DE4335895C2 - Schaltungsanordnung zur Auswertung der Schalterstellung eines Drückerschalters - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung zur Auswertung der Schal­ terstellung eines Drückerschalters.

Drückerschalter werden in der Regel in Elektrogeräte eingesetzt und dienen dort als Sollwertgeber für mechanische Größen, beispielsweise für die Drehzahl. In der Regel ist ein solcher Drückerschalter über eine Zahnstange mit einer Potentiometeranordnung verbunden. Eine solche Anordnung ist in ihrer Herstellung sehr teuer und außerdem zeigt sie im Laufe der Zeit eine hohe mechanische Abnutzung.

Aus der Druckschrift DE 38 13 734 C2 ist ein induktiver Näherungsfühler be­ kannt, der einen Schwingkreis mit einem Kondensator und einer durch ein abzutastendes Objekt beeinflußbaren Spule aufweist. Dieser Schwingkreis wird zyklisch mit einer Energiequelle zur Erzeugung von gedämpften Schwingungen verbunden, deren Amplituden von dem abzutastenden Ob­ jekt abhängen. Um die Nähe eines elektrisch leitenden Objektes zu bestim­ men, wird diejenige Zeitdauer gemessen, während der eine Halbperiode des Meßsignals einen bestimmten Schwellenwert übersteigt. Der Aufbau ei­ ner entsprechenden Auswerteschaltung ist sehr hoch, da neben einer De­ tektor-, Zähler- und Logikschaltung auch eine exakte Referenzspannung be­ reitzustellen ist.

Ein weiterer Näherungsschalter ist auch aus der Druckschrift DE-OS 29 25 581 bekannt, der zur berührungslosen Schaltstellungsüberwachung an hydrauli­ schen und pneumatischen Ventilen verwendet wird. Dabei wird durch die Bewegung des Steuer- und Regelorgans des Ventils die Bedämpfung einer Oszillatorspule des induktiven Näherungsschalters derart geändert, daß beim Erreichen der zu überwachenden Schaltstellung die Bedämpfung der Oszillatorspule soweit absinkt, daß die entsprechende Oszillatorschaltung an­ schwingt und ein entsprechendes elektrisches Signal abgibt. Eine Auswer­ tung dieses elektrischen Signales ist bei diesem bekannten induktiven Nähe­ rungsschalter nicht vorgesehen.

Daher besteht die Aufgabe der vorliegenden Erfindung darin, eine Schal­ tungsanordnung zur Auswertung der Schalterstellung eines Drückerschalters gemäß der eingangs genannten Art anzugeben, die einen einfachen Aufbau aufweist und mit wenig mechanisch bewegten Teilen auskommt.

Diese Aufgabe wird gemäß den Merkmalen des Patentanspruches 1 gelöst. Hiernach bildet die in Abhängigkeit der Drückerstellung sich ändernde In­ duktivität zusammen mit einem geeigneten kapazitiven Element einen elek­ trischen Schwingkreis. Zur Erfassung der Drückerstellung sind erste Schal­ tungsmittel vorgesehen, die einen Impuls zur Anregung des Schwingkreises erzeugen. Die Dämpfungswirkung des Schwingkreises hängt von dem Spu­ lenwiderstand und somit von der Induktivität der Spule ab, die ihrerseits ein Maß für die Drückerstellung darstellt. Mit Hilfe von zweiten Schaltungsmit­ teln wird nach Ablauf einer bestimmten Zeitdauer nach Anstoß des Schwingkreises der Wert der Amplitude einer gleichgerichteten und geglät­ teten Schwingung des Schwingkreises festgestellt, der nunmehr als Istwert ein Maß für die Stellung des Drückers des Drückerschalters darstellt.

Wird eine solche Drückerschaltung in einem Elektrowerkzeug, beispielsweise einer Bohrmaschine, eingesetzt, stellt dieser Istwert einen Sollwert für die Drehzahl dar.

Diese erfindungsgemäße Schaltungsanordnung kommt mit einer minimalen Anzahl von bewegten Teilen aus, so daß hierdurch die Funktion über eine lange Zeitdauer gesichert ist. Weiterhin ergeben sich durch den Ersatz der mechanisch bewegten Teile durch elektronische Bauelemente geringere Herstellungskosten. Schließlich werden auch durch diese erfindungsgemäße Schaltungsanordnung in hohem Maße reproduzierbare Istwerte der Drücker­ stellung erzeugt.

Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist ein Schalter vor­ gesehen, über den der Schwingkreis für eine bestimmte Zeitdauer an eine Spannungsquelle angeschlossen wird, wodurch eine Schwingung angeregt wird. Zur Steuerung dieses Schalters wird insbesondere eine Kippstufe vor­ geschlagen, deren Zustandswechsel das Schließen des Schalters bewirkt. Bei­ spielsweise kann als Kippstufe eine monostabile Kippstufe eingesetzt wer­ den, wobei der Schalter während der Dauer des instabilen Zustandes ge­ schlossen ist.

Bei einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung umfassen die zweiten Schaltungsmittel einen Schalter, ein Gleichrichterelement, das den Schalter mit dem Schwingkreis verbindet, sowie eine Abtast-Halte-Schaltung (sample and hold) mit einem Kondensator, wobei mittels dieses Schalters der Schwingkreis für eine bestimmte Zeitdauer mit der Abtast-Halte- Schaltung verbunden wird. Vorzugsweise wird dieser Schalter von einer Kippstufe derart gesteuert, daß deren Zustandswechsel zum Schließen die­ ses Schalters führt, wobei diese Kippstufe ihrerseits von der erstgenannten Kippstufe angesteuert wird. Vorzugsweise kann für diese Kippstufe ebenfalls eine monostabile Kippstufe eingesetzt werden. Insbesondere erfolgt die Ansteuerung der zweiten Kippstufe derart, daß sie mit der abfallenden Flanke des Ausgangsimpulses der ersten Kippstufe in den instabilen Zustand zeitverzögert gesteuert wird.

Schließlich kann als induktives Element des Drückerschalters eine Tauchspule vorgesehen werden, in die ein ferromagnetischer Kern proportional zur Drückerstellung eintaucht, wodurch die Induktivität dieser Tauchspule er­ höht wird.

Im folgenden soll die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispieles im Zu­ sammenhang mit den Zeichnungen dargestellt und erläutert werden. Es zei­ gen:

Fig. 1 eine schematische Darstellung eines Drückerschalters mit Tauchspule,

Fig. 2 ein Ausführungsbeispiel der erfin­ dungsgemäßen Auswertungsschaltung und

Fig. 3 und 4 Spannungs-Zeitdiagramme der Schal­ tung nach Fig. 2.

Die Fig. 1 zeigt einen bekannten Drückerschalter mit einer Tauchspule 2, in die ein ferromagnetischer Kern 3 eintaucht, der seinerseits mit einer Drückerkappe 4 fest verbunden ist. Wird diese Drückerkappe 4 in Rich­ tung des Pfeiles gedrückt, taucht gleichzeitig der Kern 3 in die Tauchspule 2 ein, wodurch sich deren Indukti­ vität und somit auch deren Spulenwiderstand erhöht.

In Fig. 2 ist mit dem Bezugszeichen 1 eine Tauchspule nach Fig. 1 angedeutet, wobei die Spule 2 mit verän­ derlicher Induktivität zusammen mit einem Kondensator 5 einen elektrischen Schwingkreis bildet. Über einen den Kondensator 5 mit der Spule 2 verbindenden Schaltungs­ knoten kann der Schwingkreis über einen einen Schalter S1 aufweisenden Schaltungszweig mit einer Betriebsspan­ nungsquelle V_cc verbunden werden. Ferner ist ein weite­ rer Schaltungszweig vorgesehen, der den genannten Schaltungsknoten über ein Gleichrichterelement 8 mit einem zweiten Schalter S2 verbindet, der seinerseits eine Verbindung zu einer Abtast-Halte-Schaltung 9 her­ stellt. Diesem Gleichrichterelement 8 wird eine Ein­ gangsspannung U_e zugeführt, die als gleichgerichtete Spannung U_a an der Kathode dieses Gleichrichterelemen­ tes anliegt.

Der erstgenannte Schalter S1 wird von einer monostabi­ len Kippstufe 6 angesteuert, indem dieser geschlossen wird, falls diese Kippstufe aufgrund eines ihrem Ein­ gang zugeführten Steuerimpulses U_s in ihren nichtstabi­ len Zustand fällt. Auch der zweite Schalter S2 wird von einer monostabilen Kippstufe 7 in gleicher Weise ange­ steuert, die ihrerseits an den Ausgang der erstgenann­ ten Kippstufe 6 angeschlossen ist, wobei die negative Flanke des Ausgangsimpulses der Kippstufe 6 zeitverzö­ gert einen Pegelwechsel am Ausgang der Kippstufe 7 be­ wirkt. Den zeitlichen Verlauf der Einschaltvorgänge dieser beiden Schalter S1 und S2 zeigen die Fig. 3a und 3b.

Der aus der Spule 2 und dem Kondensator 5 bestehende LC-R-Kreis wird zur Erzeugung von gedämpften Schwingun­ gen angeregt, wenn der erste Schalter S1 aufgrund des Steuerimpulses U_s zu einem ersten Zeitpunkt t₁ für eine bestimmte Zeitdauer Δt₁, die der Dauer des nichtstabi­ len Zustandes der monostabilen Kippstufe 6 entspricht, geschlossen wird. Damit entstehen gedämpfte Schwingun­ gen gemäß den U_e-t-Diagrammen der Fig. 3b und 4b, wobei der gedämpften Schwingung nach Fig. 4b eine hö­ here Induktivität zugrundeliegt als derjenigen nach Fig. 4a.

Mit dem Rückfall in den stabilen Zustand wird jedoch die zweite monostabile Kippstufe 7 zeitverzögert ange­ steuert, die nun für eine zweite Zeitdauer Δt₂ den zweiten Schalter S2 bis zu einem Zeitpunkt t₂ geschlos­ sen hält. Dadurch werden die von dem Gleichrichterele­ ment 8 gleichgerichteten Amplituden der Schwingkreis­ schwingungen auf die Abtast- und Halte-Schaltung 9 ge­ führt. Die gleichgerichtete Spannung U_a zeigen die Fig. 3c und 4c. Die Ausgangsspannung dieser Schaltung 9 folgt zunächst dem Wert der ihr zugeführten Spannung, die einen Verlauf gemäß den Fig. 3d und 4d aufweist, da die gleichgerichtete Spannung U_a durch einen Konden­ sator C geglättet wird. Im ausgeschalteten Zustand des zweiten Schalters S2 wird jedoch der Spannungswert im Ausschaltaugenblick, also im Zeitpunkt t₂, gespeichert. Dieser Wert U_ist verhält sich proportional zur augen­ blicklichen Induktivität der Spule 2, dementsprechend ist dieser Wert U_ist nach Fig. 4d größer als nach Fig. 3d und stellt daher ein Maß für die augenblickliche Drückerstellung dar. Ferner weist dieser Wert U_ist eine hohe Linearität bzgl. der Drückerstellung auf.

Bei Einbau in ein Elektrogerät wird mit dem Drücker­ schalter 1 eine mechanische Größe, also deren Sollwert eingestellt. Eine solche Abfrage wird durch einen an die monostabile Kippstufe 6 angelegten Impuls U_s ange­ legt, der dann die gedämpfte Schwingung des Schwing­ kreises auslöst. Der ausgegebene Istwert der Drücker­ stellung wird daher als Sollwert für die eingestellte mechanische Größe, die beispielsweise die Drehzahl dar­ stellen kann, weiterverarbeitet.

Claims (8)

1. Schaltungsanordnung zur Auswertung der Schalterstellung eines Drücker­ schalters (1), der ein induktives Element (2) enthält, dessen Induktivität sich in Abhängigkeit der Drückerstellung ändert, mit folgenden Merkmalen:

• a) es ist ein kapazitives Element (5) vorgesehen, das zusammen mit dem induktiven Element (2) des Drückerschalters (1) einen elektrischen Schwingkreis bildet,
• b) ferner sind erste Schaltungsmittel (S1, 6) vorgesehen, die zu einem ersten Zeitpunkt (t₁) eine gedämpfte Schwingung des Schwingkreises erzeugen und
• c) schließlich sind zweite Schaltungsmittel (S2, 7, 8, 9) vorgesehen, die die gedämpfte Schwingung gleich richten und glätten, und die in ei­ nem späteren, zweiten Zeitpunkt (t₂) die Amplitude der gleichge­ richteten und geglätteten Schwingung feststellen, deren Wert als Ist­ wert (U_ist) ein Maß für die Stellung des Drückers des Drückerschalters (1) darstellt.

2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, wobei die ersten Schaltungsmittel einen Schalter (S1) umfassen, über den der Schwingkreis für eine erste Zeit­ dauer (Δt₁) im Anschluß an den ersten Zeitpunkt (t₁) an eine Spannungs­ quelle (V_cc) anschließbar ist.

3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 2, wobei zur Steuerung des Schal­ ters (S1) die ersten Schaltungsmittel eine Kippstufe (6) umfassen, deren Zu­ standswechsel zum Schließen des Schalters (S1) führt.

4. Schaltungsanordnung nach Anspruch 3, wobei die Kippstufe (6) eine monostabile Kippstufe darstellt, die sich während der ersten Zeitdauer (Δt₁) im instabilen Zustand befindet.

5. Schaltungsanordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die zweiten Schaltungsmittel einen Schalter (S2), ein Gleichrichterelement (8) sowie eine Abtast-Halte-Schaltung (9) mit einem Kondensator (C) umfassen, wobei zwischen dem Schalter (S2) und dem Schwingkreis das Gleichrichter­ element (8) geschaltet ist, der Schalter (S2) für eine bestimmte zweite Zeit­ dauer (Δt₂) den Schwingkreis mit der Abtast-Halte-Schaltung (9) verbindet und am Ausgang dieser Abtast-Halte-Schaltung (9) der Istwert (U_ist) der Drückerstellung im zweiten Zeitpunkt (t₂) an liegt.

6. Schaltungsanordnung nach Anspruch 5, wobei zur Steuerung des Schal­ ters (52) eine Kippstufe (7) vorgesehen ist, deren Zustandswechsel zum Schließen dieses Schalters (S2) führt, und wobei diese Kippstufe (7) von der Kippstufe (6) der ersten Schaltungsmittel zeitverzögert angesteuert wird.

7. Schaltungsanordnung nach Anspruch 6, wobei die Kippstufe (7) eine monostabile Kippstufe darstellt, die sich während der zweiten Zeitdauer (Δt₂) im nichtstabilen Zustand befindet.

8. Schaltungsanordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei als Induktivität eine Tauchspule (2) vorgesehen ist, in die ein ferromagneti­ scher Kern (3) proportional zur Drückerstellung eintaucht.