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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.
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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 Anwesenheitsindikator 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.)
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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 16 773, 26 28 427, 27 11 877 und 27 44 785). Als Anwesenheitsindikator kann auch ein Fotowiderstand, eine Fotodiode oder ein Fototransistor vorgesehen sein; es handelt sich dann um optoelektrische Annäherungsschalter (vgl. z. B. die deutsche Offenlegungsschrift 28 24 582).
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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.
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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 Überwachungsstrecke angeordnet sind, und einem Lichtschrankentyp, bei dem der Lichtsender und der Lichtempfänger am gleichen Ende einer Überwachungsstrecke 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.
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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", "Kurzschlußfestigkeit". 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 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 16 773, 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.
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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 Annäherungschalters 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.
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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 (vgl. die DE-PS 30 16 821), nicht der Fall.
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Im übrigen ist für sich eine Hystereseschaltung bekannt (vgl. die DE-AS 26 01 572), die einen großen "regelbaren" Hysteresebereich hat. Dabei meint "regelbar" aber nur "einstellbar"; regeln ist hier nicht im Sinne von DIN 19 226 verstanden. Diese bekannte Hystereseschaltung erlaubt die Einstellung des Hysteresebereiches über eine Einstellung des Stromes und/oder über eine Einstellung des Hysteresewiderstandes.
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Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, ein elektronisches Schaltgerät der eingangs beschriebenen Art anzugeben, das eine weitgehend konstante Hysterese aufweist.
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Das erfindungsgemäße elektronische Schaltgerät, bei dem die zuvor aufgezeigte Aufgabe gelöst ist, ist zunächst und im wesentlichen dadurch gekennzeichnet, daß der Hysteresestrom auf einen konstanten Wert geregelt wird.
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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.
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Im einzelnen gibt es verschiedene Möglichkeiten, das erfindungsgemäße elektronische Schaltgerät auszugestalten und weiterzubilden, was im folgenden nur beispielhaft erläutert werden soll.
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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 bleiben, 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.
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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 ein 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 Kollektor--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.
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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 Hilfswiderstand 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.
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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.
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Schließlich ist eine bevorzugte Ausführungsform eines erfindungsgemäßen elektronischen Schaltgerätes, wobei eine Leuchtdiode als Schaltzustandsanzeige vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Leuchtdiode vom Hysteresestrom durchflossen wird. Hier dient also der - erfindungsgemäß geregelte und damit weitgehend konstant gehaltene - Hysteresestrom auch der Anregung der als Schaltzustandsanzeige vorgesehenen Leuchtdiode.
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Im folgenden wird die Erfindung anhand einer lediglich Ausführungsbeispiele darstellenden Zeichnung nochmals erläutert; es zeigt
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Fig. 1 das Blockschaltbild eines elektronischen, berührungslos arbeitenden Schaltgerätes der hier in Rede stehenden Art,
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Fig. 2 einen Ausschnitt aus der Schaltung eines bekannten Schaltgerätes nach Fig. 1,
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Fig. 3 einen dem Ausschnitt nach Fig. 2 entsprechenden Ausschnitt aus der Schaltung einer ersten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Schaltgerätes und
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Fig. 4 einen dem Ausschnitt nach Fig. 2 entsprechenden Ausschnitt aus der Schaltung einer zweiten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Schaltgerätes.
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Das in Fig. 1 in Form eines Blockschaltbildes dargestellte elektronische Schaltgerät 1 arbeitet berührungslos, d. h. es spricht 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 Spannungquelle 4 angeschlossen ist. Mit anderen Worten ist das dargestellte elektronische Schaltgerät 1 über insgesamt nur zwei Außenleiter 2, 5 einerseits an die Spannungsquelle 4 und andererseits an den Verbraucher 7 anschließbar.
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(Die Lehre der Erfindung ist unabhängig davon, ob das Schaltgerät 1 zwei Außenleiter 2, 5 hat, wie im Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 oder ob drei oder gar mehr als drei Außenleiter vorgesehen sind.)
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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 nachgeschalteten Schaltverstärker 11, aus einem von dem Anwesenheitsindikator 10 über den Schaltverstärker 11 steuerbaren elektronischen Schalter 12, z. B. einem Transistor, und aus einer Speiseschaltung 13 zur Erzeugung der Speisespannung für den Anwesenheitsindikator 10 und den Schaltverstärker 11.
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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 Empfindlichkeit (Ansprech- bzw. Beeinflussungsempfindlichkeit) des Anwesenheitsindikators 10 größer ist als im unbeeinflußten Zustand.
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In den in den Fig. 2 bis 4 dargestellten Ausführungsbeispielen 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 Hysteresetransistors 16.
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Bei dem elektronischen, berührunglos arbeitenden Schaltgerät 1, von dem die Erfindung ausgeht, und von dem ein Ausschnitt aus der Schaltung in Fig. 2 dargestellt ist, ist der über den Hysteresewiderstand 14 fließende Hysteresestrom abhängig 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 Spannungsabfall an der Kollektor-Emitter-Strecke des Hysteresetransistors 16 und aus dem Hysteresewiderstand 14.
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Bei dem erfindungsgemäßen Schaltgerät 1 ist nun, wie in den Fig. 3 und 4 dargestellt, der über den Hysteresewiderstand 14 fließende Hysteresestrom geregelt, also praktisch konstant. Damit ist das angestrebte Ziel einer weitgehend konstanten Hysterese erreicht.
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Bei den in den Fig. 3 und 4 dargestellten Ausführungsformen eines erfindungsgemäßen Schaltgerätes 1 ist zunächst das verwirklicht, was auch im Stand der Technik verwirklicht 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 Schwellentransistos 15 als auch im Kollektor-Emitter-Kreis des Hysteresetransistors 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 Hysteresetransistors 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.
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Im einzelnen ist an den Emitter 21 des Hysteresetransistors 16 ein Hilfswiderstand 22 angeschlossen und bilden der Hilfswiderstand 22 und der Hysteresewiderstand 14 eine Reihenschaltung 23.
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Im Ausführungsbeispiel nach Fig. 3 sind der Emitter 24 des Schwellentransistors 15 an die Verbindung 25 von Hilfswiderstand 22 und Hysteresewiderstand 14 und die Basis 20 des Regeltransistors 17 an die Verbindung 26 von Emitter 21 des Hysteresetransistors 16 und Hilfswiderstand 22 angeschlossen.
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In dem in Fig. 4 dargestellten Ausführungsbeispiel 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 gleichem Hysteresestrom die Hysterese größer als bei der Ausführungsform nach Fig. 3.
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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.