DE4325406A1 - Näherungsschalter - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Näherungsschalter zur Erfassung der Annäherung von Gegenständen aus metallischem Material nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Ein solcher Näherungsschalter ist z. B. bekannt durch die EP 340 660 A2 sowie die DE- A 37 21 127.

Bei den bekannten Näherungsschaltern wird die elektromagne­ tische Bedämpfung einer Spule erfaßt, welche in einem von einer Konstantspannungsquelle beschickten Schwingkreis einge­ schlossen ist. Der örtliche und/oder Bewegungszustand des metallischen Gegenstandes wird signalisiert durch Erfassung und Auswertung des Spannungsabfalls, der an dem inneren Fühl­ widerstand auftritt, den der Schwingkreis innerhalb der Aus­ werteschaltung bewirkt.

Aufgabe der Erfindung ist es, die Ansprechzeit und Empfind­ lichkeit des Näherungsschalters zu erhöhen.

Die Lösung ergibt sich aus Anspruch 1.

Durch die Lösung wird sichergestellt, daß der Näherungsschal­ ter unabhängig von dem aktuellen örtlichen und Bewegungszu­ stand des metallischen Gegenstandes stets mit derselben Ener­ gie beschickt wird, während bei den bekannten Näherungsschal­ tern eine schwache Bedämpfung auch stets nur eine geringe Energieversorgung und damit ein träges und schwaches Ausgangs­ signal zur Folge hatte. Nach der Erfindung wird der innere Widerstand, den der Schwingkreis innerhalb der Auswerteschal­ tung hat, derart verändert, daß der Strom durch den Schwing­ kreis und damit der zur Messung dienende Strom konstant bleibt. Hierzu wird der Strom gemessen und der als Transistor ausgeführte steuerbare Fühlwiderstand entsprechend angesteuert.

Im folgenden wird ein Ausführungsbeispiel anhand der Zeichnung beschrieben.

Es zeigen:

Fig. 1 das Prinzipbild eines Näherungsschalters;

Fig. 2 Schaltplan des Näherungsschalters;

Fig. 3 Schaltplan des konventionellen Näherungsschalters.

Der Näherungsschalter weist als Grundelement einen Schwing­ kreis 1 auf, der eine Kapazität 3 sowie einen Elektromagneten (Spule 2) enthält. An dem freien Pol der Spule, die nicht durch Eisenkern (Ferritmaterial) abgedeckt ist, wird ein metallischer Gegenstand 4 vorbeigeführt, der ferromagnetische Eigenschaften haben kann, aber nicht haben muß. In Fig. 1 handelt es sich um das Rad eines Getriebes mit einer metallis­ chen Einlage 5. Wenn es sich um das Rad eines Fahrzeugs han­ delt, so fehlt die metallische Einlage. In diesem Falle ist der Näherungsschalter ortsfest angebracht. Das Ausführungs­ beispiel nach Fig. 1 zeigt den Schnitt durch eine Spule. Diese Spule erzeugt ein hochfrequentes Wechselfeld. Durch die ört­ liche Lage der Einlage 5, bzw. durch die örtliche Lage des Rades 4 in bezug auf den ortsfesten Näherungsschalter 3 wird der Schwingkreis, in dem die Spule eingeschlossen ist, mehr oder weniger gedämpft. Durch die Anordnung von zwei Spulen, die nacheinander dem Einfluß der Einlage ausgesetzt sind und deren Dämpfung ermittelt wird, läßt sich neben der Drehzahl bzw. Geschwindigkeit auch die Drehrichtung des Getrieberades 4 bzw. Bewegungsrichtung des Fahrzeugrades 4 feststellen.

Der Näherungsschalter weist weiterhin die Spannungsversor­ gungs- und Auswertschaltung 6 (Auswertschaltung) auf. Diese ist mit dem Schwingkreis elektrisch verbunden. Die Auswert­ schaltung weist einen Spannungsgeber 8 auf, der den Schwingkreis mit einer Spannung (z. B. von konstant 8 Volt) beaufschlagt. In dem elektrischen (Ersatz-)Schaltbild nach Fig. 2 und Fig. 3 ist dargestellt, daß in dem Stromkreis aus Spannungsquelle 8 und Schwingkreis 1 mit den Leitungswider­ ständen 7 sowie mit einem inneren Widerstand 9 des Schwing­ kreises sowie einem Innenwiderstand 10 (Fühlwiderstand) in der Auswerteschaltung zu rechnen ist. Der Stromkreis aus dem Schwingkreis 1, der Spannungsquelle 8, den Leitungswiderstän­ den 7 und dem inneren Widerstand des Schwingkreises 9 ist mit einem Fühlwiderstand 10 verbunden. Der Fühlwiderstand ist gegen die Masse geschaltet. An dem Fühlwiderstand tritt ein Spannungsabfall auf, welcher von der Bedämpfung der Spule des Schwingkreises abhängig ist. Bei der Ausführung des Standes der Technik nach Fig. 3 (entsprechend DIN 19234) ist der Fühlwiderstand konstant. Hier erhöht sich mit der Bedämpfung der Spule des Schwingkreises der Gesamtwiderstand des Strom­ kreises, so daß sich der Strom verringert und dementsprechend auch der Spannungsabfall an dem Fühlwiderstand 10 verringert bzw. vergrößert bei abnehmender Bedämpfung. Gleichzeitig verändert sich damit die für die Messung und Auswertung, d. h. das Wiederanschwingen, zur Verfügung stehende Energie. Dieser Nachteil wird bei der Ausführung nach Fig. 2 vermieden. Hier ist der Fühlwiderstand 10 einstellbar. Es handelt sich z. B. um einen ansteuerbaren Transistor 12. Der Transistor wird anges­ teuert durch ein Meßsignal, welches die Stromstärke in einem zusätzlichen Innenwiderstand 11 mißt in dem Sinne, daß bei abnehmenden Strom auch der Widerstand verringert und damit der Strom durch die Gesamtanordnung konstant gehalten wird. Der Gesamtwiderstand des Stromkreises mit der Spannungsquelle 8, den Leitungswiderständen 7 und dem Schwingkreis 1 bleibt also konstant. Der Spannungsabfall an dem veränderbaren Fühlwider­ stand 10 ändert sich jedoch, da sich auch die Größe des Fühl­ widerstandes ändert. Dieser Spannungsabfall kann daher - wie bisher - als Maß für die Höhe der Bedämpfung des Schwingkrei­ ses erfaßt und ausgewertet werden. Da der Strom konstant bleibt, steht jedoch stets eine ausreichende Energie zur Verfügung.

Der Nachteil der Schaltung beim Stand der Technik ist der, daß sich durch die Bedämpfung durch metallische Gegenstände der Widerstand des Schwingkreises vergrößert und sich hierdurch die am Oszillator anliegende Spannung ebenfalls vergrößert, was der Bedämpfung durch den metallischen Gegenstand entgegen­ wirkt. Umgekehrt schwingt der Schwingkreis nach dem Entdämpfen wegen des konstanten Fühlwiderstandes und der geringeren verfügbaren Energie nur langsam wieder ein. Das System nach dem Stand der Technik ist also sehr träge.

Wird dagegen bei einer Schaltung nach Fig. 2 der Schwingkreis durch ein Metall bedämpft, so wird der Innenwiderstand des Oszillators zwar auch größer, der Gesamtwiderstand der Anord­ nung bleibt jedoch konstant, so daß auch der Strom durch den Schwingkreis konstant bleibt. Es wird hierdurch erreicht, daß der Schwingkreis auf eine Bedämpfung/Entdämpfung sehr kurz­ fristig und feinfühlig anspricht. Es können wegen des kon­ stanten Stromes des Fühlwiderstandes metallische Gegenstände in verhältnismäßig großer Entfernung erfaßt werden, ohne daß Störsignale zu befürchten sind.

Es ist bei Anwendung dieser Erfindung auch möglich, zwei Näherungsschalter in unmittelbarer Nachbarschaft zueinander anzuordnen und die empfangenen Signale gemeinsam auszuwerten, z. B. unter Anwendung einer Schaltung nach RT der DE 37 21 127 C und EP 0 340 660 A (TI 87/01 und 88/05). Es wird dadurch möglich, auch die Bewegungsrichtung von sich vorbeibewegenden metallischen Gegenständen bzw. die Drehrichtung metallischer Gegenstände festzustellen.

Bezugszeichenaufstellung

 1 Schwingkreis
 2 Magnet, Induktivität
 3 Kapazität
 4 Gegenstand, Rad
 5 metallisches Material, Einlage
 6 Auswertschaltung
 7 Leitungswiderstand
 8 Wechselspannungsversorgung, Konstantspannung
 9 innerer Widerstand des Schwingkreises
10 Fühlwiderstand
11 Stromfühler
12 Rückführung, ansteuerbarer Transistor

Claims (1)

1. Näherungsschalter zur Erfassung der Annäherung eines Gegenstandes aus metallischem Material,
   mit einem Schwingkreis, der an den Polen der eingeschlos­ senen Spule ein hochfrequentes Feld erzeugt,
   und mit einer Auswertschaltung, in der der Schwingkreis und ein Fühlwiderstand zur Ermittlung und Auswertung der Bedämpfung des Schwingkreises durch den Gegenstand einge­ schlossen ist,
   dadurch gekennzeichnet, daß der Fühlwiderstand derart in Abhängigkeit von dem gemes­ senen Strom des Fühlerwiderstandes gesteuert wird, daß der Gesamtwiderstand der Auswertschaltung konstant bleibt und daß der Spannungsabfall an dem Fühlwiderstand ge­ messen und als Ausgangssignal ausgewertet wird.