlossen, der die Basis des Transistors
T 3
versorgt. Er liegt über seinem Widerstand R 5 auf Masse und
rnit dem Widerstand R 9 am Kollektor des Transistors T 1 und an der Kathode der
Diode D 2. Der Transistor T 3 liegt mit dem Emitter auf Masse, während sein Kollektor
über einen weiteren Spannungsteiler, gebildet aus den Widerständen R 7, R 6 mit
der Betriebsspannung verbunden ist. An den Spannungsteiler R 6, R 7 ist die Basis
des Endstufentransistors T 4 angeschlossen, der mit seinem Emitter an Betriebsspannung
und mit dem Kollektor über den Arbeitswiderstand R 8 an Masse liegt.
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An den Kollektor des Transistors T 4 liegt der mit G bezeichnete Ausgang
des Schaltgerätes. Zwischen Punkt G und Minus läßt sich die Last, z.B. ein Schaltschütz,
anschließen. Zu erwähnen ist noch, daß wie bei dem ersten Ausführungsbeispiel eine
Schutzdiode D 3 und eine Diode D 4 als Verpolungsschutz vorgesehen sind.
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Die Wirkungsweise der Schaltungsanordnung nach Fig. 2 der Zeichnung
ist wie folgt Wie auch beim ersten Ausführungsbeispiel ist die Ansteuerung der Lumineszenz
diode 5 abhängig vom Zustand der Kippstufe am Ausgang des Oszillators 3.
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Wenn davon ausgegangen wird, daß der Oszillator unbedämpft ist, also
keine Steuerfahne im Bereich der aktiven Zone vorhanden ist, hat die Kippstufe am
Ausgang A ein auf Minus bezogenes L-Signal. Es fließt über den Widerstand R 1 in
die Basis des Transistors T 1 ein Strom, durch den der Transistor T 1 leitend geschaltet
wird, so daß ein Stromfluß zustande kommt über den Widerstand R 2, über die Kollektor-Emitter-Strecke
des Transistors T 1 und über den Teil X der Lumineszenzdiode 5 zur Masse. Das bedeutet,
daß die Lumineszenzdiode 5 grün aufleuchtet.
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der Transistor T 1, fällt die Kollektorspannung des Transistors auf
ein
bestimmtes Potential ab und zwar auf ein Potential, das durch
die Kollektor-Emitter-Spannung des Transistors T 1 und die Flußspannung des Teils
X der Lumineszenzdiode 5 bestimmt wird. Mit der eingebauten Schwelle der Zenerdiode
D 2 wird verhindert, daß ein Basisstrom in den Transistor T 2 fließt.
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Er bleibt gesperrt. Damit sind auch die nachfolgenden Transistoren
T 3 und T 4 gesperrt, so daß einezwischen Ausgang G und Minus angeschlossene Last,
z.B.
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ein Relais, nicht erregt ist.
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Die Farbe Grün der Lumineszenzdiode 5 zeigt also an, daß die Betriebsspannung
vorhanden ist und daß das Ausgangssignal des Oszillators bzw. der nachfolgenden
Kippstufe L-Potential aufweist, das wiederum bedeutet, daß der Oszillator schwingt.
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Ist der Oszillator 3 bedämpft, steht am Ausgang der ihm nachgeschalteten
Kippstufe im Gegensatz zum unbedämpften Oszillator O-Signal. Damit fließt kein Basisstrom
über den Widerstand R 1 in den Transistor T 1, so daß dieser gesperrt ist. In diesem
Fall kann kein Strom in den Teil X der Lumineszenzdiode 5 fließen. Ein Sperren des
Transistors T 1 bedeutet ferner, daß an seinem Kollektor ein hohes L-Potential steht.
Diese hohe Spannung reicht aus, die Zenerspannung der Diode D 2 zu überschreiten,
so daß ein Zenerstrom über den Widerstand R 10 in die Basis des Transistors T 2
fließt und diesen leitend schaltet. Es kommt ein Stromfluß über den Widerstand R
4, der Kol lektor-Emitter-Strecke des Transistors T 2 und dem Teil Y der Lumineszenzdiode
5 zustande.
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Das bedeutet, daß der Teil Y der Lumineszenzdiode rot aufleuchtet.
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Ferner wird der Transistor T 3 leitend, da die über den Kollektor
des Transistors T 1 anstehende hohe Spannung den entsprechend ausgelegten Basis-Spannungsteiler
R 9, R 5 versorgen kann, so daß ein Basisstrom in den Transistor T 3 fließt.
Ein
Leitendschalten des Transistors T 3 hat ebenfalls ein Schließen des Transistors
T 4 zur Folge, so daß das zwischen Punkt G und Minus angeschlossene Relais anzieht.
Damit zeigt die Farbe Rot der Lumineszenzdiode 5 an, daß der Oszillator 3 bedämpft
ist und die Last geschaltet hat.
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L e e r s e i t e