DE2461169B2 - Elektronischer naeherungsschalter - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen elektronischen Näherungsschalter mit einem Oszillator, dessen Kreisverstärkung einerseits von außen und andererseits zwecks Einstellung einer Schalthysterese durch ein von der Oszillatorspannung abgeleitetes Rückführsignal beeinflußbar ist

Elektronische Näherungsschalter werden in zunehmendem Maße anstelle von mechanisch betätigten elektrischen Schaltern in elektrischen Meß-, Regel- und Steuerkreisen verwendet. Sie bestehen im allgemeinen aus einem durch ein angenähertes Metallteil bedämpfbaren Oszillator, dem ein Demodulator und ein Schwellwertschalter und/oder eine Ausgangsstufe nachgeschaltet ist. Solange ein an den Näherungsschalter angenähertes Metallteil einen vorgegebenen Abstand noch nicht erreicht hat, ist die Kreisverstärkung k χ V des Oszillators größer als 1 und er schwingt Erreicht das

60 angenäherte Metalltei! einen vorgegebenen Abstand, so führt die zunehmende Dämpfung des Oszillators zu einer Verringerung der Kreisverstärkung k χ V, so daß diese schließlich einen Wert kleiner als 1 einnimmt und der Oszillator nicht mehr schwingt Die Ausgangsstufe des Näherungsschalters nimmt hierbei, abhängig von dem Schwingungszustand des Oszillators, einen durch die konstruktive Auslegung bedingten Zustand (gesperrt oder leitend) an.

Zur Einstellung einer Schalthysterese, d.h. der Differenz zwischen dem Schaltabstand bei Entfernung des Metallteils und dem Schaltabstand bei Annäherung des Metallteile, ist es aus der OS 19 66 178 bekannt von der Ausgangsstufe her den Emitterwiderstand eines in Emitterschaltung betriebenen Transistors einer schwingenden Oszillatorstufe zu erniedrigen und damit die Verstärkung der Stufe zu erhöhen. Durch diese Maßnahme wird in unerwünschter Weise der Gleichstromarbeitspunkt der Verstärkerstufe verändert

Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen elektronischen Näherungsschalter anzugeben, bei dem eine Einstellung der Schalthysterese ohne eine Veränderung des Gleichstromarbeitspunktes der Verstärkerstufe ermöglicht wird. Die Lösung dieser Aufgabe gelingt gemäß der im Anspruch 1 gekennzeichneten Erfindung. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind den Unteransprüchen entnehmbar

Anhand eines in der einzigen Figur der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels sei die Erfindung im folgenden näher erläutert:

Der Näherungsschalter besteht in bekannter Weise aus einem Oszillator O, einem Demodulator D, einem Schwellwertschalter S, einer Ausgangsstufe A sowie einigen weiteren Schaltungskomponenten, deren Funktion noch näher zu erläutern sein wird.

Der Oszillator ist als Hartley-Schaltung ausgeführt und weist eine Verstärkerstufe in Kollektorschaltung sowie einen Schw .ngkreis auf. Der Schwingkreis besteht aus einem Übertrager U und einem parallelgeschalteten Kondensator C₁. Das Übertragungsverhältnis η des Übertragers weist um einen möglichst großen Wert des Emitterwiderstandes zu ermöglichen, den Faktor 2 auf, und es wird eine bifilare Wicklung verwendet, wodurch sich eine gute Kopplung und eine stabile Frequenz ergibt. Eine Mittelanzapfung ist leicht realisierbar und wird über einen Widerstand A₃ an den Emitter des Transistors <?i der Verstärkerstufe angeschlossen. Dem Widerstand A₃ ist ein Abgleichwiderstand A₃' parallelgeschaltet. Der Widerstand R₃ ist mit Vorteil als Kohleschichtwiderstand ausgebildet d.h. als Widerstand mit genau definiertem Temperaturkoeffizienten des Widerstandswertes. Die Basis des Transistors Q\ ist über einen Koppelkondensator C₂ an das eine Wicklungsende des Übertragers Li angeschlossen. Das andere Wicklungsende des Übertragers liegt an Masse. Der Schwingkreiskondensator G ist mit Vorteil als Keramikkondensator mit temperaturunabhängiger Kapazität ausgebildet Über einen zwischen die Betriebsspannung geschalteten Basisspannungsteiler R_u Ri wird der Arbeitspunkt des Transistors <?i eingestellt.

Der Demodulator D weist im C-Betrieb arbeitenden Transistor Qi auf, dessen Basis über einen Widerstand R₄ an den Emitter des Transistors ζ>ι angeschlossen ist. Der Emitter des Transistors Qi liegt über einen Widerstand Rs an Masse und über einen Widerstand R₉ an der positiven Betriebsspannung. Der Kollektor des Transistors Qi ist über einen Spannungsteiler R₆, /fy und einen hierzu parallelgeschalteten Kondensator C₃ an die

positive Betriebsspannung angeschlossen. Wird der Näherungsschalter als Öffner betrieben, so ist ein Kondensator C₃' zwischen Kollektor und Masse anzuordnea

Der Schwellwertschalter 5 weist einen ersten Transistor Q auf, dessen Basis an den Spannungsteiler Re, Ri angeschlossen ist Der Emitter des Transistors Qi liegt über einen Widerstand Ä₎₀ an der positiven Betriebsspannung und der Kollektor ist einerseits über einen Widerstand Äu mit der Masse verbunden i:nd andererseits über einen Widerstand R\2 an die positive Betriebsspannung gelegt Ein weiterer Transistor Q* des Schwellwertschalters ist mit seiner Basis an den Kollektor des Transistors Qi, mit seinem Emitter an den Emitter des Transisrors Qi und mit seinem Kollektor über einen Spannungsteiler Rn, Ru an Masse gelegt.

Ein Transistor Q₅ der Ausgangsstufe ist mit seiner Basis an den spannungsteiler Ri₃, Ru und mit seinem Emitter an Masse angeschlossen. Der Kollektor des Transistors Qs ist über eine Anschlußklemme 5a unmittelbar und über einen internen Lastwiderstand Rn und eine Anschlußklemme 4a mittelbar zugängig. Über die Reihenschaltung von einem Widerstand Rs und einer Diode CR\ ist der Kollektor des Transistors Qs zudem an die Mittelanzapfung des Übertragers L\ angeschlossen. Schließlich wird im öffnerbetrieb eine zusätzliche gestrichelt eingezeichnete Transistorstufe Qt dem Transistor Qs nachgeschaltet, wobei dessen Kollektor über einen Widerstand R₎₈ an die Basis des Transistors Qo angeschlossen ist Der Kollektor des Transistors Qt, ist an der Anschlußklemme 56 zugänglich.

Zwischen den Anschlußklemmen 4b und 6 wird die Betriebsspannung angelegt, die über die Reihenschaltung zweier Widerstände R\s und R\t die vorstehend beschriebene Schaltung speist. Bei Verwendung einer niedrigeren Betriebsspannung wird der Widerstand R_]6 durch eine Diode CRt überbrückt.

Zwischen die Betriebsspannung ist eine Zenerdiode VA₂ geschaltet und den Kollektor-Emitter-Strecken der Transistoren Qs und Q₁ sind jeweils Zenerdioden VRi und VA₃ parallelgeschaltet. Durch die Zenerdiode VR₂ erzielt man einen Umpolungsschutz sowie einen Schutz gegen Premdspannungen. Die Widerstände Ri 5, Ri 6 sowie der Lastwiderstand begrenzen den Strom durch die Zenerdiode. Andererseits werden durch die Zenerdioden VRi und VR₃ die Ausgangstransistoren Qs und Qb gegen induktive Abschaltspitzen beim Schalten induktiver Lasten geschützt.

Aus dem vorstehend beschriebenen Aufbau ergibt sich folgende Wirkungsweise des Näherungsschalters:

Solange in das magnetische Feld des Übertragers L\ kein metallisches Teil eingebracht wird, schwingt der Oszillator O und der Transistor Qz des Demodulators D wird im Takt der OsziUator-Schwingungsfrequenz durchgeschaltet Hierdurch wird der Kondensator C₃ S aufgeladen und der Transistor Qi des nachgeschalteten Schwellwertschalters zieht permanent Strom. Hierdurcn wird die Basis-Emitter-Strecke des nachgeschalteten Transistors Qa kurzgeschlossen, so daß dieser Transistor sperrt Solange der Transistor Qa des

ίο Schwellwertschalters 5 keinen Strom zieht, ist auch der Ausgangstransistor Qs gesperrt Der im öffnerbetrieb nachgeschaltete Transistor Q₆ zieht in diesem Fall Strom und speist dementsprechend eine nachgeschaltete Last

is Wird in das magnetische Feld des Übertragers L\ ein metallisches Teil eingebracht, so wird mit zunehmender Annäherung die Schwingung des Oszillators O zunehmend gedämpft Demzufolge wird bei einem entsprechenden Abstand des metallischen Teils auf dem Glättungskondensator Ci der Einschaltschwellwert für den nachgeschalteten Schwellwertschalter erreicht Somit wird auch der Transistor Qi des Schwellwertschalters 5 gesperrt und der diesem nachgeschaltete Transistor Qa kommt in den leitenden Zustand.

Hierdurch stellt sich an der Basis des Transistors Qs der Ausgangsstufe A ein Potential ein, welches diesen Transistor aufsteuert. Die Reihenschaltung aus dem Widerstand Rs und der Diode CRi erlaubt nunmehr einen Stromfluß über die Kollektor-Emitter-Strecke des Transistors Q» wodurch sich bei bedampftem Oszillator O eine Verringerung der Kreisverstärkung infolge einer Verringerung des Rückkopplungsfaktors k ergibt. Bei einer Entfernung des metallischen Teils im Feld des Übertragers L\ ist somit ein größerer Abstand

iS erforderlich, um den Oszillator O wieder in den schwingenden Zustand zu versetzen. Beim Anschwingen des Oszillators wird der Stromfluß in der Ausgangsstufe Qs gesperrt, wodurch eine sprunghafte Erhöhung des Rückkopplungsfaktors und damit der Kreisverstärkung stattfindet. Der Einfluß des Rückführsignals und damit die Hysterese des Näherungsschalters kann durch einen einstellbaren Widerstand Rs in gewissen Grenzen vorgegeben werden.
Zwischen die Schaltungspunkte a, b kann beispielsweise eine Lumineszenzdiode eingesetzt werden, um den Schaltzustand des Näherungsschalters zu signalisieren. Weiterhin kann zwischen die Schaltpunkte c, d, e eine gegen Überlast geschützte Endstufe eingesetzt werden, wie sie z. B. aus der DT-AS 23 54 054 bekannt ist.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (7)

Patentansprüche:

1. Elektronischer Näherungsschalter mit einem einen Übertrager aufweisenden Oszillator, dessen Kreisverstärkung einerseits von außen und andererseits zwecks Einstellung einer Schalthysterese durch ein von der Oszillatorspannung abgeleitetes Rückführsignal beeinflußbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß durch das Rückführsignal der Kopplungsfaktor k des Oszillators (OJbeeinflußbar ist, indem dieses auf die Mittenanzapfung (2) des Übertragers (U) zurückgeführt ist, so daß bei bedampftem Oszillator der Rückkopplungsfaktor verkleinert wird. ¹S

2. Näherungsschalter nach Anspruch 1, wobei der Oszillator nach Art einer Hartleyschaltung ausgebildet ist und eine aus einem Emitterfolger gebildete Verstärkerstufe sowie einen selektiven den Übertrager umfassenden Vierpol aufweist und dem Oszilla- zo tor ein Demodulator, ein Schwellwertschalter und eine Ausgangsstufe nachgeschaltet ist, dadurch gekennzeichnet, daß das Ausgangssignal der Ausgangsstufe (A) das Rückführsignal bildet

3. Näherungsschalter nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittenanzapfung (2) des Übertragers (U) über die Serienschaltung eines einstellbaren Widerstandes (Rs) und einer Diode (CRi) an den Ausgang (5a) der Ausgangsstufe (A) angeschlossen ist

4. Näherungsschalter nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Übertragungsverhältnis η des Übertragers (U) mit π = 2 gewählt ist

5. Näherungsschalter nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet daß die Windungen des Übertragers (U) aus bifilar gewickelten Drähten bestehen.

6. Näherungsschalter nach Anspruch 2 mit einem an die Mittelanzapfung des Übertragers angeschlossenen Emitterwiderstand, dadurch gekennzeichnet daß der Emitterwiderstand (R₃) ein Kohleschichtwiderstand ist.

7. Näherungsschalter nach Anspruch 2, bei dem der selektive Vierpol aus der Parallelschaltung des Übertragers mit einem Kondensator besteht dadurch gekennzeichnet daß als Kondensator (Q) ein 4s Keramikkondensator mit temperaturunabhängiger Kapazität verwendet wird.