-
betreffend ein
-
Elektronisches, vorzugsweise berührungslos arbeitendes Schaltgerät"
Die
Erfindung betrifft ein elektronisches, vorzugsweise berührungslos arbeitendes Schaltgerät,
mit einem von außen beeinflußbaren Anwesenheitsindikator, z. B. einem Oszillator,
mit einem von dem Anwesenheitsindikator - ggf. über einen Schaltverstärker - steuerbaren
elektronischen Schalter, z. B. einem Transistor, einem Thyristor oder einem Triac,
und mit einem Hysteresewiderstand, wobei im beeinflußten Zustand des Anwesenheitsindikators
über den Hysteresewiderstand ein Hysteresestrom dergestalt fließt, daß die Empfindlichkeit
(Ansprech- bzw. Beeinflussungsempfindlichkeit) des Anwesenheitsindikators größer
ist als im unbeeinflußten Zustand.
-
Elektronische Schaltgeräte der zuvor beschriebenen Art sind kontaktlos
ausgeführt und werden in zunehmendem Maße anstelle von elektrischen, mechanisch
betätigten Schaltgeräten, die kontaktbehaftet ausgeführt sind, in elektrischen Meß-,
Steuer- und Regelkreisen verwendet. Das gilt insbesondere für sogenannte Annäherungsschalter,
d. h. für elektronische Schaltgeräte, die berührungslos arbeiten. Mit solchen Annäherungsschaltern
wird indiziert, ob sich ein Beeinflussungselement, für das der entsprechende Annäherungsschalter
sensitiv ist, dem Annäherungsschalter hinreichend weit genähert hat. Hat sich nämlich
ein Beeinflussungselement, für das der entsprechende Annäherungsschalter sensitiv
ist, dem Anwesenheitsindikator hinreichend weit genähert, so steuert der An wesenheitsindikator
den elektronischen Schalter um, d. h. bei einem als Schliesser ausgeführten Schaltgerät
wird der nichtleitende elektronische Schalter nunmehr leitend, während bei einem
als Öffner ausgeführten Schaltgerät der leitende elektronische Schalter nunmehr
sperrt. (Mit Schaltgeräten der in Rede stehenden Art kann auch indiziert werden,
ob eine physikalische Größe eines Beeinflussungsmediums, für die das Schaltgerät
sensitiv ist, einen entsprechenden Wert erreicht hat.) Wesentlicher Bestandteil
von elektronischen Schaltgeräten der zuvor beschriebenen Art ist also u. a. der
von außen beeinflußbare Anwesenheitsindikator.
-
Als.Anwesenheitsindikator kann z. B. ein induktiv oder kapazitiv beeinflußbarer
Oszillator
vorgesehen sein; es handelt sich dann um induktive oder kapazitive Annäherungsschalter
(vgl. z. B. die deutschen Offenlegungsschriften bzw. Auslegeschriften bzw. Patentschriften
19 51 137, 19 66 178, 19 66 213, 20 36 840, 21 27 956, 22 03 038, 22 03 039, 22
03 040, 22 03 906, 23 30 233, 23 31 732, 23 56 490, 26 13 423, 26 16 265, 26 16
733, 25 28 427, 27 11 877 und 27 44 785). Als Anwesenheitsindikator kann auch ein
Fotowinderstand, eine Fotodiode oder ein Fototransistor vorgesehen sein; es handelt
sich dann um optoelektronische Annäherunggschalter (vgl. z. B. die deutsche Offenlegungsschrift
28 24 582).
-
Bei induktiven Annäherungsschaltern gilt für den Oszillator, solange
ein Metallteil einen vorgegebenen Abstand noch nicht erreicht hat, K. V = 1 mit
K = Rückkopplungsfaktor und V = Verstärkungsfaktor des Oszillators, d. h.
-
der Oszillator schwingt. Erreicht das entsprechende Metallteil den
vorgeschriebenen Abstand, so führt die zunehmende Bedämpfung des Oszillators zu
einer Verringerung des Verstärkungsfaktors V, so daß K V < 1 wird, d. h.
-
der Oszillator hört auf zu schwingen. Bei kapazitiven Annäherungsschaltern
gilt für den Oszillator, solange ein Ansprechkörper die Kapazität zwischen einer
Ansprechelektrode und einer Gegenelektrode noch nicht hinreichend vergrößert hat,
also einen vorgegebenen Abstand noch nicht erreicht hat, K V 1, d. h. der Oszillator
schwingt nicht. Erreicht der Ansprechkörper den vorgegebenen Abstand, so führt die
steigende Kapazität zwischen der Ansprechelektrode und der Gegenelektrode zu einer
Vergrößerung des Rückkopplungsfaktors K, so daß K V = 1 wird, d. h. der Oszillator
beginnt zu schwingen. Bei beiden Ausführungsformen wird abhängig von den unterschiedlichen
Zuständen des Oszillators der elektronische Schalter, z. B. ein Transistor, ein
Thyristor oder ein Triac, gesteuert.
-
Optoelektronische Annäherungsschalter weisen einen Lichtsender und
einen Lichtempfänger auf und werden auch als Lichtschranken bezeichnet. Dabei unterscheidet
man zwischen einem Lichtschrankentyp, bei dem der Lichtsender und der Lichtempfänger
auf
entgegengesetzten Seiten einer Uberwachungsstrecke angeordnet sind, und einem Lichtschrankentyp,
bei dem der Lichtsender und der Lichtempfänger am gleichen Ende einer berwachungsstrecke
angeordnet sind, während ein am anderen Ende der Überwachungsstrecke angeordneter
Reflektor den vom Lichtsender ausgehenden Lichtstrahl zum Lichtempfänger zurückreflektiert.
-
In beiden Fällen spricht der Anwesenheitsindikator an, wenn der normalerweise
vom Lichtsender zum Lichtempfänger gelangende Lichtstrahl durch ein in die überwachungsstrecke
gelangtes Beeinflussungselement unterbrochen wird. Es gibt jedoch auch Lichtschranken
des zuletzt beschriebenen Lichtschrankentyps, bei dem der vom Lichtsender kommende
Lichtstrahl nur durch ein entsprechendes Beeinflussungselement zum Lichtempfänger
zurückreflektiert wird.
-
Elektronische, berührungslos arbeitende Schaltgeräte sind anfangs
mit einer Reihe von Problemen behaftet gewesen, - gemessen an elektrischen, mechanisch
betätigten Schaltgeräten -, nämlich u. a. mit den Problemen "Erzeugung einer Speisespannung
für den Oszillator", "Ausbildung des Oszillators", "Einschaltimpulsverhinderung",
"Kurzsch lußfestig keit" . Mit diesen Problemen und deren Lösungen (und mit anderen,
bei elektronischen, berührungslos arbeitenden Schaltgeräten relevanten Problemen
und deren Lösungen) befassen sich z. B.
-
die deutschen Offenlegungsschriften bzw. Auslegeschriften bzw. Patentschriften
1951 137, 1966 178, 19 66 213, 20 36 840, 21 27 956, 22 03 038, 22 03 039, 22 03
040, 22 03 906, 23 30 233, 23 31 732, 23 56 490, 26 13 423, 26 16 265, 26 16 773,
26 28 427, 27 11 877, 27 44 785, 29 43 911, 30 04 829, 30 38 102, 30 38 141 und
30 38 692.
-
Elektronische, berührungslos arbeitende Schaltgeräte haben im übrigen,
wie auch elektrische, kontaktbehaftet ausgeführte Schaltgeräte, eine Hysterese im
Schaltverhalten. Ein induktiver Annäherungsschalter z. B. mit einem Schaltabstand
von 10 mm schaltet z. B., wenn sich ein als Beeinflussungselement vorgesehenes Metallteil
(bestimmten Materials und bestimmter Geometrie) der Beeinflussungsfläche des Annäherungsschalters
auf 10 mm genähert hat, durch;
bei einem als Schließer ausgeführten
Annäherungsschalter wird der zunächst nichtleitend gewesene elektronische Schalter
nunmehr leitend. Entfernt sich dann das Metallteil wieder, so hört die für die Schaltfunktion
wirksame Beeinflussung des Anwesenheitsindikators erst auf, d. h. der elektronische
Schalter sperrt erst wieder, wenn der Abstand des Metallteils zur Beeinflussungsfläche
des Annäherungsschalters z. B. 11 mm erreicht hat. Eine solche Hysterese im Schaltverhalten
ist einerseits grundsätzlich nicht vermeidbar, andererseits aber häufig auch durchaus
gewollt, u. U. auch eine relativ große Hysterese, z. B. um bei geringfügigen Schwankungen
im Abstand des Metallteils von der Beeinflussungsfläche des Annäherungsschalters
ein Flattern des Schaltgerätes zu verhindern.
-
Unabhängig davon, ob bei elektronischen Schaltgeräten der in Rede
stehenden Art die Hysterese groß oder klein ist, sie soll jedenfalls weitgehend
konstant sein, also weitgehend unabhängig sein von der Betriebsspannung, dem Laststrom
und der Betriebstemperatur. Das ist bei den bekannten elektronischen Schaltgeräten,
von denen die Erfindung ausgeht, nicht der Fall, so daß der Erfindung die Aufgabe
zugrundliegt, ein elektronisches Schaltgerät der in Rede stehenden Art anzugeben,
daß eine weitgehend konstante Hysterese aufweist.
-
Das erfindungsgemäße elektronische Schaltgerät, bei dem die zuvor
aufgezeigte Aufgabe gelöst ist, ist zunächst und im wesentlichen dadurch gekennzeichnet,
daß der Hysteresestrom geregelt ist.
-
Im Stand der Technik, von dem die Erfindung ausgeht, weist der Anwesenheitsindikator
bzw. der dem Anwesenheitsindikator nachgeschaltete Schaltverstärker einen in Emitterschaltung
betriebenen Schwellentransistor und einen Hysteresetransistor auf und liegt der
Hysteresewiderstand sowohl im Basis-Emitter-Kreis des Schwellentransistors als auch
im Kollektor-Emitter-Kreis des Hysteresetransistors. Also führt ein über den Hilfswiderstand
fließender Hysteresestrom, nämlich dann, wenn das Schaltgerät beeinflußt ist, zu
einer Potentialerhöhung
am Emitter des Schwellentransistors, so
daß dieser erst leitend wird und damit erst dann wieder für die andere Schaltfunktion
des Schaltgerätes sorgt, wenn die Schwellenspannung an der Basis des Schwellentransistors
einen Wert annimmt, der um die Hysteresespannung größer ist als die ohne einen über
den Hysteresewiderstand fließenden Hysteresestrom erforderliche Schwellenspannung.
-
Da nun der Hysteresewiderstand als weitgehend konstant angesehen bzw.
weitgehend konstant gehalten werden kann, ist die Hysteresespannung - und damit
auch die Hysterese - unmittelbar vom Hysteresestrom abhängig. Dieser Hysteresestrom
hängt bei den im Stand der Technik bekannten elektronischen Schaltgeräten ab von
der Betriebsspannung, vom Laststrom und von der Betriebstemperatur und wird erfindungsgemäß
geregelt, also auf einen - bis auf die Regelabweichung - konstanten Wert gehalten.
Damit ist das angestrebte Ziel einer weitgehend konstanten Hysterese erreicht.
-
Im einzelnen gibt es verschiedene Möglichkeiten, das erfindungsgemäße
elektronische Schaltgerät auszugestalten und weiterzubilden, was im folgenden nur
beispielhaft erläutert werden soll.
-
Wie zuvor dargelegt, setzt die Anwendung der Lehre der Erfindung nur
voraus ein elektronisches Schaltgerät mit einem Hysteresewiderstand, über den im
beeinflußten Zustand des Anwesenheitsindikators ein Hysteresestrom dergestalt fließt,
daß die Empfindlichkeit (Ansprech- bzw. Beeinflussungsempfindlichkeit) des Anwesenheitsindikators
größer ist als im unbeeinflußten Zustand.
-
Immer dann führt die grundsätzliche Lehre der Erfindung, den Hysteresestrom
zu regeln, also konstant zu halten, zu einer weitgehend konstanten Hysterese.
-
Voraussetzung ist also nicht, daß der Anwesenheitsindikator oder der
- dem Anwesenheitsindikator nachgeschaltete - Schaltverstärker einen in Emitterschaltung
betriebenen Schwellentransistor und einen Hysteresetransistor aufweist.
-
Bei dem weiter oben konkreter beschriebenen, im Stand der Technik
bekannten
elektronischen Schaltgerät, wobei der Anwesenheitsindikator
oder der - dem Anwesenheitsindikator nachgeschaltete - Schaltverstärker einen in
Emitterschaltung betriebenen Schwellentransistor und einen Hysteresetransistor aufweist
und der Hysteresewiderstand sowohl im Basis-Emitter-Kreis des Schwellentransistors
als auch im Kollektor-Emitter-Kreis des Hysteresetransistors liegt, kann die Lehre
der Erfindung dadurch'realisiert sein, daß ein Regeltransistor vorgesehen ist, an
die Basis des Hysteresetransistors (und an das Bezugspotential) die Kollektor-Emitter-Strecke
des Regeltransistors angeschlossen ist und die Basis des Regeltransistors an sein
vom Hysteresestrom abhängiges Stellpotential angeschlossen ist. Hier ist also eine
einfache P-Regelung des Hysteresestromes verwirklicht. Steigt der Hysteresestrom
über einen vorgegebenen Sollwert, so führt das größer gewordene Stellpotential an
der Basis des Regeltransistors dazu, daß die Basis des Hysteresetransistors über
die Koliektor-Emitter-Strecke des Regeltransistors stärker zum Bezugspotential "heruntergezogen",
so daß der über den Hysteresetransistor fließende Hysteresestrom auf dem Sollwert
(zuzüglich einer minimalen Regelabweichung) gehalten wird.
-
Im einzelnen empfiehlt sich eine Ausführungsform des zuvor beschriebenen
erfindungsgemäßen elektronischen Schaltgerätes, die dadurch gekennzeichnet ist,
daß an den Emitter des Hysteresetransistors ein Hilfswiderstand angeschlossen ist
und der Hilfswiderstand und der Hysteresewiderstand eine Reihenschaltung bilden.
Dann kann der Emitter des Schwellentransistors an die Verbindung von < Hilfswiderstand
und Hysteresewiderstand und die Basis des Regeltransistors an die Verbindung von
Emitter des Hysteresetransistors und Hilfswiderstands angeschlossen sein. Es besteht
aber auch die Möglichkeit, den Emitter des Schwellentransistors an die Verbindung
von Emitter des Hysteresetransistors und Hilfswiderstand und die Basis des Regeltransistors
an die Verbindung von Hilfswiderstand und Hysteresewiderstand anzuschließen.
-
Die zuletzt beschriebene Ausführungsform des erfindungsgemäßen elektronischen
Schaltgerätes - Emitter des Schwellentransistors an der Verbindung von Emitter
des
Hysteresetransistor und Hilfswiderstand - hat gegenüber der zuvor beschriebenen
Ausführungsform - Emitter des Schwellentransistors an der Verbindung von Hilfswiderstand
und Hysteresewiderstand - den Vorteil einer bei einem bestimmten Hysteresestrom
größeren Hysterese.
-
Schließlich ist eine bevorzugte Ausführungsform eines erfindungsgemäßen
elektronischen Schaltgerätes, wobei eine Leuchtdiode als Schaltzustandsanzeiae vorgesehen
ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Leuchtdiode vom Hysteresestrom durchflossen
wird. Hierdientalso der - erfindunasaemäß geregelte und damit weitqehend konstant
qehaltene - Hysteresestrom auch der Anregung der als Schaltzustandsanzeise vorgesehenen
Leuchtdiode.
-
Im folgenden wird die Erfindung anhand einer lediglich Ausführungsbeispiele
darstellenden Zeichnunq nochmals erläutert; es zeigt Fig. 1 das Blockschaltbild
eines elektronischen, berührungslos arbeitenden Schaltgerätes der hier in Rede stehenden
Art, Fig. 2 einen Ausschnitt aus der Schaltung eines bekannten Schaltserätes nach
Fig. 1, Fig. 3 einen dem Ausschnitt nach Fig. 2 entsprechenden Ausschnitt aus der
Schaltung einer ersten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Schaltgerätes und
Fig. 4 einen dem Ausschnitt nach Fis. 2 entsprechenden Ausschnitt aus der Schaltung
einer zweiten Ausführunasform eines erfindungsgemäßen Schaltgerätes.
-
Das in Fiq. 1 in Form eines Blockschaltbildes dargestellte elektronische
Schaltgerät 1 arbeitet berührungslos, d. h. es sDricht auf ein sich annäherndes,
in
den Figuren nicht dargestelltes Metallteil an, und ist über
einen Außenleiter 2 mit einem Pol 3 einer Spannungsquelle 4 und nur über einen weiteren
Außenleiter 5 mit einem Anschluß 6 eines Verbrauchers 7 verbindbar, wobei der andere
Anschluß 8 des Verbrauchers 7 an den anderen Pol 9 der Spannungsguelle 4 angeschlossen
ist. Mit anderen Worten ist das dargestellte elektronische Schaltsperrt 1 über insgesamt
nur zwei Außenleiter 2, 5 einerseits an die Soannunasquelle 4 und andererseits an
den Verbraucher 7 anschließbar.
-
(Die Lehre der Erfindung ist unabhängig davon, ob das Schaltgerät
1 zwei Außen leiter 2, 5 hat, wie im Ausführunosbeisoiel nach Fis. 1 oder ob drei
oder gar mehr als drei Außenleiter vorgesehen sind.) In seinem grundsätzlichen Aufbau
besteht das in Fig. 1 dargestellte elektronische, d. h. kontaktlose Schaltgerät
1 aus einem von außen beeinflußbaren Anwesenheitsindikator 10, z. B. einem durch
das nicht dargestellte Metallteil beeinflußbaren Oszillator, aus einem dem Anwesenheitsindikator
10 nachoeschalteten Schaltverstärker 11, aus einem von dem Anwesenheitsindikator
10 über den Schaltverstärker 11 steuerbaren elektronischen Schalter 12, z. B. einem
Transistor, und aus einer Speiseschaltuno 13 zur Erzeugung der Speisespannunq für
den Anwesenheitsindikator 10 und den Schaltverstärker 11.
-
Wie die Fig. 2 bis 4 zeigen, gehört zu dem in Rede stehenden Schaltgerät
1 ein Hysteresewiderstand 14. Im beeinflußten Zustand des Anwesenheitsindikators
10 fließt über den Hysteresewiderstand 14 ein Hysteresestrom dergestalt, daß die
Emufindlichkeit (Ansprech- bzw. BeeinflussunasemDfindlichkeit) des Anwesenheitsindikators
10 arößer ist als im unbeeinflußten Zustand.
-
In den in den Fio. 2 bis 4 dargestellten Ausführunasbeisoiel en weist
der dem Anwesenheitsindikator 19 nachgeschaltete Schaltverstärker 11 einen in Emitterschaltung
betriebenen Schwellentransistor 15 und einen Hysteresetransistor 16 auf und liegt
der Hysteresewiderstand 14 sowohl im Basis-Emitter-Kreis des
Schwellentransistors
15 als auch im Kollektor-Emitter-Kreis des Hvsteresetransistors 16.
-
Bei dem elektronischen, berührungslos arbeitenden Schaltgerät 1, von
dem die Erfindung ausgeht, und von dem ein Ausschnitt aus der Schaltung in Fis.
2 dargestellt ist, ist der über den Hvsteresewiderstand 14 fließende Hysteresestrom
abhänqis von der Betriebsspannung, vom Laststrom und von der Betriebstemperatur.
Der über den Hysteresewiderstand 14 fließende Hysteresestrom ergibt sich nämlich
aus der Betriebsspannung, aus dem last- und temperaturabhängigen Spannungsabiall
an der Kollektor-Emitter-Strecke des Hysteresetransistors 16 und aus dem Hysteresewiderstand
14.
-
Bei dem erfindungsgemäßen Schaltgerät 1 ist nun, wie in den Fig. 3
und 4 dargestellt, der über den Hysteresewiderstand 14 fließende Hysteresestrom
seregelt, also praktisch konstant. Damit ist das angestrebte Ziel einer weitstehend
konstanten Hysterese erreicht.
-
Bei den in den Fis. 3 und 4 dargestellten Ausführungsformen eines
erfindungsgemäßen Schaltgerätes 1 ist zunächst das verwirklicht, was auch im Stand
der Technik verwirkliht ist, weist nämlich der dem Anwesenheitsindikator 10 nachgeschaltete
Schaltverstärker 11 einen in Emitterschaltung betriebenen Schwellentransistor 15
und einen Hysteresetransistor 16 auf und liegt der Hysteresewiderstand 14 sowohl
im Basis-Emitter-Kreis des Schwellentransistors 15 als auch im Kollektor-Emitter-Kreis
des Hvsteresetransistors 16. Zur Realisierung der erfindungsgemäßen Lehre, den über
den Hysteresewiderstand 14 fließenden Hysteresestrom zu regeln und damit praktisch
konstant zu halten, ist ein Regeltransistor 17 vorgesehen, ist an die Basis 18 des
Hvsteresetransistors 16 (und an das Bezugspotential) die Kollektor-Emitter-Strecke
19 des Regeltransistors 17 angeschlossen und ist die Basis 20 des Regeltransistors
17 an ein vom Hysteresestrom abhängiges Stellpotential angeschlossen.
-
Im einzelnen ist an den Emitter 21 des Hysteresetransistors 16 ein
Hilfswiderstand 22 angeschlossen und bilden der Hilfswiderstand 22 und der Hysteresewiderstand
14 eine Reihenschaltunq 23.
-
Im AusführunqsbeisDiel nach Fis. 3 sind der Emitter 24 des Schwellentransistors
an die Verbindung 25 von Hilfswiderstand 22 und Hvsteresewiderstand 14 und die Basis
20 des Reeltransistors 17 an die Verbindung 26 von Emitter 21 des Hvsteresetransistors
16 und Hilfswiderstand 22 angeschlossen.
-
In dem in Fiq. 4 dargestellten AusführunqsbeisDiel sind der Emitter
24 des Schwellentransistors 15 an die Verbindung 26 von Emitter 21 des Hysteresetransistors
16 und Hilfswiderstand 22 und die Basis 20 des Regeltransistors 17 an die Verbindung
25 von Hilfswiderstand 22 und Hysteresewiderstand 14 angeschlossen. Bei dieser Ausführungsform
ist bei qleichem Hysteresestrom die Hvsterese größer als bei der Ausführungsform
nach Fig. 3.
-
Schließlich zeigen die Fig. 3 und 4 insoweit bevorzugte Ausführungsformen
des erfindungsgemäßen Schaltgerätes 1, als eine Leuchtdiode 27 als Schaltzustandsanzeige
vorgesehen und vom Hysteresestrom durchfloßen ist.