DE2344338A1

DE2344338A1 - Naeherungsschalterstromkreis

Info

Publication number: DE2344338A1
Application number: DE19732344338
Authority: DE
Inventors: Noah Flueckiger; Frederick R Holt
Original assignee: Acme Cleveland Corp
Current assignee: Acme Cleveland Corp
Priority date: 1972-09-05
Filing date: 1973-09-03
Publication date: 1974-03-21
Also published as: FR2198119B3; FR2198119A1; FR2198121B3; US3870948A; DE2344174A1; FR2198121A1

Description

Tel. No. 387233

Telex: 212979 karp d 1' 3 4 4 3 3

W. 25980/73 8/Sch ötwfeiDipWnfWHiennni ^{3lt 8| 73}

ör.twfeQiipf

Br. M. K3f<kr. sy.!/.,. 2.8sf nhardi

Pater.lfaiKfäJte Hamburg 50 - KönigsiraßQ 28

Acme-Cleveland Corporation Cleveland, Ohio (V.St.A.)

Näherungsschalterstromkreis.

Es sind Näherungsschalter dazu verwendet worden, Metallbehälter zu zählen, die sich beispielsweise entlang einer Förderstrecke bewegen, und es ist auch daran gedacht worden, solche Näherungsschalter dazu zu benutzen, die Grenze der Bewegungsbahn des Schlittens einer Werkzeugmaschine zu bestimmen.

Bisher sind elektromechanische Grenzschalter verwendet worden, um die Bewegung von Werkzeugmaschinenschlitten zu begrenzen und zu steuern- Es ist bereits vorgeschlagen worden, einen Näherungsschalter zu verwenden, um den elektromechanischen Schalter zu ersetzen, und zwar wegen eines möglichen Ausfalls oder Versagens des mechanischen Grenzschalters, was bewirken könnte, daß der Schlitten über sein Bahnende hinausschießt und die ganze teure Werkzeugmaschine beschädigt« Die bekannten Näherungsschalter sind nicht genügend ausfallsicher gewesen, um eine solche Substitution zuzulassen.

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ORIGINAL JNSP£CTfiD

Wenn ein Näherungsschalter dazu verwendet wird, Metallbehälter zu zählen, die sich entlang einer Förderstrecke bewegen, dann kann es nicht von besonderer Wichtigkeit sein, ob, wenn 10000 Behälter gezählt werden, zwei von ihnen fehlen und nur 9998 gezählt werden. Wenn jedoch der Näherungsschalter dazu verwendet wird, die Umkehr eines Werkzeugmasehinenschlittens zu begrenzen und zu steuern, dann kann der Ausfall oder das Versagen des Näherungsschalters bedeuten, daß der Schlitten gegen das Werkstück oder die Bearbeitungs- oder andere Teile der Werkzeugmaschine prallt und eine umfangreiche Beschädigung der Maschine hervorruft oder, was noch schlimmer ist, eine Verletzung des Bedienungspersonals verursachen kann.

Die Sonde des Näherungsschalters ist ein Element, das für eine Beschädigung außerordentlich empfindlich ist. Es ist oft ein kleiner zylindrischer Teil am Ende eines biegsamen Kabels angebracht, welches mit dem Steuerstromkreis verbunden ist. Ein Arbeiter könnte einen Schraubenschlüssel auf eine solche Näherungssonde fallen lassen, oder es könnte ein Werkstück auf die Näherungssonde fallen, oder es könnten Bearbeitungsteile die Sonde während des Einrichtens der Werkzeugmaschine beschädigen,- oder es könnte Kühl- oder Schmiermittel in das Gehäuse der Häherungssonde eindringen. Ferner kann auch das zu der Sonde führende biegsame Kabel eine Beschädigung durch die vorgenannten oder andere Vorgänge erleiden. Unter solchen Bedingungen könnte beispielsweise bei einer Sonde, die eine induktive Spule enthält, diese Spule entweder kurzgeschlossen oder unterbrochen werden. Bei bekannten Näherungssehalterstromkreisen verursacht dies einen nicht-ausfallsicheren Zustand, weil, während er anzeigt, daß alle Seile zu-

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OPHGINAL INSPECTED

friedenstellend arbeiten, das Gegenteil der Fall ist, so daß die Maschine stillgesetzt werden muß.

Demgemäß besteht ein Zweck der Erfindung darin, einen Näherungsschalterstromkreis zu schaffen, welcher die oben genannten Nachteile nicht auf v/eist.

Ein weiterer Zweck der Erfindung besteht darin, einen Näherungsschalterstromkreis zu schaffen, der bei der Beendigung des Ausgangs aus dem von der Näherungssonde gesteuerten Verstärker einen Ausgang beendigt.

Ein weiterer Zweck der Erfindung besteht darin, einen Näherungsschalterstromkreis zu schaffen, der eine hohe Stabilität trotz Temperatur- und Umgebungsänderungen aufweist.

Ein weiterer Zweck der Erfindung besteht darin, einen Näherungsschalterstromkreis von beträchtlich verbesserter Empfindlichkeit und einem hohen Arbeitsbereich zu schaffen.

Die Erfindung kann in einem Näherungsschalterstromkreis verkörpert sein, der in Kombination folgende Bestandteile aufweist: einen Verstärker mit einem Eingang und einem Ausgang, eine Rückkopplungseinrichtung, welche den Verstärkerausgang mit dem Verstärkereingang verbindet, eine Näherungssonde, eine mit dem Verstärkerausgang verbundene Ausgangseinrichtung und eine Einrichtung, die eine Einrichtung enthält, welche die Sonde als Teil der Eückkopplungseinrichtung anschließt, um eine Änderung des Signals an dem Eingang des Verstärkers und eine Änderung in der Aus gangs einrichtung in Übereinstimmung mit einer Änderung des Abstands zwischen der Sonde und einem leitenden oder magnetisch permeablen Ziel hervorzurufen und eine ausfallsichere Arbeitsbedingung zur Beendigung eines Ausgangs aus der Ausgangseinrichtung bei Beendigung des Verstärkerausgangs zu gewährleisten.

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Die Erfindung wird nachstehend an Hand der Zeichnung beispielsweise erläutert,

Fig. 1 ist ein schematisches Grunddiagramm eines Stromkreises gemäß der Erfindung.

lig. 2 ist ein schematisches Schaltungsdiagramm der bevorzugten Ausführungsform.

Fig. 3 ist ein schematisches Diagramm einer Energiezufuhr, die bei der bevorzugten Ausführungsform verwendet wird.

Der in !ig. 1 schematisch dargestellte Näherungsschalterstromkreis 11 enthält allgemein einen Verstärker 12, eine Rückkopplungseinrichtung 13, eine Näherungssonde 14- und einen Ausgangskreis 15· Der Verstärker 12 ist so geschaltet, daß er sowohl als Brüekengleichgewichtdetektor als auch als Spannungsquelle arbeitet, um die Brücke unter gewissen Bedingungen zu erregen, wie dies nachstehend näher beschrieben wird.

Die Näherungssonde ist als Teil einer induktiven und kapazitiven Einrichtung 15 bzw. 17 angeschlossen und kann eine induktive Spule JL 6 bilden, die durch ihre Annäherung an ein leitendes Ziel beeinflußt wird. In bekannter V/eise wird, wenn sich der Abstand zu einem leitenden Ziel verkleinert, durch die zunehmenden Wirbelstrosverluste in dem leitenden Ziel der Q—faktor des Resonanzkreises vermindert, um die Gesamtimpedanz an dem Resonanzkreis zu ändern.

Die Rückkopplungseinrichtung 13 ist in einem Brückenkreis 18 angeordnet. Dieser Brückenkreis führt eine doppelte !Punktion aus, indem er in Verbindung mit dem Verstärker 12 entweder als Generator oder als Oszillator arbeitet, und er weist einen ersten Zweig 21 einen zweiten Zweig 22, einen dritten Zweig 23 und einen vierten Zweig 24- auf- Die Rückkopplungsein-

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richtung kann so angesehen werden, daß sie einen negativen Rückkopplungsteil und einen positiven Rückkopplungsteil zu dem "Verstärker 12 aufweist. Der negative Rückkopplungsteil enthält die Brückenzweige 23 und 24, und der positive Rückkopplungsteil enthält die Brückenzweige 21 und 22. Die Brücke 18 weist einen ersten Eingangsanschluß 25 und einen zweiten Eingangsanschluß 26 auf, v/obei der Anschluß 26 geerdet ist, und ferner weist sie einen ersten Ausgangsanschluß 27 und einen zweiten Ausgangsanschluß 28 auf. Der Verstärker 12 besitzt einen Ausgang, der mit dem ersten Eingangsanschluß 25 der Brücke verbunden ist. Der Verstärker 12 besitzt ferner einen positiven und einen negativen Eingangsanschluß, die auch als nieht-umkehrender bzw. als umkehrender Eingangsanschluß bezeichnet werden. Der positive Eingangsanschluß 29 des Verstärkers ist mit dem ersten Ausgangsanschluß 27 der Brücke verbunden, der sich an der Verbindungsstelle des ersten Brückenzweiges 21 und des zweiten Brückenzweiges 22 befindet. Der negative Eingangsanschluß 30 des Verstärkers ist mit dem zweiten Ausgangsanschluß 28 der Brücke verbunden, der sich an der Verbindungsstelle der Brückenzweige 23 und 24 befindet. Ein leitendes Ziel ist durch den Block 31 dargestellt, und der eingezeichnete pfeil 32 deutet an, daß sich der Block in einer Bahn in der Nähe der Näherungssonde 14 bewegen kann.

Das Ziel 31 ist in der Zeichnung als von der Sonde entfernt liegend dargestellt. Unter dieser Bedingung hat der Parallelresonanzkreis 16-17 einen hohen Q-Faktor und eine hohe Impedanz. Der Brückenzweig 22 ist als änderbarer Widerstand dargestellt, und die Brückenzweige 23 und 24 sind als feste Widerstände dargestellt.

Die Arbeitsweise

In der Elektronik erfolgt die Messung kleiner Änderungen von Parametern am besten mittels eines

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ORIGINAL !SUSPECTED

Brückenkreises, der in der gleichen Weise wie die im Ghemielabor benutzte Zweischalen-Balkenwaage arbeitet« Auf diese Weise kann die Anzahl der Variablen drastisch vermindert v/erden, und aktive Komponenten können sich beträchtlich ändern, ohne das Arbeiten des Systems im geringsten zu beeinträchtigen. Schließlich kann der Brückendetektor so ausgeführt werden, daß er eine doppelte Funktion hat, indem er entweder als Hochfrequenzgenerator oder als Oszillator wirkt· Dadurch können sowohl große Stabilität als auch Einfachheit gleichzeitig erreicht werden. Ferner wird das System einer genauen Analyse unterworfen, aus der sowohl die Leistungssteuerung als auch die Produktionssteuerung vorausbestimmt v/erden können·

Für die Analyse des vorliegenden Systems kann zunächst angenommen werden, daß die eine Seite der Brücke 18 aus zwei festen Widerständen Rp^ und Rp^, besteht, die auch als negative Rückkopplungsschleife um den Verstärker herum angesehen werden kann. Für den Faktor β gilt

β = ^H25 (1)

^{E R}

Die Verstärkung A des Verstärkers 12 liegt in der Größenordnung von 1000 oder 10000, jedoch bat bei der bevorzugten Ausiührungsform β einen großen Wert, d.h. einen Wert zwischen 0,1 und 1,0 und vorzugsweise zwischen 0,2 und 0,4-.

Die andere Seite der Brücke 18 besteht aus den Zweigen 21 und 22. Der Brückenzweig 22 wird als Widerstand angesehen, dessen effektiver Wert eingestellt werden kann und der für die Analyse mit R22 bezeichnet wird. Der Brückenzweig 21 besteht aus einer Spule 16 mit einer Induktivität vom Wert L und einem Kondensator 17»

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dessen Wert verteilte und Kabelkapazitanzen umfaßt. Der Gesamtwert des Kondensators 17 wird mit C bezeichnet. Die Spule 16 und der Kondensator 17 sind einander parallelgeschaltet und werden als Parallelresonanzkreis analysiert. Da die Spule 16 einen Eigenverlust aufweist, werden sämtliche Verluste in dem sich ergebenden Brückenzweig 21 als ein äquivalenter Ohmscher Widerstand betrachtet, der mit der Spule 16 in Reihe liegt und mit R^ bezeichnet wird. Die Charakteristiken des Brückenzweiges 21 werden bei der Resonanzfrequenz analysiert.

Vom Gesichtspunkt des Resonanzkreises bewirkt die Hinzufügung von Ro? * ^⁸^ ^^e Eingangsimpedanz des Verstärkers 12 negativ erscheint. Wenn dieser negative Widerstand genügend klein ist, werden die Verluste auf Grund von R ausgeglichen, und .der Stromkreis schwingt. Es ist zu beachten, daß die vorstehenden Bemerkungen sich auf die angewendete analytische Methode beziehen und den Stromkreis selbst nicht beschränken. Es können auch andere Analysemethoden (beispielsweise die Methode von Bode) mit den gleichen Ergebnissen angewendet werden. Die Ableitungen sind unkompliziert, und es werden keine weiteren Annahmen gemacht.

Der Resonanzkreis kann in sein Paralleläquivalent bei Resonanz umgewandelt werden, und zwar durch:

2 2 2
«21 = ^ ·' <2)

~ V LC

(3)

wobei in üblicher Weise gilt: ω = Der Verstärker 12 mit negativer Rückkopplung über die Widerstände Rp- und Rp/, und positiver Rückkopplung über den Widerstand R^o besitzt eine negative resistive

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OFHSINAL INSFECTiD

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Eingangsimpedanζ von der Größe:
R₂₂ ß

i -ß

Die Schwingung tritt auf, wenn die folgende Ungleichheit besteht:

< _B (5).

Die Gleichung (5) bestimmt daher den '!kuslösepunkt", bei dem die Schwingungen beginnen.

Da weder £^2 ^nocn ß ^Funktionen von to über den interessierenden Bereich sind, würde es zweckmäßig sein, ω in der Gleichung (2) wenigstens direkt zu streichen. Unter Anwendung der üblichen Definition von

Q, nämlich Q = ^— , ergibt sich:

%-VT

und als vereinfachte Annäherung:

^R21 ⁼ E~C » ^wenn Q S^oß ^is1;* (7) s

was sich später als nützlich erweist.

Lediglich als Beispiel' sei angenommen, daß das Ziel 31 leitend ist und sich in einem beträchtlichen Abstand von der Sonde 14 befindet. Hpp kann nunmehr derart eingestellt werden, daß die Ungleichheit gemäß der Gleichung (5) besteht und Schwingungen auftreten. Wenn jetzt das Ziel 31 in cLas Magnetfeld bewegt wird, welches von der Sonde 14 auf Grund des durch die Spule 16 hindurchfließenden Wechselstroms erzeugt wird, dann werden in dem Ziel umlaufende Ströme induziert,

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was bewirkt, daß R_ sich erhöht und 1 sich in einem kleineren Ausmaß vermindert. Aus der Gleichung (?) folgt, daß sich dann R_P1 vermindert und an einem

genauen Punkt kleiner als 22 ^N wird, und die

1 -ß

Schwingungen hören auf. Der Wert von /3 ist hier durch Präzisionswiderstände festgelegt, so daß die Einstellung von Epp ^^e liE&ö Seite der Ungleichheit gemäß der Gleichung (5) beherrscht. Die Ausführung der Sonde und der Abstand von dem Ziel 31 bestimmen die Werte von R und damit von Ro-, mittels der Gleichungen (2), (3), (6) und (7)· Demzufolge beherrscht der Abstand der Sonde von dem Ziel die Ungleichheit gemäß der Gleichung (5) und damit den Zustand des Ausgangskreises 15- Wenn das Ziel 31 zurückgezogen wird, vermindert sich R₃, und die Ungleichung (5) gilt wieder, so daß erneut Schwingungen auftreten. Sämtliche Gleichungen gelten sowohl für das Annähern des Ziels als auch für das Entfernen des Ziels, und der Abstand, bei dem die Schwingungen aufhören bzw. wieder auftreten, ist der gleiche, mit Ausnahme eines sehr kleinen theoretischen Fehlers auf Grund des Umstandes, daß der Verstärker eine -endliche Verstärkung auf v/eist. Die Differentialanalyse und Laboratoriumsversuc-he- bestätigen die in der nachfolgenden Tabelle aufgeführten Unbestimmtheits-. werte für einen !fühler von 2" Zoll Durchmesser bei einem Abstand D zwischen Sonde und Ziel und einer Unbestimmtheit

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QRlSIWAL irJSPECTIO

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-JL ΔΡ

1,400" 0,008"

L, 200 0,003

Γ,ΟΟΟ 0,0013

0,800 0,0005

0,600 . 0,0002

0,400 80 Millionstel

0,200 35 Millionstel

0,100 20 Millionstel

Wenn die Ungleiciiung (5) erfüllt ist und Schwingungen auftreten, wird der Ausgang aus dem Verstärker 12 dem Ausgangskreis 15 zugeführt, der seinen Zustand ändert, um einen "GOⁿ-Zustand statt eines ⁿH0 GO^M-Zustandes anzuzeigen.

Wenn eine Wirklichkeitstabelle aufgestellt würde, dann würde der Ausgangskreis 15 einei ^MG0ⁿ—Zustand anzeigen, bei dem das Ziel über die Auslösepunkt-Stellung hinaus entfernt ist, und er würde einen ¹¹NO GO^a-Zustand immer dann anzeigen, wenn das Ziel in die Auslösepunkt-Stellung oder näher an die Sonde bewegt sein würde.

Jig. 2 ist ein schematisches Diagramm eines arbeitsfähigen Stromkreises gemäß der Erfindung, und sie zeigt einen ITäherungs s ehalt er st ro inkreis 41 sit dem gleichen Verstärker 12 und der Brücke 18 als Teil der Rückkopplungseinrichtung 13· Die Brücke weist wieder einen ersten Zweig 21, einen zweiten Zv/eig 22, einen dritten Zweig und einen vierten Zweig 24 auf, und die Näherungssonde ist in dem ersten Brückenzweig 21 angeordnet. Die Sonde bildet einen 'Teil einer induktiven und kapazitiven Einrichtung 15—17» und in I?ig. 2 ist sie so dargestellt, daß sie die induktive Einrichtung 16 aufweist, die innerhalb eines durch das strichpunktierte angedeuteten Recht eck 14 Γ". Gehäuses angeordnet und mittels eines Koaxialkabels 19 mit dem übrigen Teil des ITäherungsschalterstromkreises verbunden ist. Der Näherungsschalterstromkreis 41 kann

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sehr klein sein und auf einer eine gedruckte Schaltung tragenden !Bafel angeordnet sein, wobei zwischen der gedruckten Schaltung auf der Tafel und dem inneren Ende des Koaxialkabels 19 Steckerverbindungen vorgesehen sind. Die kapazitive Einrichtung Y] kann in der gedruckten Schaltung vorgesehen sein, und das Koaxialkabel 19 kann biegsam sein, um die Anordnung der Sonde 14 an geder zweckentsprechenden Stelle zu ermöglichen.

Eine positive Arbeitsgleichspannung wird einem Arbeitsspannungseingangsanschluß des Verstärkers 12 zugeführt, und bei einem praktisch ausgeführten Stromkreis gemäß der Erfindung wurde ein RGA-Arbeitsverstärker CA-3029 in zufriedenstellender Weise verwendet. Dioden 42 und 43 werden über einen Widerstand 44 von dieser positiven Gleichspannung vorgespannt und liefern einen Schutz gegen Überspannungen #n der Sonde 14, die dem Verstärker 12 zugeführt werden. Widerstände 45 und Kondensatoren 45, die zur Frequenzkompensation verwendet werden, sind mit Frequenzkompensationsanschlüssen des Arbeitsverstärkers verbunden. Der zweite Brückenzweig 22 enthält ein Potentiometer 47 und feste Widerstände 48 und 49. Die Änderung des Potentiometers 47 ergibt einen variablen Auslösepunkt wie bei dem Stromkreis gemäß Fig. 1.

Ein Ausgangskreis 50 gemäß Fig. 1 weist eine Detektoreinrichtung 51 und einen Relaistreiberkreis 52 auf. Die Detektoreinrichtung 51 enthält ein erstes Paar Differentialtransistoren 53» 54, und der Relaistreiberkreis 52 enthält ein zweites Paar Differentialtransistoren 55, 56. Die Detektoreinrichtung 51 weist ferner einen Konstantstromgenerator auf, der als Transistor 57 dargestellt ist, welcher einen konstanten Strom ent-

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wickelt, indem er eine feste Vorspannung an einem Emitterwiderstand 76 aufweist. In einem gemäß der Erfindung ausgeführten Stromkreis lag die Oszillatorfrequenz in dem Bereich von 100 bis 200 kHz.

Die Detektoreinrichtung 51 ist mit dem Ausgang des Verstärkers 12 verbunden· Die Basen der beiden Transistoren 53 und 54· werden aus dem Verstärkerausgang 25 gespeist, jedoch ist die Basis des Transistors 5^ mittels eines Nebenschlußkondensators 58 bei Oszillatorfrequenzen zur Erde überbrückt. Eine .Arbeitsspannung, wie z.B. eine positive Gleichspannung von 18 V, ist an den Ausgangskreis 50 angelegt. Der Ausgang der Transistoren 53 und 54- erscheint an Widerständen bzw. 60, und ein Widerstand 61 liefert einen zusätzlichen Spannungsabfall in der Verbindung zu dem Kollektor des Transistors 54-· Dieser Ausgang wird an den Relaistreiberkreis 52 angelegt, indem ein Basisantrieb den Transistoren 55 und 56 zugeführt wird. Ein Tiefpaßfilter läßt im wesentlichen Gleichspannung zu dem Relaistreiberkreis 52 durch, und das Filternetzwerk enthält Kondensatoren 62, 63 und 64- und Widerstände 65 und 66. Der Transistor 55 ist mit einem Hauptausgangs anschluß 71 über eine lichtaussendende Anzeigediode und eine Diode 68 verbunden. Zwischen den Hauptausgangsanschluß 71 und Erde kann bei 26 ein Relais 73 geschaltet sein, über welches eine Diode 74- zum Schutz gegen induktive Belastungen geschaltet sein kann. Ein sekundärer Ausgangsanschluß 72 ist derart angeordnet, daß er von dem Transistor 56 über eine Diode gespeist wird. Ein Belastungswiderstand 75 kann zwischen den Anschluß 72 und Erde geschaltet sein, um gewünschtenfalls einen zusätzlichen Ausgang für den Verbraucher zu schaffen. Eine negative Arbeits-

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gleichspannung von 6 Y wird dem betreffenden Anschluß an dem Arbeitsverstärker 12 und zum Betätigen des Stromgenerators 57 zugeführt.

Zwischen der Basis des Transistors 57 und Erde ist ein Kondensator 70 vorgesehen, der einen genügend großen Wert hat, um eine geringe Verzögerung beim Anschalten dieses Transistors zu schaffen. Dieser Kondensator kann beispielsweise einen Wert von 4,7 mfd haben, und er eliminiert falsche Ausgänge an den Anschlüssen 71» Der Kondensator 70 ermöglicht eine ausreichende Zeitverzögerung vor dem Einsetzen des konstanten Stroms, so daß der Brückenkreis 18 und der Verstärker 12 in einen Zustand stetigen Arbeiters gelangen.

Fig. 3 ist ein schematisches Diagramm eines Energiezufuhrkreises 81, der in Verbindung mit dem Kaherungsschalterstromkreis 4-1 (Fig. 2) verwendet werden kann. Ein mit einer Wechselspannung erregter Transformator 82 speist einen Brückengleichrichter 83. Ein positiver Ausgangsanschluß 84 des Brückengleichrichters 83 ist über einen Widerstand 85 mit einem Ausgangsanschluß 86 für hohe Spannung verbunden, und zwischen diesem Anschluß 86 und Erde bei 26 ist eine Durchschlagdiode 87 geschaltet. Ein Widerstand 88 ist zwischen den Ausgangsanschiuß 84 und einen Ausgangsanschluß 89 für niedrige Spannung geschaltet, und zv/ischen diesen Anschluß 89 und Erde bei 26 ist eine Durchschlagdiode 90 geschaltet. Zwischen den Anschluß 84 und Erde ist ferner ein Filterkondensator 91 geschaltet. Negative Gleichspannung wird an einen Anschluß 92 über einen Widerstand 93 angelegt, der mit einem negativen Anschluß 94 des Brückengleichrichters 83 verbunden ist. Zwischen den negativen Gleichspannungsanschluß 92 und Erde bei 26 ist eine Durchschlagdiode 95 sowie ein Kondensator 96 geschaltet.

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Bei einem praktischen Stromkreis gemäß der Erfindung hatten die Widerstände und Kondensatoren des Energiezufuhrkreises folgende Werte: Widerstand 85 = I50 Ohm, Widerstand 88 = I30 Ohm und Widerstand 93 = 680 Ohm; die Kondensatoren ^fhatten einen gleichen Wert, der zwischen 68 und 220 mfd lag. Diese Wahl der Widerstands- und Kondensatorwerte ergibt, daß die Energiezufuhr hoher Spannung und die Energiezufuhr niedriger Spannung sich beide vermindern und zusammen verschwinden, wenn der Energiezufuhrkreis entregt wird. Dadurch werden falsche Ausgänge an den Ausgangsanschlüssen 71 und 72 eliminiert.

Die Arbeitsweise

Es sei angenommen, daß das Ziel 31 sich in dichter Mhe der Sonde 14- befindet. Wenn die Energiezufuhr zuerst angeschaltet wird, um an den Näherungsschalterstromkreis 4-1 Arbeitsspannungen von beispielsweise -*-6Y und -6¥ und von +18V anzulegen, dann arbeitet der Verstärker 12 nicht als Oszillator, weil die Ungleichheit gemäß Gleichung (5) nicht erfüllt ist. Der Zeitverzögerungskondensator 70 ermöglicht dem Konstantstromgenerator 57 erst dann voll wirksam zu werden, wenn der Verstärker 12 und die Brücke 18 in einen stetigen Zustand gelangt sind.

Die Transistoren 53 und 55 sind abgeschaltet, und die Transistoren 5²J- und 56 sind eingeschaltet. Dies wird durch die positive Gleichstromvorspannung aus dem Energiezufuhrkreis bewirkt, welche die Basis des Transistors 5²J- positiv macht, um den Transistor einzuschalten. Die Transistoren 53 und 5²J- bilden ein Differentialpaar, welches mit dem Konstantstromgenerator 57 verbunden ist. Daher ist, wenn der Transistor 5²J-eingeschaltet ist, der Transistor 53 abgeschaltet, so daß Strom über den Ausgangswiderstand 60 und nicht

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über den Aus gangs v/ider st and 59 abgezogen wird. Dadurch wird nach dem Durchgang durch das Filternetzwerk 62-66 eine Gleichstromvorspannung an die Basis des Transistors 56 angelegt, die weniger positiv als diejenige an der Basis des Transistors 55 ist. Demgemäß wird der Transistor 56 eingeschaltet und der Transistor 55 abgeschaltet. Dies bedeutet, daß an dem Hauptausgangsanschluß 71 kein Ausgang oder ein "NO GO"-Zustand vorhanden ist, was anzeigt, daß das Ziel zu nahe liegt.

Wenn sich das Ziel 31 von der Sonde 14- wegbewegt, wird dadurch der Q-IPaktor der Sonde 14- erhöht und damit ^E21 ^verS^rößert. Wenn der Auslösepunkt erreicht wird, hat jetzt der Verstärker eine schwingende Ausgangsspannung. Dieser Ausgang wird von dem ITebenschlußkondensator 58 zur Erde abgeleitet, um die Basis des Transistors 5^- im wesentlichen .auf Wechselstromerdpotential zu halten. Die Basis des Transistors 53 wird in den Halbperioden des Oszillatorausgangs genügend positiv gemacht, um diesen Transistor 53 teilweise einzuschalten, der seinerseits den Transistor 5^· im Synchronismus mit ihm für diese Halbperioden teilweise abschaltet. Der Widerstand 59 hat einen größeren Wert als der Ausgangswiderstand 60, und demgemäß ist dieses teilweise Einschalten des Transistors 53 und des teilweisen Abschaltens des Transistors 5^- ausreichend, um das Potential des Anschlusses 77 unter das Potential des Anschlusses 78 zu senken. Diese Potentiale werden von dem Filternetzwerk 62-66 gefiltert, und daher hat jetzt die Basis des Transistors 55 ein geringeres positives Gleichstrompotential als die Basis des Transistors 56. Somit WiVi der Transistor 53 eingeschaltet und der Transistor,56 abgeschaltet, wodurch

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der Zustand des Ausgangskreises 50 geändert wird. Nunmehr ist an dem Hauptausgangsanschluß 71 ein . Ausgang "vorhanden, der einen "GO"-Zustand anzeigt, weil das Ziel 31 von der Sonde 14 entfernt liegt.

In der vorstehenden Beschreibung wurde angenommen, daß die Energiezufuhr angeschaltet ist, wenn das Ziel sich dicht an der Sonde 14 befindet, falls das Ziel sum Zeitpunkt der Anschaltung der Energiezufuhr sich außerhalb des Auslösepunktes befindet, dann ist kein falscher Ausgang eines "Έ0 GO"-Zustandes an dem Haupt aus gangs anschluß 71 vorhanden. In einem solchen Fall besteht die Folge der Erregung des Stromkreises darin, daß die +6V-A2?beitsspannung, da sie zuerst angelegt wird, wenn die Energiezufuhr angeschaltet wird, den Transistor 54 einschaltet, wodurch auch der Transistor 56 eingeschaltet wird. Dies findet statt, wenn der Konstantstromgenerator 57 sich auf seinen normalen Pegel aufbaut, wenn der Zeitverzögerungskondensator 70 sich auflädt. Wenn die Bedingungen des stetigen Zustands erreicht sind, schwingt der Verstärker 12, weil das Ziel 31 außerhalb des Auslösepunktes liegt. Kit einem Schwingungsausgang aus dem Verstärker 12 schaltet sich der Transistor 53 teilweise ein, und demgemäß ist ein Signal zum Einschalten des Transistors 55 vorhanden. Der Näherungssehalterstromkreis gemäß der Erfindung schafft einen ausfallsicheren Zustand, der einen "KO GO"-Ausgang unter vielen Bedingungen anzeigt, wie bei'

1) Abschaltung der Näherungssοnde 14,

2) Energieausfall,

3) Unterbrechung des Koaxialkabels 19 oder der Verbindungen und Leiter zu dem Sondengehäuse,

4) Kurzschluß in dem Sondengehäuse, dem Koaxialkabel 19 oder den Verbindungen,

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5) inneren? Versagen des integrierten Stromkreises des Verstärkers 12,

6) einfijOifenen Kontakt an dem Schieber des den Auslösepunkt einstellenden Potentiometers 47.

Unter der vorgenannten ersten Bedingung liegt die induktive Einrichtung 16 nicht im Stromkreis, so daß nur die kapazitive Einrichtung Y] in dem ersten Brückenzweig 21 belassen wird. Es ist daher kein Parallelresonanzkreis vorhanden, so daß der Verstärker 12 nicht schwingt.

Unter der oben genannten zweiten Bedingung würde ein Energieausfall bedeuten, daß keine Energiezufuhrarbeitsspannungen vorhanden sind, so daß der Transistor 55 nicht leiten kann und an dem Anschluß 71 kein Ausgang vorhanden sein würde.

Unter der oben genannten dritten Bedingung würde eine Leitungsunterbrechung zu der induktiven Einrichtung das gleiche ergeben wie die erste Bedingung.

Unter der oben genannten vierten Bedingung würde ein Kurzschluß der induktiven Einrichtung 16 einen effektiven Kurzschluß der kapazitiven Einrichtung 17 bedeuten. Dies würde die Impedanz des ersten Brückenzweiges 21 herabsetzen, es würde kein ParaUslresonanskreis Vorhanden sein und Rp., würde viel zu klein sein, um die Ungleichung (5) zu erfüllen.

Unter der oben genannten fünften Bedingung würde ein Versagen des Verstärkers 12 keinen verstärkten Ausgang ergeben, und dies würde bedeuten, daß die Transistoren 53 und 55 nicht eingeschaltet werden könnten.

Unter der oben genannten sechsten Bedingung würde ein offener Schieberkontakt des Potentiometers den gesamten positiven Rückkopplungskreis 21-22 unterbrechen. Daher würde an den Verstärkeranschluß 29 keine positive Spannung angelegt, so daß kein verstärkter Ausgang

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aus diesem Verstärker erhalten würde.

Falls der Näherungsschalterstromkreis lediglich dazu verwendet wird, Behälter, beispielsweise Behälter 79 (tfig· 2) zu zählen, die sich auf einer !Fördereinrichtung bewegen, dann spielt es keine Bolle, ob bei 10000 Behältern ein oder zwei Behälter nicht gezählt werden. Wenn jedoch ein Näherungsschalterstromkreis anstelle eines elektromechanischen Grenzschalters in einer Werkzeugmaschine verwendet werden soll und ein solcher iiäherungsSchalterstromkreis einen Werkzeugmaschinenschlitten 31 stoppt und umkehrt, dann kann ein Versagen sehr kostspielig werden, wenn die Maschine beschädigt wird oder, was noch schlimmer ist, eine Bedienungsperson verletzt wird. Unter einer solchen Bedingung ist ein ausfallsicheres Arbeiten erwünscht. Dem Maschinenschlitten 31 darf nicht ermöglicht werden, über das Ende seiner Bewegungsbahn hinauszuschießen, und unter den oben genannten sechs Bedingungen gewährleistet der Näherungsstromkreis gemäß der Erfindung, daß eine ausfallsichere Bedingung eines "KO GO"-Ausgangszustandes erhalten wird.

In der vorstehenden Beschreibung ist auf ein leitendes Ziel Bezug genommen worden. Falls ein magnetisch permeables Ziel von geringem Verlust verwendet wird, dann wird der Ausgangszustand für Bewegungen des Ziels zu der einen oder der anderen Seite eines Auslösepunktes umgekehrt. Solche magnetischen Materialien von geringem Verlust können aus einer Anzahl von Zink- oder Mangankeramikstoffen bestehen, die oft als Ferrite bezeichnet werden. Es kann auch Eisenpulver verwendet werden. Bei einem solchen Ziel, das hier mit Ferrit-Ziel bezeichnet wird, erhöht das magnetisch permeable Material die Induktanz der Spule 16 rascher als R , und daher vergrößert sich '

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R₀, wenn sich das Ziel der Sonde nähert. Die Gleichung (7) zeigt dies. Wenn Ron ^so eingestellt ist, daß die Ungleichung (5) bei entfernt liegendem Ferrit-Ziel nicht erfüllt ist, dann ruft das dichte Heranbringen des Ferrit-Ziels eine Vergrößerung von R₂I hervor, was bewirkt, daß die Ungleichung (5) erfüllt wird und daß Schwingungen auftreten und ein ¹¹GO¹¹-Ausgang erhalten wird.

Wie bei der oben beschriebenen Arbeitsweise im Fall des leitenden Ziels herrschen die vorgenannten ausfallsicheren Bedingungen, weil der Yerstärker während der Zeit schwingt, in welcher der "GO"-Ausgangszustand an dem Anschluß 71 hergestellt wird, und wenn die Schwingungen aufhören, wird dadurch der Ausgangszustand in einen "NO GO"-Zustand geändert.

Der erste Ausgangsanschluß 71 und der zweite Ausgangsanschluß 72 liefern komplementäre Ausgangszustände. Ein Wert davon ist, daß beispielsweise ein zu einem Rechner führendes verseiltes Übertragungsleitungspaar aus den Anschlüssen 71 und 72 gespeist werden kann, wobei das Relais 73 vorhanden oder nicht vorhanden sein kann. Die beiden komplementären Ausgangsanschlüsse 71 und 72 gestatten ferner die Verwendung eines exklusiven OR-Tors, welches an diese Anschlüsse zur Geräuschunterdrückung und als Schutz gegen Ausfälle in der Verbindungsschaltung von Verbrauchern, welche mit den Anschlüssen und 72 verbunden isf*., angeschlossen ist.

Ferner ermöglicht die Erdung der einen Seite der Sonde 14- die Verwendung von nur zwei Leitern statt drei Leitern in dem biegsamen Kabel 19, um die Sonde mit dem übrigen Teil des Stromkreises zu verbinden. Einer dieser Leiter kann die äußere Hülle des Koaxialkabels bilden.

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Claims

Patentansprüche

1» Näherungssehalterstromkreis, dadurch gekennzeichnet, daß er in Kombination folgende Bestandteile aufweistί einen Verstärker mit einem Eingang und einem Ausgang, eine Rückkopplungseinrichtung, weiche den Verstärkerausgang mit dem Verstärkereingang verbindet, eine ITäherungssonde, eine mit dem Verstärker aus gang verbundene Ausgangseinrichtung und eine Einrichtung, die eine Einrichtung enthält, welche die Sonde als Teil der Rückkopplungseinrichtung anschließt, um eine Änderung des Signals am Eingang des Verstärkers und eine Änderung der Ausgangseinrichtung in Übereinstimmung mit einer Änderung des Abstandes zwischen der Sonde und einem leitenden Ziel hervorzurufen und eine ausfallsichere Arbeitsbedingung für die Beendigung eines Ausgangs aus der Ausgangseinrichtung bei Beendigung des Verstärkerausgangs herzustellen«

2· Stromkreis nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,

daß die Rückkopplungseinrichtung einen Brückenkreis mit

.einen A.uscanp sowie Zweigen, einen Eingang und/ eine Einrichtung aufweist, welche den Verstärkerausgang mit dem Brückeneingang verbindet und den Brückenausgang mit dem Verstärkereingang verbindet.

3. Stromkreis nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Verstärker als Teil eines Oszillators geschaltet ist.

4. Stromkreis nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Rückkopplungseinrichtung eine änderbare Impedanz-

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einrichtung aufweist, die änderbar ist, um einen Auslösepunkt zu ändern, an welchem die Ausgangseinrichtung ihren Zustand in Übereinstimmung mit einer Änderung des Abstandes zwischen der Sonde und einem leitenden Ziel ändert.

5· Stromkreis nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß er eine induktive Einrichtung und eine kapazitive Einrichtung, die so angeschlossen sind, daß sie sich bei einer gegebenen Schv/ingungsfrequenz in Resonanz befinden, sowie eine Einrichtung aufweist, welche die Sonde als Teil der induktiven und kapazitiven Einrichtung anschließt.

6. Stromkreis nach Anspruch 5» dadurch gekennzeichnet, daß die Rückkopplungseinrichtung einen Brückenkreis mit einem ersten, einem zweiten, einem dritten und einem vierten Zweig, eine Einrichtung, welche die induktive Einrichtung und die kapazitive Einrichtung in den ersten Brückenzweig schaltet, und eine Einrichtung aufweist, welche den zweiten, dritten und vierten Brückenzweig in die Rückkopplungseinrichtung schaltet.

7« Stromkreis nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der erste und der zweite Brückenzweig an einem ersten Ausgangsanschluß der Brücke in Reihe geschaltet sind uad daß der dritte und vierte Brückenzweig an einem zweiten Ausgangsanschluß der Brücke in Reihe geschaltet sind.

8. Stromkreis nach Anspruch 7j dadurch gekennzeichnet, daß die Rückkopplungseinrichtung ein positives Netzwerk, welches den zweiten Brückenzweig enthält, und ein negatives Netzwerk aufweist, welches den dritten und den vierten Brückenzweig enthält.

9. Stromkreis nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Verstärker einen Ausgangsanschluß, einen positiven und einen negativen Eingangsanschluß und eine Einrichtung

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aufweist, welche die Rüekkopplungseinrichtung mit dem _; positiven und dem negativen Eingangsanscnluß des Verstärkers verbindet.

10. Stromkreis nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Rückkopplungseinrichtung einen positiven Bückkopplungsteil, der mit dem positiven Eingangs ans chluß des Verstärkers verbunden ist, und einen negativen Rückkopplungsteil aufweist» der mit dem negativen Eingangsanschluß des Verstärkers' verbunden ist.

11. Stromkreis nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausgangseinrichtung eine Detektoreinrichtung auf weist ,· daß die Rückkopplungseinrichtung den Verstärker als Oszillator arbeiten läßt und daß die Detektoreinrichtung das Vorhandensein oder das Fehlen von Schwingungen an dem Verstärkerausgang feststellt.

12. Stromkreis nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Detektoreinrichtung ein Paar differentialgeschalteter (transistoren enthält.

13· Stromkreis nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausgangseinrichtung einen Relaistreiberkreis aufweist, der mit dem Ausgang der Detektoreinrichtung verbunden ist und ein zweites Paar differentialgeschalteter transistoren enthält.

14-, Stromkreis nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Rückkopplungseinrichtung einen positiven Rückkopplungsteil und einen negativen Rückkopplungsteil aufweist und daß in dem negativen Rückkopplungsteil nur feste Widerstände angeordnet sind, um die Stabilität des Arbeitens zu gev/ährleisten.

15. Stromkreis nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Rückkopplungseinrichtung einen Brückenkreis mit vier Zweigen aufweist, daß der positive Rückkopplungsteil zwei Zweige der Brücke bildet, daß der negative Rückkopp lun^st eil die beiden restlichen Zweige der Brücke

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bildet, daß die Sonde in dem einen Zweig des positiven Rückkopplungsteils der Brücke angeordnet ist und daß in dem anderen Zweig des positiven Rückkopplungsteils der Brücke eine änderbare Impedanz vorgesehen ist, die änderbar ist, um einen Auslösepunkt für änderbare Abstände zwischen der Sonde und dem Ziel zu bestimmen.

16. Stromkreis nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Rückkopplungseinrichtung einen Auslösepunkt bestimmt, an welchem ein Verstärkerausgang mit einem leitenden Ziel erzeugt wird, v/elches von der Sonde in einem Abstand liegt, der größer als derjenige an dem Auslösepunkt ist, und die Beendigung des Ausgangs aus dem Verstärker bestimmt, wenn das leitende Ziel von der Sonde in einem Abstand liegt, der kleiner als derjenige an dem Auslösepunkt ist.

17. Stromkreis nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Rückkopplungseinrichtung einen Auslösepunkt bestimmt, bei v/elchem ein Verstärker aus gang mit einem magnetisch permeablen Ziel von geringem Verlust erzeugt wird, welches von der Sonde in einem Abstand liegt, der kleiner als derjenige Abstand an dem Auslösepunkt ist, und die Beendigung des Ausgangs aus dem Verstärker bestimmt, wenn das magnetisch permeable Ziel von geringem Verlust von der Sonde in einem Abstand liegt, der größer als derjenige an dem Auslösepunkt ist.

18. Näherungssondenstromkreis, dadurch gekennzeichnet, daß er in Kombination folgende Bestandteile aufweist: einen Verstärker.mit einem Eingang und einem Ausgang, einen Brückenkreis mit einem Eingang und einen Ausgang, eine Einrichtung, welche den Ausgang des Brückenkreises mit dem Eingang des Verstärkers verbindet, eine Einrichtung, Vielehe den Ausgang des Verstärkers mit dem Eingang des Brückenkreises verbindet, um den Verstärker als Oszillator arbeiten zu lassen, eine ITäherungssonde und

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eine Einrichtung, welche die Häherungssonde als (Beil « des Brückenkreises anschließt, um eine Änderung des Signals am Eingang des Verstärkers in Übereinstimmung mit einer Änderung des Abstandes zwischen dem Ziel und der Sonde herbeizuführen.

19· Stromkreis nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß der Brückenkreis eine änderbare Impedanzeinrichtung enthält, die -änderbar ist, um einen Auslösepunkt zu ändern, an welchem der Ausgang des Brückenkrexses seinen Zustand in Übereinstimmung mit einer Änderung des Abstandes zwischen der Sonde und einem leitenden Ziel ändert·

20, Stromkreis nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß er eine induktive Einrichtung und eine kapazitive Einrichtung, die so geschaltet sind, daß sie sich bei einer gegebenen Schwingungsfrequenz in Resonanz befinden, sowie eine Einrichtung auf v/eist, welche die Sonde als 5?eil der induktiven und kapazitiven Einrichtung anschließt.

21· Stromkreis nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, daß der Brückenkreis einen ersten, einen zweiten, einen dritten und einen vierten Zweig aufweist, daß eine Einrichtung vorgesehen ist, welche die induktive und die kapazitive Einrichtung in einen der Brückenzweige schaltet, und daß eine Einrichtung vorgesehen ist, welche den zweiten, dritten und vierten Zweig des Brückenkrexses als Rückkopplungseinrichtung an den Eingang des 7erstärkers anschließt.

22. Stromkreis nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, daß der erste und der zweite Zweig an einem ersten Ausgangsanschluß der Brücke in Reihe geschaltet sind und daß der dritte und vierte Zweig an einem zweiten Ausgangsanschluß der Brücke in Reihe geschaltet sind.

23» Stromkreis nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, daß die Rückkopplungseinrichtung ein positives Hetzwerk, welches den zvjeiten Zweig des Brückenkrexses enthält,

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und ein negatives Netzwerk aufweist, welches den dritten und vierten Zweig des Brückenkreises enthält.

24·. Stromkreis nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß er eine Detektoreinrichtung aufweist, die mit dem Ausgang des Verstärkers verbunden ist und das Vorhandensein oder Fehlen von Schv/ingungen an dem Verstärkerausgang" feststellt.

25· Stromkreis nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß der Brückenkreis einen positiven und einen negativen Rückkopplungsteil enthält und daß in dem negativen Rückkopplungsteil nur feste Widerstände angeordnet sind, um die Stabilität des Arbeitens zu gewährleisten.

26. Stromkreis nach Anspruch 25, dadurch gekennzeichnet, daß der positive Eückkopplungsteil des Brückenkreises eine änderbare Impedanz enthält, die änderbar ist, um einen Auslösepunkt für änderbare Abstände zwischen der Sonde und dem Ziel zu bestimmen.

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