DE3139042A1

DE3139042A1 - Induktiver naeherungsschalter

Info

Publication number: DE3139042A1
Application number: DE19813139042
Authority: DE
Inventors: Des Erfinders Auf Nennung Verzicht
Original assignee: MAECKER ELAN SCHALTELEMENTE
Current assignee: MAECKER ELAN SCHALTELEMENTE
Priority date: 1981-10-01
Filing date: 1981-10-01
Publication date: 1983-04-21
Also published as: JPS5864827A

Description

Induktiver Näherungsschalter
Die Erfindung betrifft einen induktiven Näherungsschalter mit den Merkmalen des Oberbegrif.fs des Anspruchs 1. Derartige bekannte Schalter werden zum Steuern einer Last, z.
B. eines Relais, einer Lampe oder eines Ventils eingesetzt.
Dabei müssen Hauptlastströme von 5 Milliampere bis zu mehreren Hundert Milliampere über den Verbraucher und damit auch über den Schalter fließen können. Der Hauptlaststrom fließt dabei auch über die Z-Diode, die demnach für eine derart hohe Stromaufnahme ausgelegt sein muß. Eine solche Diode ist dann aber nicht mehr in der Lage, die Betriebsspannung am Oszillator konstant auf den erforderlichen Wert im Bereich ihrer Sollspannung von z. B. 3 Volt zu halten, wenn der Schalter in geöffnetem Zustand nur einen kleinen Reststrom führt. Ferner haben bei den bekannten Schaltern Erfassungs- und Schaltelement, die aus einer großen Anzahl Bauelementen bestehen, eine große Stromaufnahme und sind deshalb nicht mehr einsetzbar, weil manche Relais schon bei Restströmen in der Größenordnung von 1,9 Milliampere nicht mehr abfallen. Es sind zwar auch schon in Näherungsschaltern integrierte Schaltungen bekannt.
Diese enthalten aber bis zu 40 Transistoren und sind daher nicht für so geringen Stromverbrauch ausgelegt.
Aufgabe der Erfindung ist es daher, einen Näherungsschalter zu schaffen, der einen Reststromverbrauch von höchstens 1,8 Milliampere von Oszillator und Schaltelement aufweist, so daß ein unzeitgemäßes Ansprechen des Verbrauchers mit Sicherheit vermieden wird. Außerdem soll der Schalter, insbesondere der Oszillator, aus einer geringen Anzahl von Bauelementen, insbesondere Transistoren, aufgebaut sein.
Die zur Lösung der gestellten Aufgabe wesentlichen Merkmale der ErEindung sind im Patentanspruch 1 genannt. Die Unteransprüche nennen Ausführungsarten der Erfindung.
Während bei bekannten Schaltern die Leuchtdiode in der Zuleitung vor dem Halbleiterschalter angeordnet ist, so daß sie den nicht durchgeschalteten Zustand des Schalters anzeigt, ist durch die Anordnung nach Anspruch 2 erreicht, daß die Leuchtdiode den leitenden Zustand des Halb leiterschalters anzeigt.
Durch die Maßnahme nach Anspruch 3 wird die maximale Stromaufnahme der Schaltung unter dem zulässigen Wert von 1,8 Milliampere gehalten.
Die Zeichnung zeigt die Schaltung einer Ausführungsform des neuen Schalters als Schließer, An dem Versorgungsnetz 1 von z. B. 220 Volt Wechselspannung liegt in Reihe zu einer zu steuernden Last 2, z. B.einem Relais, einer Lampe oder einem Ventil, der induktive Näherungsschalter.
Dieser enthält zwischen der Zu- und Rückleitung einen Widerstand 3 (VDR-Widerstand)welcher bei Störungen Überspannungsspitzen begrenzt. Ferner enthält er einen Gleichrichter 4, durch den erreicht wird, daß die übrige Schaltung nur für eine Polarität: ausgelegt werden muß.
Das Erfassungselement ist ein an sich bekannter Oszillator 8 mit dem Kondensator 20 und den Schwingspulen 19. Das Wechselfeld der Spulen 19 wird bei Annäherung der metallischen, elektrisch leitenden Fläche 18 so beeinflußt, daß bei Erreichen eines vorbestimmten Schwellwertes des Leistungsverlustes die Schwingung schlagartig aufhört.Der Ausgangstransistor 8b geht dadurch in den gesperrten Zustand. Danach erhält die Steuerelektrode am Halbleiterschalter 5 des Schaltelements ihre Spannung über den Widerstand 6 und wird dadurch gezündet.
Das Schaltelement besteht aus dem Halbleiterschalter 5, z. b. einem Thyristor, dessen Steuerelektrode einerseits über den Widerstand 6 mit der Stromzuleitung 21 verbunden ist und andererseits über den Oszillator-Ausgangstransistor 8b mit dem Oszillator 8 und mit der Stromrückleitung 22 zum Gleichrichter 4 und zum Netz 1 verbindbar ist.
Dem Halbleiterschalter 5 ist erfindungsgemäß der Leistungstransistor 13 nachgeschaltet. Weiterhin liegen die Z-Diode 11, die für minimalen Stromdurchgang ausgelegt ist, und der Ansteuerungstransistor 12 zwischen dem Halbleiterschalter 5 und der Rückleitung 22. Dem Oszillator 8 ist ein Widerstand 7 vorgeschaltet.
In einer Parallelleitung zum Oszillator 8 liegt die Leuchtdiode 10 zwischen einem Widerstand 14 und einem Transistor 9, dessen Basis über den Widerstand 15 und den Widerstand 6 mit der Zuleitung 21 sowie zeitweilig über den Ausgangstransistor 8b mit der Rückleitung 22 in Verbindung steht. Mit 1.6 ist ein weiterer Widerstand zwischen Transistor 9 und Rückleitung 22 und mit 17 ein Glättungskondensator zwischen Oszillator-Ausgangstransistor 8b und der Rückleitung 22 bezeichnet.
Die Wirkungsweise des neuen Schalters ist folgende: In dem in der Zeichnung dargestellten durchgeschalteten Schaltzustand fließt der Hauptlaststrom von bis zu mehreren Hundert Milliampere über die zu steuernde Last 2, den Gleichrichter 4, die Zuleitung 21, den HaLbleiterschalter 5, den Leistungstransistor 13 und dann durch die Rückleitung 22 wieder zu dem Gleichrichter 4 und zurück zum. Versorgungsnetz 1. Weitere wesentlich geringere Teilströme fließen auch durch die parallelen Stromzweige, wie z. B. den Oszillator 8, ferner durch den Widerstand 6 zur Steuerelektrode des Halbleiterschalters 5 sowie zur Basis des Transistors 9. Weitere Teilströme fließen durch die Leuchtdiode 10 und schließlich durch die Z-Diode 11 und durch den Ansteuerungstransistor 12.
Im nicht durchgeschalteten Zustand fließen nur Ströme, deren Höhe durch die Widerstdnde 6 und 7 begrenzt wird. Der Halbleiterschalter 5 ist gesperrt, da der gesamte Steuerstrom durch den Transistor 8b des Oszillators 8 abfließt. Auch die Leuchtdiode 10 führt keinen Strom, da der Transistor 9 dadurch gesperrt ist, daß seine Basis ebenfalls über den Transistor 8b mit der Rückleitung 22 verbunden ist. Der Teilstrom durch den Widerstand 7 verzweigt sich durch den Oszillator 8 und durch die aus den Bauelementen 11, 12 und 13 gebildete Stabilisierungsschaltung.
Die Stabilisierung, d. h. das Konstanthalten der Betriebsspannung des Oszillators auf einem vorbestimmten niedrigen Wert von ca. 3 Volt in beiden Schaltstellungen wird folgendermaßen erreicht: Sobald sich dio Spannung am Oszillator 8 über einen vorbestimmten Wert geringfügig erhöht, wird die Diode 11 stärker leitend und macht dadurch den Ansteuerungstransistor 12 und dieser wiederum den Leistungstransistor 13 leitender, so daß ein größerer Strom über den Leistungstransistor 13 in die Rückleitung 22 flieht und dadurch die am Oszillator 8 liegende Spannung wieder auf den vorbestimmten Wert herabgesenkt wird.
Durch diese Spannungskonstanz wird erreicht, daß der Oszillator sehr einfach mit wenigen Bauteilen aufgebaut sein kann. Sein Stromverbrauch> einschließlich des Stromverbrauchs des Schaltelements, ist somit im nicht durchge-Bchalteten Schaltzustand durch die Widerstände 6 7 auf höchstens 1,8 Milliampere begrenzet.
Der technische Fortschritt gegenüber bekannten Schaltungen mit Leistungs-Z-Dioden ist im besonderen C.arin zu sehen, daß hier eine Stabilisierungsschaltung eingesetzt ist, die auch bei extremer Veränderung des durchfließenden Stromes von ca. 100 Mikroampere bis zu 500 Milliampere - je nach Schaltzustand - auch bei kleineren Spannungen von z. B. 4 Volt noch eine hohe Spannungskonstanz für den Oszillator liefert und dieser somit sehr einfach aufgebaut werden kann. Hierdurch ist die geringe Stromaufnahme erreichbar.
Bezugszeichenliste: 1 Versorgungsnetz 2 Verbrazcger 3 Widerstand (FDR-Widerstand) 4 Gleichrichter 5 Halbleiterschalter 6 Widerstand 7 Widerstand 8 Oszillator 8a Ausgangstransistor als Öffner 8b Ausgangstransistor als Schließer 9 Transistor 10 Leuchtdiode 11 Z-Diode 12 Transistor 13 Leistungstransistor 14 Widerstand 15 Widerstand 16 Widerstand 17 Kondensator 18 elektrisch leitende Fläche 19 Schwingspule 20 Kondensator 21 Zuleitung 22 Rückleitung L e e r s e i t e

Claims

P a t e n t a n s p r ü c h e Induktiver Näherungsschalter mit zwei Anschlüssen für Wechselspannung und mit einem Oszillator als Erfassungselement mit einem Ausgangstransistor enteder als Schließer oder als Öffner in Reihenschaltung mit einem Gleichrichter und mit der zu steuernden Last, wobei der Oszillator einen Halbleiterschalter in einem Schaltelement im Sinne des Öffnen-s bzw. des Schließens des Stromkreises der Last ansteuert, sobald der Leistungsverlust bei Annäherung einer metallischen, elektrisch leitenden Fläche an den Oszillator infolge Dämpfung seines magnetischen Wechselfeldes einen vorbestimmten Schwellwert erreicht, und wobei eine Z-Diode in Reihe mit dem Halbleiterschalter und der Last die Betriebsspannung am Oszillator im durchgeschalteten und im nicht durchgeschalteten Schaltzustand des Halbleiterscfialters konstant hält, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß eine nur minimal, z. B. bis 10 Milliampere, belastbare Z-Diode(ll) eingesetzt ist und daß zwischen Halbleiterschalter (5) und Gleichrichter (4) mindestens ein Leistungstransistor (13) und mindestens ein Ansteuerungstransistor (12) zum Konstanthalten der Betriebsspannung am Oszillator (8) unabhängig von der Höhe des Laststromes eingesetzt sind.
2. Schalter nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n nz e i c h n e t, daß eine Leuchtdiode (10) zur Anzeige des leitenden Zustandes des Halbleiterschalters (5) mit Hilfe eines Transistors (9) und eines Spannungsteilers (6, 15, 16) vom Oszillator (8) zugleich mit dem Zünden des Halbleiterschalters (5) eingeschaltet wird.
3. Schalter nach einem der Ansprüche 1 oder 2, d a -d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß seine maximale Stromaufnahme in geöffnetem Schaltzustand mittels zweier Widerstände (6, 7) beste bar ist.