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Annäherungsimpulsgeber Annäherungsschalter sind solche Schalterausführungen
bei denen innerhalb begrenzter Entfernung die Änderung des Ortes eines Gegenstandes
einen Schaltimpuls auslöst, ohne daß dabei eine mechanische Berührung stattfindet.
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Die Kopplung des ortsveränderlichen Gegenstandes mit dem Schalter
erfolgt in bekannter Weise allgemein über magnetische oder elektrische Felder.
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Annäherungsschalter finden beispielsweise Verwendung bei Eisenbahn-Signalanlagen,
bei Zähleinrichtungen, bei der Einbruchssicherung, bei der Fernmeldung, als Schachtschalter
in Bergwerken usw.
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Es sind Annäherungsschalter bekannt, die mit magnetischen oder mit
elektrischen Feldern arbeiten. Die mit elektrischen Feldern arbeitenden kapazitiven
Geräte erzeugen Kapazitätsänderungen, durch welche eine Oszillatorfrequenz cvO geändert
wird. Daher bedingt das Verfahren für jeden Schalter einen zusätzlichen Oszillator.
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Die Gefahr der Störeinflüsse ist somit groß, so daß in - Anlagen,
die industriegerecht für rauhen Betrieb gebaut sein müssen, kapazitive Annäherungsschalter
- der vorgenannten Art nicht zweckmäßig sind.
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Die mit magnetischen Feldern arbeitenden induktiven Geräte beruhen
auf der Änderung des magnetischen Flusses 0, d. h. auf dem Differentialquotienten
d zu bei dt zeitlicher Änderung oder dç P bei Wegänderung. dz Es muß somit eine
hinreichende Größenänderung vorausgesetzt werden, die bei Vorgängen, die auch langsamer
verlaufen, nicht stets gegeben ist. So können beispielsweise Förderkörbe in Bergwerken
auch so stark verlangsamt fahren, daß die Fluß änderung im Meßfühler nicht groß
genug ist.
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Oft werden auch Streufeldtransformatoren verwendet.
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Bei Annäherung ändert sich der magnetische Fluß 0.
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Diese Flußänderung bewirkt die Änderung der Transformatorenausgangsspannung.
Hierbei sind die benötigten Spannungen groß und in explosionsgefährdeter Umgebung
oft unerwünscht, oder aber es müssen umfangreiche Sicherheitsmaßnahmen getroffen
werden.
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Die vorliegende Erfindung betrifft nun eine Anordnung zum Erzeugen
eines Steuerspannungsimpulses bei Annäherung eines das Feld eines Luftkondensators
verändernden Körpers, wobei der Kondensator der Teil eines verstimmbaren Schwingungskreises
ist. Zur Vermeidung der geschilderten Nachteile wird erfindungsgemäß vorgeschlagen,
daß der Schwingungskreis durch eine feste Grundfrequenz dauernd erregt ist.
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Der vorgeschlagene Schalter arbeitet als abstimmbarer Hochfrequenzdedektor.
Die Abstimmung erfolgt hierbei durch Änderung der elektrischen Kreisgrößen durch
die zu messende Annäherung eines Gegenstandes. Die Ausgangsspannung U des Kreises
ist somit unabhängig von der Geschwindigkeit der Annäherung. Außerdem
können besonders
im Bergwerksbetrieb die verwendeten Spannungen und Ströme so gewählt werden, daß
auf weitere Sicherheitsmaßnahmen verzichtet werden kann.
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Die Figuren erläutern den Gegenstand der Erfindung.
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Fig. 1 stellt eine Ausführungsform des Tastkörpers dar, der jedoch
auch eine aus Induktivitäten und Kapazitäten bestehende andere Zusammenschaltung
haben kann; Fig. 2 zeigt die nach außen herausgeführten Kondensatorplatten der beiden
Kondensatoren 3 und 4 der Fig. 1; Fig. 3 zeigt die Kennlinie des Diskriminatorkreises;
Fig. 4 und 5 zeigen den Vorgang der Verstimmung des Kreises bei Annäherung; Fig.
6 zeigt als Beispiel die Anwendung des Annäherungsschalters gemäß der Erfindung
als Schachtschalter im Förderbetrieb eines Bergwerkes.
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Die Kondensatoren 3 und 4 sind Festkondensatoren, von denen jeweils
eine oder beide Platten von außen über das Kondensatorfeld elektrisch beeinflußt
werden können. Der Diskriminatorkreis ist in der üblichen Form abgestimmt, wobei
durch die beiden Kapazitäten 3 und 4 zwei verschiedene Frequenzen erzielt werden,
die symmetrisch zu der Betriebsfrequenz co,' liegen. Die Betriebsfrequenz des Diskriminatorkreises
o,' ist größer als die Grundfrequenz coO, die in 1 eingespeist wird. Durch Annäherung
eines metallischen Körpers an die beeinflußbaren Platten der Kondensatoren 3 und
4 wird der Kreis verstimmt. Dabei vergrößert sich die Kapazität, und die Betriebsfrequenz
co,' des Diskriminatorkreises wird kleiner.
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Sie überschreitet dabei die fest eingespeiste Frequenz w0.
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Beim Übergang der Diskriminatorfrequenz über die Festfrequenz w0 wird
die Abstimmkurve des Diskriminatorkreises durchlaufen, so daß nach erfolgter Gleichrichtung
durch die Gleichrichter 5 und 6 an den Ausgangsklemmen des Kreises bei 7 die entsprechenden
Spannungen U auftreten. Bei Entfernung des metallischen Körpers von den Kapazitäten
3 und 4 verläuft der Vorgang in umgekehrter Richtung, so daß die ursprüngliche Frequenz
w0, des Diskriminatorkreises wieder erreicht wird.
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Fig. 2 zeigt die konstruktive Ausführung der beiden Schwingkreiskondensatoren
3 und 4 der Schaltung des Diskriminators nach Fig. 1. 8 und 9 sind jeweils die eine
Elektrode des Kondensators. Die jeweilige Gegenelektrode ist mit 10 und 11 bezeichnet.
Diese letztgenannten Gegenelektroden haben einen nach außen geführten Ansatz, der
von außen beeinflußbar ist, wenn ein Metallstück in deren Nähe kommt. Es wäre auch
möglich, das Kondensatorfeld durch ein Dielektrikum beeinflussen zu lassen.
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Fig. 3 zeigt die Kennlinie des Diskriminatorkreises. ovo0' ist die
Betriebsfrequenz des Diskriminatorkreises, wobei die Frequenzen (zog0' t Sev) und
(w0, - w) die Verstimmung der beiden Diskriminatorspulen durch die Kapazitäten 3
und 4 darstellen.
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Die Fig. 4 zeigt die Lage der Kurve zu der Grundfrequenz m0, wenn
kein das Feld der Kondensatoren beeinflussendes Gut in der Nähe ist. Der Kreis ist
hierbei auf die Frequenzo,' abgestimmt. Diese Frequenz ist größer als die Grundfrequenz
zog0. Wird nun das Feld der Kondensatoren 3 und 4, wie es Fig. 5 zeigt, von außen
durch Annäherung eines vorzugsweise metallischen Gutes beeinflußt, so verstimmt
sich der Diskriminatorkreis von der Frequenz cvO' auf o)O". Diese Frequenz co,"
ist nun kleiner als die Festfrequenz ovo0.
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Diese Anordnung kann Anwendung finden bei jedem Körper, der das elektrische
Feld eines Kondensators beeinflussen kann.
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In Fig. 6 ist 12 das Hochfrequenzkabel, an dem die Annäherungsschalter
13 angebracht sind. Über das Hochfrequenzkabel wird durch den Hochfrequenzgenerator
14 den einzelnen Annäherungsschaltern die Frequenz o, zugeführt. Die Annäherungsschalter
13 sind auf die Frequenz ovo', die größer als COo ist, abgestimmt.
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Durch diese Verstimmung der Annäherungsschalter 13 gegenüber der vom
Hochfrequenzgenerator 14 gelieferten Frequenz tritt an den Annäherungsschaltern
keine Ausgangsspannung auf. Wird ein Annäherungsschalter durch Annäherung eines
das Feld der Kondensatoren beeinflussenden Körpers verstimmt, so wird dabei durch
diese
Frequenzänderung die Frequenz, des Hochfrequenzgenerators überlaufen. Dadurch wird
von dem betreffenden Annäherungsschalter eine Ausgangsspannung geliefert. Diese
als Gleichspannung auftretende Ausgangsspannung kann über dasselbe Hochfrequenzkabel
zurückgeleitet und für Steuer- und Regelungszwecke verwandt werden. So kann bei
dem vorliegenden Beispiel der Haspelmotor 18 über einen elektronischen Schalter
17 beeinflußt werden. Alle dabei auftretenden Spannungen können hierbei unterhalb
bestimmter, durch Sicherheitsbestimmungen gegebener Größen liegen, so daß gerade
in explosionsgefährdeten Anlagen die Verwendung des Annäherungsschalters gemäß der
Erfindung zweckmäßig ist.
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PATENTANSPROCHE: 1. Anordnung zum Erzeugen eines Steuerspannungsimpulses
bei Annäherung eines das Feld eines Luftkondensators verändernden Körpers, wobei
der Kondensator der Teil eines verstimmbaren Schwingungskreises ist, dadurch gekennzeichnet,
daß der Schwingungskreis durch eine feste Grundfrequenz dauernd erregt ist.