DE4023502A1 - Elektronisches schaltgeraet - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein elektronisches Schaltgerät, z. B. einen indukti­ ven, kapazitiven oder optoelektronischen Näherungsschalter oder einen Strö­ mungswächter, mit einem von außen beeinflußbaren Anwesenheitsindikator, z. B. einen Oszillator, mit einem dem Anwesenheitsindikator nachgeordneten Schalt­ verstärker, mit einem von dem Anwesenheitsindikator über den Schaltverstärker steuerbaren elektronischen Schalter, z. B. einem Transistor, einem Thyristor oder einem Triac, mit einer vier Gleichrichterelemente aufweisenden Gleich­ richterbrücke und mit zwei Versorgungsanschlüssen, wobei der Schaltverstär­ ker zwei antivalente Steuerausgänge aufweist. Dabei kann es sich um ein Zwei­ leiter-Schaltgerät, aber auch um ein Dreileiter-Schaltgerät - mit zwei Ver­ sorgungsanschlüssen und mit einem zusätzlichen Signalausgang - handeln.

Elektronische Schaltgeräte der hier grundsätzlich in Rede stehenden Art sind kontaktlos ausgeführt und werden seit nunmehr etwa zwanzig Jahren in zunehmendem Maße anstelle von elektrischen, mechanisch betätigten Schalt­ geraten, die kontaktbehaftet ausgeführt sind, verwendet, insbesondere in elektrischen bzw. elektronischen Meß-, Steuer- und Regelkreisen. Das gilt insbesondere für sog. Näherungsschalter, d. h. für elektronische Schaltge­ räte, die berührungslos arbeiten. Mit solchen Näherungsschaltern wird indi­ ziert, ob sich ein Beeinflussungselement, für das der entsprechende Nähe­ rungsschalter sensitiv ist, dem Näherungsschalter hinreichend weit genähert hat. Hat sich nämlich ein Beeinflussungselement, für das der entsprechende Näherungsschalter sensitiv ist, dem Näherungsschalter hinreichend weit ge­ nähert, so steuert der einen wesentlichen Bestandteil des Näherungsschal­ ters bildende Anwesenheitsindikator den elektronsichen Schalter um; bei einem als Schließer ausgeführten Schaltgerät wird der nichtleitende elektro­ nische Schalter nunmehr leitend, während bei einem als Öffner ausgeführten Schaltgerät der leitende elelektronische Schalter nunmehr sperrt. (Mit Schalt­ geräten der in Rede stehenden Art kann auch indiziert werden, ob eine physi­ kalische Größe eines Beeinflussungsmediums, für die das Schaltgerät sensitiv ist, einen entsprechenden Wert überschreitet oder unterschreitet).

Wesentlicher Bestandteil von elektronischen Schaltgeräten der zuvor beschrie­ benen Art ist also u. a. der von außen beeinflußbare Anwesenheitsindikator.

Als Anwesenheitsindikator kann z. B. ein induktiv oder kapazitiv beein­ flußbarer Oszillator vorgesehen sei; es handelt sich dann um induktive oder kapazitive Näherungsschalter (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, 27 44 785, 29 43 911, 30 04 829, 30 38 692, 31 20 884, 32 09 673, 32 38 396, 33 20 975, 33 26 440, 33 27 329, 34 20 236, 34 27 498, 35 19 714, 36 05 499, 37 22 334, 37 22 335, 37 22 336, 37 23 008).

Als Anwesenheitsindikator kann auch ein Fotowiderstand, eine Fotodiode oder ein Fototransistor vorgesehen sein; es handelt sich dann um optoelektronische Näherungsschalter (vgl. z. B. die deutschen Offenlegungsschriften 28 24 582, 30 38 102, 33 27 328, 35 14 643, 35 18 025, 36 05 885).

Als Anwesenheitsindikator kann schließlich auch eine Temperaturmeßschaltung vorgesehen sein; es handelt sich dann um Strömungswächter (vgl. z. B. die deutschen Offenlegungsschriften 37 13 981, 38 11 728, 38 25 059, 39 11 008, 39 43 437).

Bei induktiven Näherungsschaltern gilt für den Oszillator, solange ein Metall­ teil 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 vorgeschriebe­ nen Abstand, so führt die zunehmende Bedämpfung des Oszillators zu einer Verringerung des Verstärkungsfaktors V, d. h. die Amplitude der Oszillator­ schwingung geht zurück bzw. der Oszillator hört auf zu schwingen. Bei kapa­ zitiven Näherungsschaltern gilt für den Oszillator, solange ein Ansprechkörper die Kapazität zwischen einer Ansprechelektrode und einer Gegenelektrode 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 be­ ginnt zu schwingen. Bei beiden Ausführungsformen - induktiver Näherungs­ schalter und kapazitiver Näherungsschalter - wird abhängig von den unter­ schiedlichen Zuständen des Oszillators der elektronische Schalter, z. B. ein Transistor, ein Thyristor oder ein Triac, gesteuert.

Optoelektronische Näherungsschalter weisen einen Lichtsender und einen Licht­ empfänger auf und werden auch als Lichtschranken bezeichnet. Dabei unter­ scheidet 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 zurückreflek­ tiert. In beiden Fällen spricht der Anwesenheitsindikator an, wenn der norma­ lerweise vom Lichtsender zum Lichtempfänger gelangende Lichtstrahl durch ein in die Überwachungsstrecke gelangtes Beeinflussungselement unterbrochen wird. Es gibt jedoch auch Lichtschranken des zuletzt beschriebenen Lichtschranken­ typs, bei dem der vom Lichtsender kommende Lichtstrahl nur durch ein entspre­ chendes Beeinflussungselement zum Lichtempfänger zurückreflektiert wird.

Im folgenden wird als Beispiel immer ein induktiver Näherungsschalter behandelt. Gleichwohl gelten alle Ausführungen jedoch immer auch für andere Arten von elektronischen Schaltgeräten der eingangs beschriebenen und zuvor erläuterten Art, insbesondere für kapazitive und optoelektronische Näherungsschalter und für Strömungswächter.

Elektronische Schaltgeräte der in Rede stehenden Art werden - wie elektrische, mechanisch betätigte Schaltgeräte - sowohl als Schließer (im beeinflußten Zu­ stand des Anwesenheitsindikators ist der elektronische Schalter leitend) als auch als Öffner (im beeinflußten Zustand des Anwesenheitsindikators ist der elektronische Schalter nicht-leitend) benötigt.

Da es nun aus Lagerhaltungsgründen unerwünscht ist, einerseits als Schließer, andererseits als Öffner ausgebildete eletronische Schaltgeräte einzusetzen, gibt es eine Vielzahl von elektronischen Schaltgeräten der in Rede stehenden Art, die sowohl als Schließer als auch als Öffner eingesetzt werden können. Insbesondere gibt es elektronische Schaltgeräte, die "anschlußprogrammierbar" sind (vgl. die DE-OSen 31 23 828 und 32 14 836). "Anschlußprogrammierbar" meint dabei, daß durch einen bestimmten Anschluß des Schaltgerätes an die Versorgungsspannung festgelegt wird, ob das Schaltgerät als Schließer oder als Öffner arbeitet.

Im einzelnen sind unterschiedliche Arten von "anschlußprogrammierbaren" elek­ tronischen Schaltgeräten bekannt. Bei einer ersten Ausführungsform sind - statt der eigentlich nur benötigten zwei - drei oder vier Versorgungsan­ schlüsse vorgesehen. Abhängig davon, ob die Versorgungsspannung an den ersten und den zweiten Versorgungsanschluß oder an den ersten und den dritten Ver­ sorgungsanschluß (Fig. 1 und 3 der DE-OS 31 23 828, Fig. 2 der DE-OS 32 14 836) bzw. an den ersten und den zweiten Versorgungsanschluß oder an den dritten und den vierten Versorgungsanschluß (Fig. 4 der DE-OS 31 23 828) angeschlos­ sen wird, arbeitet das Schaltgerät als Schließer oder als Öffner (oder umge­ kehrt). Bei einer zweiten Ausführungsform, die unter der Bezeichnung "qua­ dronorm" am Markt erhebliche Beachtung gefunden hat, sind nur die benötigten zwei Versorgungsanschlüsse vorhanden. Abhängig davon, ob die positive Ver­ sorgungsspannung an den ersten und die negative Versorgungsspannung an den zweiten Versorgungsanschluß oder die negative Versorgungsspannung an den ersten und die positive Versorgungsspannung an den zweiten Versorgungsan­ schluß angelegt wird, arbeitet das "Quadronorm"-Schaltgerät als Öffner oder als Schließer (oder umgekehrt).

Einerseits ist bei den zuvor im einzelnen beschriebenen "anschlußprogrammier­ baren" Schaltgeräten - als Teil des Schaltverstärkers oder zwischen dem Schalt­ verstärker und dem elektronischen Schalter - ein Exklusiv-ODER-Gatter erfor­ derlich und weisen kommerzielle integrierte Schaltkreise (EC′s), die für elek­ tronische Schaltgeräte der hier in Rede stehenden Art umfangreich verwendet werden, in der Regel kein Exklusiv-ODER-Gatter auf. Andererseits gibt es eine Vielzahl von speziell für elektronische Schaltgeräte der hier in Rede stehen­ den Art entwickelten integrierten Schaltkreisen, bei denen der Schaltverstär­ ker zwei antivalente Steuerausgänge aufweist (vgl. die integrierten Schalt­ kreise TCA 205 und TCA 305 von Siemens und den integrierten Schaltkreis TDE 0160 von THOMSON-CSF).

Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, eine weitere Ausführungsform eines "anschlußprogrammierbaren" elektronischen Schaltgerätes anzugeben, also das eingangs beschriebene elektronische Schaltgerät so auszugestalten und weiterzubilden, daß es "anschlußprogrammierbar" ist.

Das erfindungsgemäße Schaltgerät, bei dem die zuvor hergeleitete und aufge­ zeigte Aufgabe gelöst ist, ist nun zunächst und im wesentlichen dadurch ge­ kennzeichnet, daß ein weiterer elektronischer Schalter vorgesehen ist, die beiden elektronischen Schalter antivalent von den beiden antivalenten Steuer­ ausgängen des Schaltverstärkers steuerbar sind und dafür gesorgt ist, daß in den beiden elektronischen Schaltern der Strom jeweils nur in einer Richtung fließen kann, und zwar in unterschiedlichen Richtungen in den beiden Schaltern. Erfindungsgemäß ist also erkannt worden, daß die bei integrierten Schaltkrei­ sen für elektronische Schaltgeräte der in Rede stehenden Art häufig vorhan­ denen antivalenten Steuerausgänge des Schaltverstärkers in überraschend ein­ facher Weise in Verbindung mit einem weiteren elektronischen Schalter dazu verwendet werden können, ein "anschlußprogrammierbares" Schaltgerät zu rea­ lisieren, ohne daß es eines Exklusiv-ODER-Gatters bedarf.

Einerseits ist eingangs ausgeführt worden, daß als elektronischer Schalter ein Transistor, ein Thyristor oder ein Triac verwendet werden kann. Anderer­ seits gehört zur Lehre der Erfindung, daß dafür gesorgt sein muß, daß in den beiden elektronischen Schaltern der Strom jeweils nur in einer Richtung fließen kann, und zwar in unterschiedlichen Richtungen in den beiden Schaltern. Die zuletzt genannte erfindungsgemäße Maßnahme läßt sich sowohl mit Transistoren als auch mit Thyristoren als auch mit Triacs verwirklichen, mit Triacs jeden­ falls dann, wenn durch zusätzliche Stromrichtungsdioden dafür gesorgt wird, daß der Strom jeweils nur in einer Richtung fließen kann. In allen Fällen empfiehlt es sich, die beiden elektronischen Schalter mit unterschiedlichen Stromdurchlaßrichtungen zueinander parallel an die beiden Versorgungsan­ schlüsse anzuschließen.

Bei dem erfindungsgemäßen elektronischen Schaltgerät werden als elektronische Schalter vorzugsweise Transistoren verwendet. Dann muß verhindert werden, daß es zu Stromflüssen oder gar Stromdurchbrüchen zwischen den Transistoran­ schlüssen kommt, zwischen denen normalerweise kein Strom fließt. Dazu kann jeweils zwischen dem Emitter oder dem Kollektor eines Transistors und dem zugeordneten Versorgungsanschluß eine in Durchlaßrichtung geschaltete Schutz­ diode vorgesehen sein. Es können jedoch auch jeweils der Basis und dem Kollek­ tor jedes Transistors eine in Durchlaßrichtung geschaltete Schutzdiode vor­ geschaltet sein.

Im folgenden wird nun die Erfindung anhand einer lediglich Ausführungsbei­ spiele darstellenden Zeichnung nochmals - und ergänzend - erläutert; es zeigt

Fig. 1 ein Schaltbild einer ersten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen elektronischen Schaltgerätes,

Fig. 2 ein Schaltbild einer zweiten Ausführungsform eines erfindungsge­ mäßen elektronischen Schaltgerätes und

Fig. 3 ein Schaltbild einer dritten Ausführungsform eines erfindungsge­ mäßen elektronischen Schaltgerätes.

In den Figuren sind jeweils nur Schaltungsdetails von erfindungsgemäßen elek­ tronischen Schaltgeräten, in den Ausführungsbeispielen von induktiven Nähe­ rungsschaltern, dargestellt, die für das Verständnis der erfindungsgemäßen Lehre erforderlich sind.

Zu den in den Figuren dargestellten elektronischen Schaltgeräten gehören ein von außen beeinflußbarer Anwesenheitsindikator, bei induktiven Näherungsschal­ tern also ein Oszillator 1, ein dem Anwesenheitsindikator nachgeordneter Schaltverstärker 2, ein von dem Anwesenheitsindikator über den Schaltverstär­ ker steuerbarer elektronischer Schalter, eine vier Gleichrichterelemente aufweisende Gleichrichterbrücke 3 und zwei Versorgungsanschlüsse 4, 5. Dabei weist jeweils der Schaltverstärker 2 zwei antivalente Steuerausgänge 6, 7 auf.

Wie allen Figuren entnommen werden kann, ist ein weiterer elektronischer Schalter vorgesehen, sind die beiden elektronischen Schalter antivalent von den beiden antivalenten Steuerausgängen 6, 7 des Schaltverstärkers 2 steuer­ bar und ist dafür gesorgt, daß in den beiden elektronischen Schaltern der Strom jeweils nur in einer Richtung fließen kann, und zwar in unterschied­ lichen Richtungen in den beiden Schaltern. Die beiden elektronischen Schal­ ter sind mit unterschiedlichen Stromdurchlaßrichtungen zueinander parallel an die beiden Versorgungsanschlüsse 4, 5 angeschlossen.

Bei allen in den Figuren dargestellen Ausführungsbeispielen sind als elektro­ nische Schalter Transistoren 8, 9 verwendet. Dabei ist die Funktionsfähig­ keit der mit Transistoren 8, 9 als elektronische Schalter versehenen erfin­ dungsgemäßen elektronischen Schaltgeräte in den dargestellten Ausführungsbei­ spielen unterschiedlich sichergestellt.

Bei dem in Fig. 1 dargestellten Ausführungsbeispiel ist jeweils zwischen dem Emitter 10, 11 des Transistors 8, 9 und dem zugeordneten Versorgungsanschluß 4, 5 eine in Durchlaßrichtung geschaltete Schutzdiode 12, 13 vorgesehen. Im Aus­ führungsbeispiel nach Fig. 2 sind jeweils der Basis 14, 15 und dem Kollek­ tor 16, 17 jedes Transistors 8, 9 eine in Durchlaßrichtung geschaltete Schutz­ diode 18, 19 bzw. 20, 21 vorgeschaltet. Bei dem in Fig. 3 dargestellten Aus­ führungsbeispiel ist jeweils zwischen dem Kollektor 16, 17 des Transistors 8, 9 und dem zugeordneten Versorgungsanschluß 5, 4 eine in Durchlaßrichtung ge­ schaltete Schutzdiode 12, 13 vorgesehen.

Bei allen in den Figuren dargestellten Ausführungsbeispielen erfindungsge­ mäßer elektronischer Schaltgeräte handelt es sich um sogenannte Zweileiter- Schaltgeräte. Einerseits dienen also die Versorgungsanschlüsse 4, 5 der Ver­ sorgung der elektronischen Schaltgeräte, d. h. des Oszillators 1 und des Schaltverstärkers 2, mit der für die Funktionsfähigkeit erforderlichen elek­ trischen Energie. Andererseits sind die Versorgungsanschlüsse 4, 5 zugleich die Schaltausgänge der elektronischen Schaltgeräte; im leitenden Zustand ei­ nes der beiden elektronischen Schalter, also des Transistors 8 oder des Tran­ sistors 9, fließt also der Laststrom eines nicht dargestellten elektrischen Verbrauchers über die Versorgungsanschlüsse 4, 5. Folglich sind Maßnahmen re­ alisiert, die im leitenden Zustand des Transistors 8 bzw. des Transistors 9 sicherstellen, daß für den Anwesenheitsindikator, also für den Oszillator 1 und für den Schaltverstärker 2 die notwendige elektrische Energie, Speise­ spannung und Speisestrom zur Verfügung steht.

Im Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 ist zwischen dem jeweiligen Versorgungsan­ schluß 5, 4 und dem Kollektor 16, 17 des Transistors 8, 9 eine die Speise­ spannung bzw. den Speisestrom für den Anwesenheitsindikator, also für den Oszillator 1 und den Schaltverstärker 2 sicherstellende Zehnerdiode 22, 23 vorgesehen. Bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 2 sind die Zehnerdioden 22, 23 zwischen dem jeweiligen Versorgungsanschluß 5, 4 und der Anode 24, 25 der Schutzdiode 20, 21 vorgesehen. Im Ausführungsbeispiel nach Fig. 3 sind die Zehnerdioden 22, 23 zwischen der Basis 14, 15 jedes Transistors und dem zu­ geordneten Steuerausgang 6, 7 des Schaltverstärkers 2 vorgesehen.

Im übrigen ist bei allen in den Figuren dargestellten Ausführungsbeispielen die Gleichrichterbrücke 3 eingangsseitig an die Versorgungsanschlüsse 4, 5 und ausgangsseitig - in den Ausführungsbeispielen nach den Fig. 1 und 2 über einen Strom- und/oder Spannungsregler 26 - an den Anwesenheitsindikator, also den Oszillator 1, und den Schaltverstärker 2 angeschlossen.

Schließlich zeigt die Fig. 3 noch, daß bei dem dort dargestellten Ausführungs­ beispiel zwischen dem Versorgungsanschluß 4 und der Basis 14 des Transistors 8 sowie zwischen dem Versorgungsanschluß 5 und der Basis 15 des Transistors 9 jeweils ein Pullup-Widerstand 27, 28 vorgesehen ist und daß zwischen der Ba­ sis 14 des Transistors 8 und dem Steuerausgang 6 des Schaltverstärkers 2 ei­ ne Leuchtdiode 29 mit einem in Reihe geschalteten Schutzwiderstand 30 vorge­ sehen sind.

Claims (7)

1. Elektronisches Schaltgerät, insbesondere induktiver, kapazitiver oder opto­ elektronischer Näherungsschalter oder Strömungswächter, mit einem von außen beeinflußbaren Anwesenheitsindikator, z. B. einem Oszillator, mit einem dem Anwesenheitsindikator nachgeordneten Schaltverstärker, mit einem von dem An­ wesenheitsindikator über den Schaltverstärker steuerbaren elektronischen Schalter, z. B. einen Transistor, einem Thyristor oder einem Triac, mit ei­ ner vier Gleichrichterelemente aufweisenden Gleichrichterbrücke und mit zwei Versorgungsanschlüssen, wobei der Schaltverstärker zwei antivalente Steuer­ ausgänge aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß ein weiterer elektronischer Schalter vorgesehen ist, die beiden elektronischen Schalter antivalent von den beiden antivalenten Steuerausgängen (6, 7) des Schaltverstärkers (2) steuerbar sind und dafür gesorgt ist, daß in den beiden elektronischen Schal­ tern der Strom jeweils nur in einer Richtung fließen kann, und zwar in un­ terschiedlichen Richtungen in den beiden Schaltern.

2. Elektronisches Schaltgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden elektronischen Schalter mit unterschiedlichen Stromdurchlaßrich­ tungen zueinander parallel an die beiden Versorgungsanschlüsse (4, 5) ange- schlossen sind.

3. Elektronisches Schaltgerät nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß als elektronische Schalter Transistoren (8, 9) verwendet sind und jeweils zwischen dem Emitter (10, 11) oder dem Kollektor (16, 17) des Transistors (8, 9) und dem zugeordneten Versorgungsanschluß (4, 5) eine in Durchlaßrich­ tung geschaltete Schutzdiode (12, 13) vorgesehen ist.

4. Elektronisches Schaltgerät nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß als elektronische Schalter Transistoren (8, 9) verwendet sind und jeweils der Basis (14, 15) und dem Kollektor (16, 17) jedes Transistors (8, 9) eine in Durchlaßrichtung geschaltete Schutzdiode (18, 19, 20, 21) vorgeschaltet sind.

5. Elektronisches Schaltgerät nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem jeweiligen Versorgungsanschluß (5, 4) und dem Kollektor (16, 17) des Transistors (8, 9) oder der Anode (24, 25) der Schutzdiode (20, 21) oder jeweils zwischen der Kathode der Schutzdiode und dem Kollektor des Tran­ sistors eine die Speisespannung bzw. den Speisestrom für den Anwesenheitsin­ dikator und den Schaltverstärker (2) sicherstellende Zehnerdiode (22, 23) vorgesehen ist.

6. Elektronisches Schaltgerät nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen der Basis (14, 15) jedes Transistors (8, 9) und dem zugeordneten Steuerausgang (6, 7) des Schaltverstärkers eine die Speisespannung bzw. den Speisestrom für den Anwesenheitsindikator und den Schaltverstärker (2) sicher­ stellende Zehnerdiode (22, 23) vorgesehen ist.

7. Elektronisches Schaltgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Gleichrichterbrücke (3) eingangsseitig an die Versor­ gungsanschlüsse (4, 5) und ausgangsseitig - ggf. über einen Strom- und/oder Spannungsregler (26) - an den Anwesenheitsindikator und den Schaltverstär­ ker (2) angeschlossen ist.