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Die Auswertung der Zustandsänderung des HF-Oszillators kann auf verschiedene
Arten durchgeführt werden. Die HF-Schwingung des Oszillators kann induktiv oder
kapazitiv ausgekoppelt werden. Es kann die Amplitudenänderung dieser HF-Schwingung
zur Auslösung eines Schaltsignals verwendet werden. In diesem Fall sind im allgemeinen
zwischen dem
Oszillator und dem Verstärker mindestens drei Verbindungsleitungen
erforderlich. Es dienen nämlich zwei Leitungen zur Speisung des Oszillators und
eine weitere Leitung als Signalleitung. Wird jedoch der HF-Oszillator als Sperrschwinger
ausgebildet, so nimmt der Oszillator entweder mehr oder weniger Strom auf, und zwar
in Abhängigkeit davon, ob er im ungedämpften oder im gedämpften Zustand ist. Die
unterschiedliche Stromaufnahme kann in einem nachgeschalteten elektronischen Verstärker
zur Auslösung des Schaltsignals verwendet werden. In diesem Falle sind zwischen
dem Oszillator und dem Verstärker nur zwei Verbindungsleitungen erforderlich. Diese
Anordnung ist besonders dann vorteilhaft, wenn der Oszillator und der elektronische
Verstärker zwei getrennte Baueinheiten bilden, die räumlich getrennt voneinander
angeordnet sind.
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Es ist unvermeidbar, daß beim Ausfall eines Bauelementes im HF-Oszillator
die HF-Schwingung aussetzt. Ist der HF-Oszillator in Sperrschwingerschaltung ausgeführt,
so kann in Abhängigkeit von der Art des Defektes eines Bauelements (Kurzschluß oder
Unterbrechung) im Fehlerfall eine hohe oder eine niedrige Stromaufnahme vorliegen.
In jedem Fall wird durch einen solchen Fehler entweder der ungedämpfte oder der
gedämpfte Zustand vorgetäuscht Auch beim Ausfall eines Bauelementes im nachgeschalteten
elektronischen Verstärker kann sich je nach der Art des Defektes am Ausgang entweder
der leitende oder der sperrende Zustand einstellen.
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Derartige Näherungsschalter, wie sie oben beschrieben wurden, sind
nicht frei von Nachteilen. Ist ein solcher elektronischer Näherungsschalter in einer
Anlage eingebaut, so ist nicht zuverlässig festzustellen, ob der momentan vorliegende
Zustand des Oszillators auf eine betriebsbedingte Dämpfung des Oszillators zurückzuführen
ist oder ob dieser Zustand durch einen Fehler innerhalb der gesamten Einrichtung
hervorgerufen wurde. Gemäß den obigen Erläuterungen könnte ein solcher Fehler im
Oszillator oder im Verstärker vorliegen. Es ist nur durch umfangreiche Maßnahmen
feststellbar, ob der elektronische Näherungsschalter seine Funktion erfüllen kann
oder ob ein Fehler vorliegt.
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Es müßte zur Überprüfung die Dämpfungsfahne von dem Oszillator entfernt
und anschließend wieder an den Oszillator angenähert werden, oder es mäßte der elektronische
Näherungsschalter ausgebaut und überprüft werden. Es ist nämlich im eingebauten
Zustand eine zuverlässige und vollständige Kontrolle der Betriebsbereitschaft und
damit der sogenannten »Verfügbarkeit« des Näherungsschalters praktisch nicht durchführbar.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Schaltungsanordnung
der eingangs näher genannten Art zu schaffen, bei welcher unabhängig von dem momentanen
Betriebszustand des Näherungsschalters, d.h. unabhängig davon, ob sein Oszillator
gedämpft oder ungedämpft ist, seine gesamte ordnungsgemäße Funktion und somit seine
»Verfügbarkeit« abgefragt werden kann.
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Zur Lösung dieser Aufgabe sieht die Erfindung vor, daß an dem Näherungsschalter
wenigstens ein Prüfanschluß vorgesehen ist, daß eine Prüfeinrichtung vorhanden ist,
welche, angesteuert über den Prüfanschluß, wenigstens ein Prüfsignal an den Näherungsschalter
liefert, welches derart beschaffen ist, daß der gegebenenfalls ungedämpfte Oszillator
gedämpft und/ oder der gegebenenfalls gedämpfte Oszillator entdämpft wird, und daß
durch Auswertung der Änderung des Ausgangssignals des Näherungsschalters seine Verfügbarkeit
festzustellen ist.
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Gemäß der Erfindung ist der wesentliche Vorteil erreichbar, daß bei
jedem Prüfvorgang festgestellt werden kann, ob sämtliche Funktionsteile eines Näherungsschalters
ordnungsgemäß arbeiten, und zwar einschließlich derjenigen Funktionsteile, die für
die Durchführung des Prüfvorganges selbst erforderlich sind. Ein solches System
kann deshalb auch als nahezu »fehlersicher« angesprochen werden, wenn die Prüfeinrichtung
in die Betrachtung einbezogen wird, könnte jedoch als vollständig fehlersicher bezeichnet
werden, wenn nur der Näherungsschalter betrachtet wird.
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Vorzugsweise kann vorgesehen sein, daß durch die Prüfeinrichtung
unabhängig von dem jeweiligen momentanen Zustand des Oszillators nacheinander zwei
verschiedenartige Prufsignale lieferbar sind, von denen das eine den Oszillator
in den gedämpften und das andere den Oszillator in den ungedämpften Zustand bringt.
Auf diese Weise kann unabhängig von dem jeweiligen momentanen Zustand des Oszillators
im Näherungsschalter festgestellt werden, ob sämtliche Funktionsteile einwandfrei
arbeiten. Da der Oszillator sich nämlich stets nur in einem von zwei definierten
Zuständen befinden kann, nämlich entweder im gedämpften oder im ungedämpften Zustand,
-muß nämlich logischerweise das eine der beiden Prüfsignale eine erkennbare Zustandsänderung
herbeiführen, während hingegen das andere Prüfsignal, welches nämlich den bereits
vorhandenen Oszillatorzustand herbeiführen möchte, ohne Reaktion bleiben muß.
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Eine besonders vorteilhafte Ausführungsform des Erfindungsgegenstandes
ergibt sich dadurch, daß durch die Prüfeinrichtung vor der Abgabe eines Prüfsignals
zunächst der momentane Zustand des Oszillators ermittelt wird und daß in Abhängigkeit
von dem ermittelten Oszillatorzustand dasjenige Prüfsignal an den Näherungsschalter
angelegt wird, welches den momentanen Oszillatorzustand umkehrt Bei dieser Prüfmethode
ergibt sich eine verhältnismäßig einfach aufgebaute Schaltung. Gleichwohl kann auf
diese Weise die ordnungsgemäße Funktion sämtlicher Bauteile des Näherungsschalters
überprüft werden.
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Eine besonders bevorzugte und gerätetechnisch einfache Ausführungsform
des Erfindungsgegenstandes sieht weiterhin vor, daß der Oszillatorstrom und/oder
die Oszillatorspannung als Kriterium für den momentanen Oszillatorzustand dienen.
In einer alternativen Ausführungsform kann auch vorgesehen sein, daß die Hochfrequenzschwingung
des Oszillators als Kriterium für den momentanen Oszillatorzustand dient Weiterhin
ist die Anordnung vorzugsweise derart getroffen, daß eine Umschalteinrichtung vorgesehen
ist, über welche dem Oszillator das jeweils vorgegebene Prüfsignal zuführbar ist,
wobei die Umschalteinrichtung als elektromechanisches Relais oder auch als elektronische
Schaltung ausgebildet sein kann.
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Weiterhin kann vorzugsweise vorgesehen sein, daß die Umschalteinrichtung
und/oder jeder Prüfkanal mit einem Verzögerungskondensator beschaltet ist. Auf diese
Weise kann unter anderem verhindert werden, daß bei Spannungseinstreuungen in die
Verbindungsleitung zwischen Oszillator und Verstärker ungewollt ein Prüfvorgang
eingeleitet wird. Weiterhin kann vorgesehen sein, daß nur ein Prüfkanal zur Dämpfung
des Oszillators vorhanden ist oder nur ein Prüfkanal, mit dem der Oszillator zum
Anschwingen gebracht werden kann. Es kann auch vorgesehen sein, daß beide
Prüfkanäle
vorhanden sind, jedoch wahlweise über zwei getrennte Prüfleitungen angesteuert werden
können. In diesem Fall sind zwei Prüfanschlüsse vorzusehen.
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Die oben beschriebenen Prüfvorgänge werden vorzugsweise dann angewandt,
wenn ein elektronischer Näherungsschalter zu Beginn einer Arbeitsphase einer größeren
Anlage überprüft werden soll. Natürlich kann die Anordnung auch derart getroffen
sein, daß zugleich eine größere Anzahl und gegebenenfalls sämtliche Näherungsschalter
in einer Anlage zugleich überprüft werden. Es kann beispielsweise ein zentraler
Drucktaster für beliebig viele Näherungsschalter verwendet werden, indem über entsprechende
Meldeleitungen und Entkopplungsdioden ein entsprechendes Prüfnetzwerk verwendet
wird.
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Wenn eine Überprüfung von Näherungsschaltern während des Betriebes
einer Industrieanlage durchgeführt werden soll, ist vorzugsweise vorgesehen, daß
zur Ansteuerung des Prüfanschlusses eine monostabile Stufe verwendet wird, durch
welche ein kurzzeitiger Prüfimpuls an den Näherungsschalter geliefert wird. Mit
einer derartigen Anordnung kann jederzeit und mit beliebiger Häufigkeit eine Überprüfung
der Verfügbarkeit sämtlicher Näherungsschalter in einer Anlage durchgeführt werden.
Anstatt eines von Hand betätigbaren Drucktasters könnte auch eine automatische Überprüfung
durchgeführt werden, die beispielsweise mit Hilfe einer Schaltuhr gesteuert wird.
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Insgesamt ergibt sich gemäß der Erfindung der erhebliche Vorteil,
grundsätzlich in beliebigen Anwendungsfällen bei entsprechendem Bedarf jederzeit
problemlos, schnell und zuverlässig überprüfen zu können, ob die eingesetzten Näherungsschalter
einwandfrei funktionieren und somit zur Übernahme der ihnen zugewiesenen Aufgabe
»verfügbar« sind.
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Die Erfindung wird nachfolgend beispielsweise anhand der Zeichnung
beschrieben; in dieser zeigt F i g. 1 eine Schaltungsanordnung zur Überprüfung eines
Näherungsschalters, bei welcher zur Kontrolle der Verfügbarkeit des elektronischen
Näherungsschalters drei Leitungen zwischen dem HF-Oszillator und dem elektronischen
Verstärker vorhanden sind, F i g. 2 eine alternative Ausführungsform der in der
F i g. 1 dargestellten Schaltungsanordnung, bei welcher nur zwei Leitungen zwischen
dem HF-Oszillator und dem elektronischen Verstärker vorhanden sind, und F i g. 3
ein Blockschema einer Schaltungsanordnung, welche insbesondere dazu geeignet ist,
während einer Arbeitsphase eines Näherungsschalters mit beliebiger Häufigkeit eine
Prüfung der Betriebsbereitschaft des Näherungsschalters durchzuführen.
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In der F i g. 1 ist schematisch der prinzipielle Aufbau eines elektronischen
Näherungsschalters mit einer Verfügbarkeitskontrolle dargestellt. Der elektronische
Näherungsschalter nach der F i g. 1 enthält -einen Transistor-Oszillator, einen
dem Transistor-Oszillator nachgeschalteten Verstärker und einer Prüfeinrichtung
mit Prüfleitungen.
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Der Verstärker ist als pnp-Transistor 4 dargestellt.
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Natürlich sind auch andere Verstärker mit allen technischen Zusatzeinrichtungen,
die dem jeweiligen Stand der Technik entsprechen, verwendbar, ohne den Rahmen der
Erfindung zu verlassen.
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In der F i g. 1 ist der Oszillator in der Schaltung eines Sperrschwingers
dargestellt, d. h. der ungedämpfte Oszillator hat eine hohe Stromaufnahme, während
hingegen der gedämpfte Oszillator eine geringe Stromaufnahme aufweist.
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Wenn sich ein als Metallfahne 1 ausgebildetes Betätigungselement
im HF-Feld einer Oszillatorspule 2 befindet, so ist der Oszillator gedämpft. Es
liegt dann eine kleine Stromaufnahme vor. Eine als Relais 3 dargestellte Umschalteinrichtung
ist dann nicht erregt.
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Weiterhin ist ein Transistor 4 im nachgeschalteten Verstärker gesperrt,
da der Spannungsabfall an einem Widerstand 5 so gering ist, daß der Transistor 4
nicht durchgeschaltet sein kann. Wird in diesem Zustand über einen Drucktaster 6
an eine Prüfleitung 7 Spannung angelegt, schaltet ein Transistor 8 durch und verändert
den Zustand des HF-Oszillators derart, daß ein Anschwingen des Oszillators erfolgt.
Dies geschieht in der Form, daß einem Widerstand 9, mit welchem die obere Grenze
des Ansprechbereiches einstellbar ist, ein weiterer Widerstand 10 parallel geschaltet
wird und damit die obere Grenze des Ansprechbereiches so weit zurückgenommen wird,
daß die Metallfahne 1 nicht mehr im Ansprechbereich sein kann.
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Schwingt der Oszillator an, wird die Stromaufnahme groß. Über den
Spannungsabfall am Widerstand 5 wird der Transistor 4 durchgeschaltet. An einer
Last 11 tritt dann eine Spannung auf.
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Sobald der HF-Oszillator einen hohen Strom aufnimmt, wird auch das
Relais 3 seinen Zustand ändern, und es wird dadurch ein Transistor 8 abgeschaltet,
wodurch der Prüfvorgang abgebrochen wird. Infolge einer entsprechenden Dämpfung
geht der HF-Oszillator wieder in den Ausgangszustand zurück, in welchem nur eine
geringe Stromaufnahme vorhanden ist.
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Dadurch ändert sich selbsttätig wieder der Zustand des Relais 3 und
des Transistors 8. Solange der Drucktaster betätigt wird, bleibt der Transistor
4 in einem bestimmten Rhythmus, in welchem er abwechselnd zu-und abgeschaltet wird.
Die Last 11 wird im gleichen Rhythmus erregt und entregt. Dieser Vorgang kann als
Kriterium für eine einwandfreie Funktion des elektronischen Näherungsschalters ausgewählt
werden.
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Ist die Metallfahne 1 außerhalb des Ansprechbereiches des HF-Oszillators,
so nimmt dieser einen hohen Strom auf. Die Umschalteinrichtung, nämlich das Relais
3, wird erregt und schaltet einen Transistor 12 betriebsbereit. Zugleich wird der
Transistor 4 über den Spannungsabfall am Widerstand 5 durchgeschaltet, und die Last
11 ist ständig erregt. Wird in diesem Zustand der Drucktaster 6 betätigt, wird der
Transistor 12 durchgeschaltet und dadurch der Resonanzkreis des Oszillators so verstimmt,
daß dies dem Zustand entspricht, in welchem die Metallfahne 1 sich im Ansprechbereich
befindet. Dies geschieht, indem ein Widerstand 13 dem Resonanzkreis parallel geschaltet
wird, welcher aus einem Teil der Oszillatorspule 2 und einem dazu parallel angeordneten
Kondensator 14 gebildet ist. Die Schwingung des Oszillators setzt aus, und seine
Stromaufnahme wird gering. Der Transistor 4 wird abgeschaltet, so daß die Last 11
nun nicht mehr erregt ist Gleichzeitig schaltet das Relais 3 den Transistor 12 ab,
und dadurch wird die Bedämpfung des Resonanzkreises nicht weiter aufrecht erhalten.
Solange der Drucktaster 6 betätigt wird, wird die Last 11 in einem bestimmten Rhythmus
zu- und abgeschaltet. Mit einem Kondensator 15, der parallel zu dem Relais 3 angeordnet
ist, kann eine Verzögerung der Umschalteinrichtung vorgenommen werden. Damit ist
die Möglichkeit gegeben den Taktrhythmus zu verändern.
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Die in der F i g. 1 nicht näher gekennzeichneten Bauelemente dienen
für den Fachmann zur Veranschaulichung des Aufbaus und der Arbeitsweise der gesamten
Schaltung,
sind jedoch für die erfindungsgemäße Schaltung nicht relevant.
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Es bedarf keiner weiteren Begründung dafür, daß anstatt der als Relais
3 dargestellten Umschalteinrichtung auch eine elektronische Schaltung eingesetzt
werden kann.
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In der F i g. 1 sind zur Kontrolle der Verfügbarkeit des elektronischen
Näherungsschalters drei Leitungen zwischen dem HF-Oszillator und dem Verstärker
dargestellt. Bei einer räumlich getrennten Anordnung zwischen dem Oszillator und
dem Verstärker ist eine Ausbildungsform vorzuziehen, bei der man mit zwei Verbindungsleitungen
zwischen dem Oszillator und dem Verstärker auskommt Eine solche Anordnung ist in
der F i g. 2 dargestellt.
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Zur Erläuterung des Aufbaus und der Funktion der in der F i g. 2
veranschaulichten Schaltung sollen für verschiedene Bauteile einige konkrete Werte
angenommen werden. Zenerdioden 16 und 17 haben eine Zenerspannung von je 10 Volt.
Ein Widerstand 18 hat 1000 Ohm. Als Ersatzwiderstand für den ungedämpften HF-Oszillator
werden 1000 Ohm und als Ersatzwiderstand für den gedämpften Oszillator 9000 Ohm
angenommen.
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Bei nicht betätigtem Drucktaster 6 ist ein Transistor 19 durchgeschaltet
und die Zenerdiode 17 ist kurzgeschlossen. Die Versorgungsspannung für den Oszillator
beträgt 10 Volt Bei ungedämpftem Oszillator besteht ein Strom von 5 mA. Dieser Strom
ist ausreichend, um durch den Spannungsabfall am Widerstand 5 den Transistor 4 durchzuschalten.
Der gleiche Strom erzeugt jedoch am Widerstand 20 keinen hinreichend großen Spannungsabfall,
der den Transistor 21 durchschalten könnte.
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Wenn in diesem Betriebszustand der Drucktaster 6 betätigt wird, sperrt
der Transistor 19, und die Versorgungsspannung steigt auf 20 Volt an. Der Oszillatorstrom
steigt ebenfalls sprunghaft auf 10 mA an. Mit diesem erhöhten Strom von 10 mA wird
durch den Spannungsabfall am Widerstand 20 der Transistor 21 durchgeschaltet, und
der Oszillator wird gemäß der Beschreibung der F i g. 1 in einem bestimmten Rhythmus
gedämpft und wieder entdämpft Die Last wird im gleichen Rhythmus ab- und zugeschaltet,
so daß dadurch ein Kriterium für die einwandfreie Funktion des elektrischen Schalters
gewonnen werden kann.
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Bei gedämpftem Oszillator und nicht betätigtem Drucktaster 6 liegt
am Oszillator eine Spannung von 9 Volt Die größere Zenerspannung der Zenerdiode
22 verhindert, daß der Transistor 8 durchgeschaltet wird.
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Wenn in diesem Betriebszustand der Drucktaster 6 betätigt wird, steigt
die Spannung am Oszillator auf 18 Volt an. Der Oszillatorstrom beträgt 2 mA. Bei
diesem Strom ist der Transistor 4 nicht durchgeschaltet Der Transistor 8 wird über
die Zenerdiode 22 nun durchgeschaltet und gemäß der Beschreibung zur Erläuterung
der Fig 1 wird der Oszillator zum Anschwingen gebracht Solange der Drucktaster 6
betätigt ist, wird der Oszillator in einem bestimmten Rhythmus zum Anschwingen gebracht
Die Last wird in gleichem Rhythmus zu- und abgeschaltet, wodurch ein Kriterium für
die einwandfreie Funktion des elektronischen Näherungsschalters gewonnen ist Kondensatoren
23 oder 24 dienen dazu, beim jeweiligen Prüfvorgang eine Verzögerung vorzunehmen.
Auf diese Weise kann verhindert werden, daß bei Spannungseinstreuungen in die Verbindungsleitungen
ein Prüfvorgang ungewollt eingeleitet wird. Außerdem kann bei einer Prüfung mit
Prüfimpulsen, wie es unten anhand der F i g. 3 erläutert wird, erreicht werden,
daß nur der dem Zustand des Oszillators zugeordnete Prüfvorgang abläuft.
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Die oben beschriebenen Prüfvorgänge werden zweckmäßigerweise dann
angewandt, wenn die elektronischen Näherungsschalter zu Beginn einer Arbeitsphase
einer Anlage, in der sie eingebaut sind, geprüft werden sollen.
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Wenn jedoch auch während einer Arbeitsphase eine Prüfung vorgenommen
werden soll, kann zweckmäßigerweise eine zusätzliche Auswerteeinrichtung vorgesehen
werden, wie sie in der F i g. 3 in einem bevorzugten Ausführungsbeispiel veranschaulicht
ist Wenn bei der Anordnung nach der Fig. 3 der Drucktaster 6 betätigt wird, so wird
über die monostabile Stufe 25 ein kurzer Prüfimpuls 30 abgeleitet Dieser Prüfimpuls
30 wird dem elektronischen Näherungsschalter 29 zugeführt und setzt gleichzeitig
in einer Steuerstufe mit Speicher, die mit 26 bezeichnet ist, einen Speicher. Wenn
durch den kurzen Prüfimpuls gemäß der obigen Erläuterung ein Prüfvorgang eingeleitet
wird, so muß sich an der Last 11 der Signalzustand ändern. Diese Änderung des Signalzustandes
wird in einer weiteren monostabilen Stufe 27 in einen Signalimpuls 31 umgesetzt,
der den Speicher in der Steuerstufe mit Speicher 26 löscht. Eine Anzeigeeinrichtung
28, die in der F i g. 3 als optische Anzeigeeinrichtung dargestellt ist, wird in
diesem Falle nicht erregt Folgt jedoch auf den Prüfimpuls 30, der durch die monostabile
Stufe 25 an den Näherungsschalter 29 geliefert wird, kein entsprechender Signalimpuls
31 der monostabilen Stufe 27, so wird der Speicher in der Steuerstufe mit Speicher
26 nicht gelöscht Die Anzeigeeinrichtung 28 spricht in diesem Faile an und signalisiert
dadurch, daß der gesamte elektronische Schalter nicht verfügbar ist In diesem Falle
können der Kondensator 15 in der F i g. 1 sowie die Kondensatoren 23 und 24 in der
F i g. 2 dazu dienen, eine genügend große zeitliche Verzögerung vorzunehmen, damit
für die Dauer des Prüfimpulses eine Umschaltung auf den anderen Prüfkanal nicht
erfolgt. Zweckmäßigerweise ist dabei die Last 11 so zu verzögern, daß eine Zu- oder
Abschaltung durch den Prüfimpuls nicht erfolgt Wird als Last 11 ein elektromechanisches
Relais verwendet, so reicht die natürliche Anzugsverzögerung oder Abfallverzögerung
hierzu aus. Wird als Last 11 eine elektronische Einrichtung verwendet, sollte eine
geeignete Eingangsverzögerung konkret vorgesehen sein.
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Natürlich könnte der in der Zeichnung als mechanisches Bauelement
dargestellte Drucktaster 6 auch durch eine automatisch ansprechende Schaltungsstufe
dargestellt werden. Es kann natürlich auch mit einem zentralen Drucktaster 6 eine
beliebig große Anzahl von Näherungsschaltern über entsprechende Meldeleitungen und
Entkopplungsdioden zugleich geprüft werden.
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