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Elektrische überwachungseinrichtung
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für einen Näherungsschalter Die Erfindung bezieht sich auf eine elektrische
überwachungseinrichtung für einen Näherungsschalter, insbesondere induktiven Näherungsschalter,
mit einem Hf-Oszillator, einem dem Hf-Oszillator nachgeschalteten Schaltverstärker,
einer dem Schaltverstärker nachgeschalteten Ausgangsstufe sowie einem Betätigungssimulator
mit einem separaten Steuereingang, wobei der Betätigungssimulator schalterartige
Mittel aufweist, mit denen der ggf. unbedämpfte Oszillator bedämpft und/oder der
ggf. bedämpfte Oszillator entdämpft wird, beispielsweise mit Hilfe eines an den
Steuereingang angeschlossenen Taktgenerators, der im Takt seiner Taktfrequenz den
Betätigungssimulator ansteuert und damit in regelmäßigen Abständen "künstlich" eine
sich dem Oszillator nähernde oder sich vom Oszillator entfernende Steuerfahne vorgetäuscht
wird.
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Eine derartige überwachungseinrichtung ist durch die DE-PS 31 50 212
bekannt. Mit einer solchen überwachungseinrichtung kann die ordnungsgemäße Funktion
des Näherungsschalters zu jedem beliebigen Zeitpunkt festgestellt werden; beispielsweise
kann der Ausfall eines derartig ausgerüsteten Näherungsschalters angezeigt werden,
noch bevor an einer durch den Näherungsschalter gesteuerten Einrichtung, z.B. Bearbeitungsmaschine,
ein Schaden aufgetreten ist.
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Um ein sicheres Schaltverhalten zu erreichen, bzw. Fehlschaltungen
zu vermeiden, weisen Näherungsschalter eine Schalthysterese auf, d.h. zwischen dem
Abstand der Steuerfahne
von der aktiven Schaltfläche des Näherungsschalters,
bei der der Näherungsschalter aus dem einen in den anderen Schaltzustand gelangt
und dem Abstand der Steuerfahne von der aktiven Schaltfläche, bei der der Näherungsschalter.
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wieder den Ausgangszustand einnimmt, besteht eine ausreichend große
Differenz. In der Regel beträgt die Schalthysterese 3 % bis 15 % des Nennschaltabstandes.
Es kann bei einem Näherungsschalter der eingangs beschriebenen Art vorkommen, daß
der Oszillator gerade dann "künstlich" bedämpft oder entdämpft wird, wenn sich die
Steuerfahne innerhalb des Bereichs der Schalthysterese des Schaltverstärkers befindet.
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Die Wahrscheinlichkeit, daß dieser Fall auftritt, nimmt bei einer
relativ geringen Annäherungsgeschwindigkeit der Steuerfahne und bei einer relativ
großen Simulationshäufigkeit zu.
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Das hat jedoch zur Folge, daß ein durch die Steuerfahne bedämpfter
Oszillator durch die Simulationsphase entdämpft wird und es bleibt, wenn die Steuerfahne
sich im Hysteresebereich befindet und die Simulationsphase mit diesem Zeitpunkt
zusammenfällt und umgekehrt, ein durch die Steuerfahne entdämpfter Oszillator durch
die Simulationsphase bedämpft wird und es bleibt, wenn die Steuerfahne sich im Hysteresebereich
befindet und die Simulationsphase mit diesem Zeitpunkt zusammenfällt.
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Innerhalb des Hysteresebereichs besteht also keine Möglichkeit, zwischen
Betätigung durch die Steuerfahne und dem Simulationszyklus zu unterscheiden. Das
bedeutet, daß am Ausgang des Näherungsschalters ein Signalwechsel erfolgt, obwohl
sich die Steuerfahne überhaupt nicht bewegt hat. Die Folge ist eine fehlerhafte
Schaltfunktion.
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Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine überwachungseinrichtung
für einen Näherungsschalter der eingangs näher beschriebenen Art zu schaffen, bei
der ein solches fehlerhaftes Schaltverhalten durch den Simulationszyklus innerhalb
des Hysteresebereichs vermieden wird.
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Die Aufgabe wird erfindungsgemäß bei einem Näherungsschalter
der
eingangs näher gekennzeichneten Art durch die im Kennzeichen des Hauptanspruches
aufgeführten Maßnahmen gelöst.
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Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen beschrieben.
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Durch die erfindungsgemäße Ausbildung der Uberwachungseinrichtung
wird also der Oszillator bei jedem Simulationszyklus durch eine, einer ersten Simulationsphase
folgende, zweite Simulationsphase stets in den Zustand zurückgeführt, in dem er
sich vor Beginn des Simulationszyklus befand, also in den Ausgangs zustand. Insbesondere
dann, wenn sich die Steuerfahne im Hysteresebereich befindet und gleichzeitig ein
Simulationszyklus erfolgt, der Näherungsschalter also praktisch "blind" ist, weil
er nicht unterscheiden kann zwischen einem Ausgangssignal, hervorgerufen durch die
Steuerfahne, oder einem Ausgangssignal, hervorgerufen durch den Simulationszyklus,
läßt sich diese nachteilige Eigenschaft des Näherungsschalters kompensieren und
eine Fehlfunktion vermeiden.
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Ein Simulationszyklus läuft unabhängig von der augenblicklichen Lage
der Steuer fahne beispielsweise wie folgt ab: 1. Startbefehl, 2. feststellen, in
welchem Zustand sich der Oszillator befindet (be- oder entdämpft), 3. speichern
des augenblicklichen Schaltzustandes im Näherungsschalter, 4. betätigen der schalterartigen
Mittel, die den Oszillator in den entgegengesetzten Zustand bringen, in dem erjsich
vor dem Startbefehl befand (die Ausgangs stufe wird umgeschaltet), 5. betätigen
der schalterartigen Mittel, die den Oszillator wieder in den Ausgangs zustand vor
dem Startbefehl bringen (die Ausgangs stufe wird zurückgeschaltet), 6. Speicher
löschen.
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Angenommen, der Simulationszyklus, bestehend aus den Simulationsphasen
1. bis 6., würde die Simulationsphase 5. nicht enthalten, dann würde in jeder beliebigen
Stellung der Steuerfahne, mit Ausnahme der Stellung der Steuerfahne die
den
Oszillator be- oder entdämpft, die Steuerfahne sich also im Hysteresebereich befindet,
der Oszillator nach Beendigung der Simulationsphase 4. nach einer gewissen Zeit
selbsttätig in den Ausgangs zustand zurückkehren, beispielsweise ein unbedämpfter
Oszillator durch die Simulationsphase 4. in den bedämpften Zustand versetzt und
nach einer gewissen Anschwingzeit wieder in den unbedämpften Zustand zurückkehren.
Danach würde am Ausgang des Näherungsschalters derselbe Schaltzustand vorhanden
sein wie vor dem Startbefehl 1.
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Befindet sich bei einem derartigen Simulationszyklus (ohne Simulationsphase
5.) die Steuerfahne im Hysteresebereich, und gleichzeitig kommt der Startbefehl
(Simulationsphase 1.), dann wird der durch die Steuerfahne bedämpfte Oszillator
und durch die Simulationsphase 4. entdämpfte Oszillator, entdämpft bleiben und nicht
selbsttätig in den bedämpften Zustand zurückkehren. Danach wird am Ausgang des Näherungsschalters
ein falscher, nämlich entgegengesetzter Schaltzustand vorhanden sein, als vor dem
Simulationszyklus.
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Bei einem Simulationszyklus, der auch die Simulationsphase 5.
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enthält, wird also in dem Fall, wo sich die Steuerfahne im Hysteresebereich
befindet und gleichzeitig der Startbefehl (Simulationsphase 1.) kommt, durch die
Simulationsphase 5.
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der ursprüngliche Zustand des Oszillators vor dem Startbefehl wiederhergestellt.
Nach dem Simulationszyklus wird ein unveränderter Schaltzustand vorhanden sein.
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Da nicht unterschieden wird zwischen "Steuerfahne im Hysteresebereich"
und "Steuerfahne nicht im Hysteresebereich", läuft der gesamte Simulationszyklus
einheitlich ab. Das hat einen zusätzlichen Vorteil. Die "Totzeit" des Näherungsschalters
läßt sich damit verkürzen, also die Zeit, die vom Startbefehl (Simulationsphase
1.) bis zu dem Zeitpunkt, in dem die Ausgangsstufe ihren ursprünglichen Zustand
wieder erreicht hat, vergeht. Je länger die "Totzeit" ist, desto langsamer müssen
die Prozesse sein, die mit dem Näherungsschalter gesteuert werden sollen. Der größte
Teil der "Totzeit" wird für die An- und Abschwingzeiten des Oszillators
benötigt,
da das schlagartige Betätigen der schalterartigen Mittel, beispielsweise zur "künstlichen"
Bedämpfung des Oszillators, einen relativ langsamen Anstieg der Schwingungsamplitude
des Oszillators zur Folge hat.
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Durch die impulsartige Betätigung gemäß Anspruch 2 wird gewissenmaßen
das Anschwingen oder Abschwingen des Oszillators beschleunigt.
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Gemäß Anspruch 3 sind jeweils zum Be- und Entdämpfen getrennte schalterartige
Mittel vorhanden. Dadurch brauchen die schalterartigen Mittel entsprechend den Simulationsphasen
4. und 5. nur nacheinander betätigt zu werden, wobei entsprechend Anspruch 2 die
Simulationsphase 5. impulsartig gestartet wird.
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Am einfachsten läßt sich der Rückführungsimpuls der Simulationsphase
5. aus der differenzierten Rückflanke des Simulationssignals der Simulationsphase
4. ableiten. Es ist jedoch ohne weiteres denkbar, eine separate Simulationsschaltung
für die Simulationsphase 5. zu verwenden, beispielsweise mit Hilfe eines durch das
Simulationssignal der Simulationsphase 4. gesteuerten Impulsgenerators.
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Nachfolgend ist anhand eines Blockschaltbildes ein Näherungsschalter
mit einer Uberwachungseinrichtung beschrieben.
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Der Näherungsschalter besteht aus einem Transistor-Oszillator 10,
einem dem Transistor-Oszillator 10 nachgeschalteten Schaltverstärker 11 mit Hysterese
und einerAusgangsstufe 12 mit Stromversorgung.
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Die Ausgangsstufe 12 weist Anschlußklemmen 13,14 für den Anschluß
an eine Spannungsquelle sowie eine Ausgangsklemme 15 zum Schalten der Last auf.
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Der Betätigungssimulator 16 wird über einen Steueranschluß 17 von
außen angesteuert, beispielsweise mit Hilfe eines nicht dargestellten Taktgenrators,
der im Takt seiner Taktfrequenz
Testsignale sendet, die den Betätigungssimulator
16 anregen, der dann im Takt der Taktfrequenz des Taktgenerators schalterartige
Mittel 18,19 betätigt, die Mittel 20,21 zum Be-oder Entdämpfen des Transistor-Oszillators
10 einschalten.
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Bei den schalterartigen Mitteln 18,19 kann es sich jeweils um Transistoren
handeln, von denen der eine zwecks Bedämpfung des Transistor-Oszillators 10 einen
dem Resonanzkreis des Transistor-Oszillators 10 parallelgeschalteten Widerstand
20 einschaltet und von denen der zweite zwecks Entdämpfung des Transistor-Oszillators
10 einen dem die Obergrenze der Ansprechempfindlichkeit festlegenden Widerstand
22 parallelgeschalteten Widerstand 21 einschaltet. Der Betätigungssimulator 16 ist
über eine Abfrageleitung 23 mit dem Ausgang 15 verbunden. Die schalterartigen Mittel
18,19 werden damit in Abhängigkeit vom Signalzustand des Näherungsschalters betätigt,
also es wird abgefragt, ob der Oszillator 10 gerade be- oder entdämpft ist. Ist
er durch die Steuerfahne bedämpft, wird er "künstlich" entdämpft und umgekehrt,
wenn er durch die Steuerfahne entdämpft ist, wird er "künstlich" bedämpft. Die Betätigung
der schalterartigen Mittel 18,19 kann durch eine Weiche des Betätigungssimulators
16 gesteuert werden, über die die Testsignale laufen und die Betätigung der schalterartigen
Mittel 18,19 auslösen.
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In dem Betätigungssimulator 16 befindet sich eine Differenzierstufe,
die die Rückflanke der Testsignale 25 des außen über den Steuereingang 17 angeschlossenen
Taktgenerators differenziert. Die schalterartigen Mittel 18,19 werden nacheinander
durch die Testsignale 25 und die impulsartigen Rückführungssignale 26 betätigt,
wobei die Rückführungssignale 26 diejenigen schalterartigen Mittel 18,19 betätigen,
die durch die Testsignale 25 nicht betätigt sind.
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Ist beispielsweise der Oszillator 10 durch die Steuerfahne bedämpft,
wird zunächst das entdämpfend wirkende schalterartige Mittel 21 durch das Testsignal
25 und anschließend das bedämpfend wirkende schalterartige Mittel 18 durch das Rückführungssignal
26 betätigt, also stets nach jedem Simulationszyklus der Ausgangszustand des Oszillators
wieder hergestellt.