DE102010040816B4

DE102010040816B4 - Zweileiter-Reedschalter

Info

Publication number: DE102010040816B4
Application number: DE102010040816.6A
Authority: DE
Inventors: Luis Ayala
Original assignee: IFM Electronic GmbH
Current assignee: IFM Electronic GmbH
Priority date: 2009-09-15
Filing date: 2010-09-15
Publication date: 2014-05-08
Anticipated expiration: 2030-09-16
Also published as: DE102009029484A1; DE102010040816A1

Abstract

Zweileiter Reed-Schalter mit zwei Schaltzuständen, der einen bei Anwesenheit eines Schaltmagneten (M) als Schließer wirkenden Reed-Kontakt (S) enthält und eine mit dem Reed-Kontakt (S) verbundene Inverterschaltung (IS) aufweist, die den Schaltzustand des Reed-Kontaktes (S) invertiert, dadurch gekennzeichnet, dass die Inverterschaltung (IS) einen ersten Transistor (T1) und einen zweiten Transistor (T2) aufweist, der zweite Transistor (T2) komplementär zum ersten Transistor (T1) aufgebaut ist, und die Transistoren derart miteinander verschaltet sind, dass bei geöffnetem Reed-Kontakt (S) beide Transistoren leiten und bei geschlossenem Reed-Kontakt (S) beide Transistoren sperren.

Description

Die Erfindung betrifft einen Zweileiter-Reedschalter mit zwei Schaltzuständen und einem als Schließer wirkenden Reed-Kontakt nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1, sowie einen erfindungsgemäßen magnetischen Zylinderschalter.
Reed-Schalter bestehen im Wesentlichen aus einem Reed-Kontakt, d. h. aus zwei federnden Kontaktzungen, die in ein gasdichtes Glasröhrchen eingebettet sind. Die Kontaktzungen bestehen aus weichmagnetischem Material, so dass sie sich beim Auftreten eines Magnetfeldes gegenseitig anziehen, und damit den Kontakt herstellen. Wenn das Magnetfeld wieder verschwindet, öffnet sich der Kontakt aufgrund der Federspannung der Kontaktelemente wieder. Durch ein Schutzgas im Glasröhrchen werden die Kontakte wirksam gegen Sauerstoff und damit vor Korrosion geschützt. Sie sind deshalb sehr zuverlässig und auch für selten betätigte Kontakte geeignet. Da sie durch die Annäherung eines Magneten betätigt werden, sind sie nicht nur als Schalter, sondern auch zur Lageerkennung, beispielsweise als Zylinderschalter verwendbar.
Wegen ihres Aufbaus arbeiten sie naturgemäß als Schließer. Um auch die Öffnerfunktion zu realisieren, ist zusätzlicher Aufwand erforderlich. Die DE 44 27 069 A1 beschreibt einen aus zwei nebeneinander angeordneten Reed-Kontakten bestehenden Schalter. Ein seitlich herangeführter Magnet schließt zuerst den einen Reed-Kontakt, während der Andere noch geöffnet ist, und danach den Zweiten, wobei sich der erste Kontakt wieder öffnet. Die Schließerfunktion lässt sich durch Parallelschaltung und die Öffnerfunktion durch Reihenschaltung der beiden Reed-Kontakte realisieren. Die Anordnung ist aufwändig und justieranfällig.
Eine weitere Möglichkeit der Realisierung der Öffnerfunktion mit Reed-Kontakten wird in der DE 43 20 994 A1 beschrieben. Hier wird der Reed-Kontakt zwischen zwei Magneten angeordnet, und mit einem magnetisch leitfähigen Element betätigt. Die Öffnerfunktion lässt sich durch Montage des Reed-Kontaktes außerhalb der magnetischen Mitte realisieren. Natürlich ist hier auch noch die Polung der Magnete zu beachten. Diese Anordnung ist vereinfacht in der 1 dargestellt.
Zur Realisierung der Öffnerfunktion für Zweileiter-Reedschalter sind entweder zwei Reed-Kontakte oder zwei Magnete erforderlich, was mit erhöhtem Aufwand, insbesondere Kosten, Platzbedarf und Justage der Bauteile verbunden ist.
Die DE 29 02 817 C2 offenbart einen Bewegungsgeber mit nur zwei elektrischen Anschlussleitungen. Dargestellt ist eine von einem Reed-Kontakt gesteuerte monostabile Kippstufe. Die Auswertung erfolgt an einem räumlich von der Kippstufe getrennten Widerstand R5, wobei der Spannungsabfall über R5 und dem Pluspol der Betriebsspannung gemessen wird, was eine dritte Leitung erfordert.
Die WO 2004/049 856 A1 zeigt eine Handtasche mit einer Lichtquelle, die bei Öffnung der Tasche über einen Reed-Kontakt eingeschaltet wird. Aber auch hier liegt die Last zwischen dem als Schaltausgang wirkenden Kollektor des Darlington-Transistors und der Betriebsspannung, so dass eine dritte Leitung erforderlich ist.
Die US 3 784 793 A zeigt einen Reed-Kontakt mit einem Inverter, der jedoch als Dreileiterschaltung mit einer weiteren Leitung zur Betriebsspannung ausgeführt ist.
Die US 3 622 854 A offenbart ebenfalls Dreileiterschaltungen mit einer Leitung zum Pluspol der Betriebsspannung.
Nachteilig bei diesen Schriften ist die Leitung zum Pluspol, die durch die erfindungsgemäße Anordnung vermieden werden soll.
Aufgabe der Erfindung ist es, eine Anordnung anzugeben, die diese Nachteile vermeidet.
Gelöst wird diese Aufgabe mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen beschrieben.
Der Grundgedanke besteht darin, die Mechanik durch wesentlich preisgünstigere Elektronik zu ersetzen. Der auf den ersten Blick nachteilig erscheinende höhere Innenwiderstand, und die verbleibende Restspannung im geschlossenen Zustand, sowie der Reststrom im geöffneten Zustand, sind aus den seit vielen Jahren auf dem Markt befindlichen induktiven Näherungsschaltern bekannt. Diese Parameter spielen bei der Signalverarbeitung keine Rolle und werden deshalb vom Nutzer akzeptiert.
Ein Beispiel für die in Rede stehenden induktiven Zweileiter-Näherungsschalter findet man in der DE 40 23 502 A1 der Anmelderin. Hier kommt die Möglichkeit der Anschlussprogrammierung hinzu, die natürlich auch für die weitere Ausgestaltung der Erfindung in Frage kommt. Da Reed-Schalter oft zusammen mit speicherprogrammierbaren Steuerungen (SPS) eingesetzt werden, die bekanntlich mit 24 Volt DC arbeiten, wurden die beiden Ausführungsbeispiele möglichst einfach gehalten.
Der erfindungsgemäße Zweileiter-Reedschalter soll auch als magnetischer Zylinderschalter zur Detektion einer Kolbenposition ausgeführt werden. Solche Geräte werden u. a. auch von der Anmelderin hergestellt und vertrieben.
Ausführungsbeispiele
Die 2 zeigt die Grundschaltung. Bei geöffnetem Reed-Kontakt S leitet sowohl der Transistor T1 als auch der Transistor T2. Das Produkt der Stromverstärkungsfaktoren der beiden Transistoren ist so groß, das R1 sehr hochohmig gewählt werden kann. Zwischen den beiden Anschlussklemmen K+ und K– steht die Summe aus der Kollektor-Emitter-Spannung von T1 und der Basis-Emitter-Spannung von T2, d. h. etwa 1 Volt. Für eine SPS ist das ein sicherer Low-Zustand (leitend, Schalter geschlossen). Bei geschlossenem Reed-Kontakt S sperren beide Transistoren. Damit ist die Anordnung hochohmig. Die Zener-Diode D1 soll unerwünschte Spannungsspitzen abfangen. Sie ist im Normalbetrieb nahezu stromlos, weil Ihre Durchbruchsspannung über der maximalen Betriebsspannung des Reed-Schalters liegt. Dieser Zustand kann von einer SPS ebenfalls sicher als High-Zustand (sperrend, Schalter geöffnet) erkannt werden.
Die 3 zeigt eine etwas komfortablere Ausführung. Hier wurden die LED D2 zur Anzeige des Schaltzustandes, sowie der Kondensator C1 zur Verhinderung von Kontaktprellen eingefügt. Der Widerstand R3 verringert die Empfindlichkeit des Systems, und verbessert damit die Störfestigkeit. Die in Reihe geschalteten Dioden D3 bis D5 begrenzen die Spannung über der Anzeige LED D2 und ihrem Vorwiderstand R2. Hier bleibt eine Restspannung von ca. 2 Volt, die von der SPS auch noch sicher als leitender Zustand erkannt wird. Selbstverständlich lassen sich die in den Figuren gezeigten Schaltungen auch komplementär mit vertauschten Anschlussklemmen aufbauen. Weiterhin ist eine äquivalente Lösung mit Feldeffekt-Transistoren möglich.
Die 4 zeigt eine für Wechselstrom oder beliebig gepolter Gleichspannungsquellen geeignete Variante. Sie basiert auf der um einen komplementär aufgebauten parallelen Strompfad erweiterten 3. Die Versorgungs- und Auswerteeinheit wurde aus Platzgründen weggelassen. Weil für einen Strompfad auf die Anzeige-LED verzichtet wurde, beträgt die Restspannung bei der negativen Halbwelle einer Wechselspannung bzw. bei einer entsprechend gepolten Gleichspannungsquelle nur ca. 1 Volt. Natürlich ist auch ein symmetrischer Aufbau mit oder ohne LEDs möglich. Die beiden mit DD bezeichneten Dioden schützen die Basis-Emitter-Strecken der Transistoren T2 und T4. Bei ausreichender Spannungsfestigkeit können sie entfallen.
Die erfindungsgemäßen Zweileiter Reed-Schalter enthalten einen als Schließer wirkenden Reed-Kontakt S, der die Anwesenheit eines Schaltmagneten M detektiert. Eine Inverterschaltung IS sorgt für die Logikumkehr, so dass ein Öffner entsteht. Der aktuelle Schaltzustand wird durch eine LED angezeigt. In einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung steuert der Reed-Kontakt S zwei komplementär aufgebaute Inverterschaltungen IS1 und IS2. Durch deren Parallelschaltung entstehen zwei Strompfade für die unterschiedlichen Polaritäten. Diese Geräte sind für Wechselstrom, aber für beide Gleichstrompolaritäten geeignet. Die erfindungsgemäßen Zweileiter Reed-Schalter sind besonders vorteilhaft als magnetische Zylinderschalter einsetzbar.

Claims

Zweileiter Reed-Schalter mit zwei Schaltzuständen, der einen bei Anwesenheit eines Schaltmagneten (M) als Schließer wirkenden Reed-Kontakt (S) enthält und eine mit dem Reed-Kontakt (S) verbundene Inverterschaltung (IS) aufweist, die den Schaltzustand des Reed-Kontaktes (S) invertiert, dadurch gekennzeichnet, dass die Inverterschaltung (IS) einen ersten Transistor (T1) und einen zweiten Transistor (T2) aufweist, der zweite Transistor (T2) komplementär zum ersten Transistor (T1) aufgebaut ist, und die Transistoren derart miteinander verschaltet sind, dass bei geöffnetem Reed-Kontakt (S) beide Transistoren leiten und bei geschlossenem Reed-Kontakt (S) beide Transistoren sperren.
Zweileiter Reed-Schalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine optische Anzeige (LED) für den Schaltzustand vorhanden ist.
Zweileiter Reed-Schalter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass parallel zur Inverterschaltung (IS1) eine vom selben Reed-Kontakt (S) gesteuerte zweite Inverterschaltung (IS2) zur Erzeugung eines zweiten Strompfades für die entgegengesetzte Stromrichtung vorhanden ist, die einen dritten Transistor (T3) und einen vierten Transistor (T4) aufweist, wobei der dritte Transistor (T3) komplementär zum ersten Transistor (T1) und der vierte Transistor (T4) komplementär zum zweiten Transistor (T2) aufgebaut ist.
Zweileiter Reed-Schalter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass er als magnetischer Zylinderschalter ausgebildet ist.