DE2745650A1

DE2745650A1 - Annaeherungsschalter

Info

Publication number: DE2745650A1
Application number: DE19772745650
Authority: DE
Inventors: Gerd Dipl Ing Dr Fuenfzig; Walter Dipl Ing Dr Klaschka
Original assignee: Industrieelektronik Dr Ing Walter Klaschka GmbH and Co
Current assignee: Klaschka GmbH and Co
Priority date: 1977-10-11
Filing date: 1977-10-11
Publication date: 1979-04-12
Also published as: DE2745650C2

Description

ANNÄHERUNG SSC HALTE R
Die Erfindung betrifft einen in einem verschlossenen Gehöuse vorgesehenen, vorzugsweise induktiven Annäherungsscholter für die Überwachung der Anwesenheit oder Abwesenheit von Maschinenteilen, mit einer durch das Maschinenteil mindestens mittelbar in ihrer Dämpfungseigenschaft beeinfl ußbarer Schwingkreisspule, mit einem Oszillator, mit einem nachgeschalteten Verstärker und mit einer dreiadrigen Zuleitung zum Anndherungsschal ter.
Annöherungsschalter dieser Art dienen dazu, festzustellen, ob ein bestimmter Maschinenteil eine bestimmte Lage eingenommen hat. Es ist sehr wichtig, dies richtig zu erfahren, da sonst Gefdhrdungen des Bedienungspersonals und/oder teure Zerstörungen von Maschinenteilen vorkommen können. Zum Beispiel kann ein fehlerhafter Annöherungsschalter den geschlossenen Zustand eines Schutzgitters an einer Presse vortöuschen.
Die Presse kann dann trotz offenem Schutzgitter gestartet werden, die Bedienungsperson wird nicht an dem Eindringen in den Bereich gefährlicher Schlußbewegungen Cehindcrt und kann gefährlichenoder sogar tödlichen Verletzungen ausgesetzt sein.
In einem weiteren Beispiel kann ein Rührwerk erst dann in eine Schüssel einfahren, wenn der Deckel offen ist. Meldet jedoch aus irgendeinem Grund der Annäherungsschalter falsch, wenn der Deckel geschlossen ist, d. h., meldet er irrtümlich "offen", dann wird das Rührwerk in die Schüssel hineinbewegt, wobei notürlich das Rührwerk und die Schüssel zerstört werden können.
Das Gleiche geschieht auch bei Transferstraßen. Meldet zum Beispiel der Annäherungsschalter, daß ein Motorblock da ist, und in Wirklichkeit ist noch kein Motorblock da, so bewegen sich die spanabhebenden Werkzeuge in ihre Arbeitslage. Der dann einfshrende Motorblock konn dann mit Gewalt einen großen Teil der Transferstraße zerstören.
Es gibt im Prinzip zwei Gruppen von induktiven Annäherungsschaltern: In der ersten Gruppe schwingt der eingebaute Oszillator, wenn ein Maschinenteil aus Metall, in dem Wirbelströme induziert werden könne, fehlt. Die Spule des Oszillators ist dann nicht bedämpft und der Oszillator schwingt. Nähert sich dann ein solcher metallischer Maschinenteil, in dem Wirbelströme induziert werden können, so wird der Oszillator bedämpft und die Schwingung reißt ab.
Bei der zweiten Gruppe von Annäherungsscholtern schwingt der Oszillator jedoch gerade dann, wenn ein Maschinenteil in der richtigen Position ist. Dies erreicht man dadurch, daß man an dem Maschinenteil einen Ferrit anbringt, welcher die Güte des Schwingkreises des Annäherungsschalters erhöht, wodurch dann die Schwingungen einsetzen.
Zwar fallen Annöherungsschalter selten aus. Ganz auszuschalten ist der Ausfall jedoch nicht. Im Gegensatz zu ihrer zugehörigen Auswerteschaltung sitzen die Annäherungsschalter höufig recht ungeschützt und auf jeden Fall dort, wo sich irgendetwas bewegt.
Durch diese bewegendenTeile können die Annäherungsschalter evtl. beschädigt und in ihrer Funktion beeinträchtigt werden. Ihr Anbringungsort ist oft Erschütterungen unterworfen. Manchmal werden sie von der Bohrmilch angespritzt, arbeiten in heißer Umgebung usw. Aber auch die in den relativ kleinen, z. B. zylindrischen Annsherungsscholter-Gehöusen vorgesehenen Komponenten hoben keine unendliche Lebensdauer und können ausfallen, es können Lötstellen brechen, die Spannungszufuhr der Stromversorgung kann unterbrochen werden usw. Bei Bauelementefehlern ist für die Praxis die Berücksichtigung der weitaus wahrscheinlichsten sogenannten Einfachfehler, d. h. Unterbrechung und/oder Kurzschlüsse, ausreichend.
Ferner können Annäherungsschalter fehlerhaft angeschlossen werden. Die Anndherungsschalter sind über ein Kabel mit der Auswerteschaltung verbunden, die weiter ab vom Ort des Geschehens vergleichsweise geschützt sitzt. Bislang hat man die Schaltung im Annaherungsschalter so aufgebaut, daß z. B. ein "L"-Signal oder aber ein "0"-Signal an der Ausgangsklemme des Annöherungsschalters erschienen ist. Je nach Zuordnung bedeutet dieses Signal dann "Maschinenteil vorhanden" oder aber "Maschinenteil nicht vorhanden".
Durch Invertieruno dieses Signals kann man dann diese Zuordnung nochmals ändern.
Die tauchende Anzeige bekannter Annäherungsschulter kommt nun davon her, daß durch irgendeinen Ausfall z. B. in der Stromversorgung oder eines Bauelements das "L"-Signal oder das "O"-Signal erscheint, obwohl gemäß der tatsächlichen Stellung des Maschinentcils ein "0"-Signal oder aber ein "L"-Signal hätte erscheinen müssen. Dies konn zu den eingangs erwöhnten großen Geföhrdungen bzw. Störungen führen.
Es wäre nun möglich, z. B. durch Redundanz die Sicherheit der Anzeige zu erhöhen.
Eine größere Anzahl der Bauelemente setzt jedoch wieder die Ausfallwahrscheinlichkeit höher und ist vor allem teurer. Selbst bei einfacher Redendanz, bei der zwei Annöherungsschalter vorzusehen sind, ist diese Anordnung praktisch bereits doppelt so teuer wie an einziger Annöherungsschalter, wobei der erhöhte Aufwand in der Auswertung für die Antivalenz- oder Äquivalenzkontrolle noch nicht berücksichtigt ist. Wenn man die Bauelemente z. B. doppelt in einem einzigen Annäherungsschalter-Gehäuse unterbringt, so bedeutet dies abgesehen von der preislichen Erhöhung auch, daß das Annsherungsschalter-Gehäuse größer werden muß. Der Annöherungsschalter selbst soll jedoch einen möglichst kleinen Raum einnehmen.
Aufgabe der Erfindung ist es, einen Annöherungsschalter anzugeben, der bis zu seinen Ausgangsklemmen absolut sicher Geföhrdungen oder Zerstörungen der eingangs genannten Art vermeidet, und zwor auch dann, wenn an ihm selbst irgend etwas ausfällt oder beschödigt wird. Die Lösung soll billig, d. h. die erhöhte Sicherheit soll keine wesentlichen Mehrkosten erfordern und es soll auch möglich sein, noch wie vor die Signale des Annöherungsschalters mit einem dreiadrigen Kabel zu übertragen.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch folgende Merkmale gelöst: a) Ein Verstärker folgt direkt auf den Oszillator und ist als wechsclspannungsverstörkender lmpedanzwandler ausgebildet.
b) Auf den lmpedanzwandler folgt ein Gegentoktverstärker mit niederohmigem Ausgang.
Durch die Merkmale des Anspruchs 2 wird die Ausfallwahrscheinlichkeit weiter herabgesetzt.
Durch die Merkmale des Anspruchs 3 wird die Ausfallwahrscheinlichkeit nochmals erheblich herabgesetzt.
Durch die Merkmale des Anspruchs 4 kann man im schaltungsmäßig einfach zu beherrschenden B-Betrieb hoher Amplitude arbeiten und damit ein Modulationssignal in Höhe der Versorgungsspannung erzielen.
Durch die Merkmale des Anspruchs 5 erreicht man, daß mon sowohl an die Eigenschaften des Oszillators, vor allem aber an die Eigenschaften der nocllfolgenden Verstörkerstufe, des nachfolgenden Kabels und der Auswerteschaltung nur niedere Anforderungen stellen muß. In diesem Fall konn der Frequenzteiler entfallen.
Durch die Merkmale des Anspruchs 6 erreicht man, daß man mit einem Oszillator arbeiten kann, der raumlich klein ist, was bei Annsherungsschaitern wichtig ist. Ferner hat man hier die Möglichkeit, auf einfachere Weise Oszillatoren höherer Güte und Stabilitöt zu erzielen. Man gewinnt hier mehr, als daß man durch den zusdtzlichen Frequenzteiler verliert.
Durch die Merkmale des Anspruchs 7 kann man bei der Verwendung des oben bezeichneten Annöherungsschalters mit billigen Installationskabeln auskommen und braucht die elektromagnetischen Einstreuungen von Maschinensälen nicht zu fürchten.
Durch die Merkmale des Anspruchs 8 erreicht man, daß gegebenenfalls eingestreute nieder- und hochfrequente Störsignale wie zum Beispiel die 50 Hz-Netzfrequenz, wirksam unterdrückt wird. Dieser Bandpaß ist der gleiche, unabhängig davon, ob der Oszillator hochfrequent oder niederfrequent schwingt.
Durch die Merkmale des Anspruchs 9 erreicht man die Leistungsverstörkung, gibt nur den Wechselspannungsonteil weiter und konn diesen dann in ein Gleichsignal umwundeln, dos entweder direkt ein Relais ansteuern kann oder sonstwie vom Anwender unter Beachtung sicherhei tstechnischer Vorsdhri ften ausgewertet werden kann.
Durch die Merkmale des Anspruchs 10 erhält man ein besonders gutes Verhältnis Nutz-Signal/Stör-Signal.
Durch die Merkmale des Anspruchs 11 kann man einem alten Übel abhelfen. Normalerweise zeigt das Vorhandensein eines Teils an, daß ein "Gut"-Signal abgegeben werden sollte. Elektronische, berührungslose Sicherheitsgeber lassen sich dann einfacher aufbauen, wenn beim Fehlen eines Teils ein "Gut"-Signal abgegeben wird. Bislang hat man sich hier damit beholfen, daß man den Spulen des Oszillators ein Loch angeboten hat. Dieses Loch ist konstruktiv schlechter zu verwirklichen als der Teil selbst. Dutcl die Merkmale des Anspruchs 11 kann man nun den Spulen des Oszillators ein Teil ( z. B. einen Ferritkern ) anbieten, und am Ausgang entsteht das richtige Signal.
Durch diese Anordnung wird auch die Gefahr der Manipulierbarkeit verringert. Einc Bedienungsperson, die das technische Prinzip normalerweise nicht kennt, kann diesen Schalter mittels eines einfachen Werkstückes aus Metall oder Kunststoff nicht "überlisten", um Überwachungsfunktionen auszuschalten.
Schließlich führt das Schaltsignal bei dieser Lösung auch dann einen ungefährlichen Zustand der Maschine herbei, wenn der Schalter selbst gewaltsam aus seiner Befestigung gelöst wird und nicht mehr durch das Betätigungselement erreicht werden kann.
Durch die Merkmale des Anspruchs 12 erreicht man, daß die Widerstönde schlimmstenfalls lediglich unterbrochen werden können. Kurzschlüsse kommen nämlich bei Kohlenwiderständen bei allen Betriebsarten nicht vor. Der hier beschriebene Aufbau eines elektronischen, berührungslosen Sicherheitsgebers ist nicht auf das induktive Prinzip beschränkt. Er kann in gleicher Weise als kapazitiver, akustischer oder optischer Annäherungsschulter aufgebaut werden. Wesentlich ist nur, daß ein Wechsel spannungssignal für die weitere Auswertung zur Verfügung steht. Das ist bei kapazitiven oder aku.tischen Gebern ohnehin der Fall. Bei optischen Annöherungsschaltern bzw. Lichtschranken arbeitet man hinsichtlich einer hohen Fremdlichtunempfindlichkeit in der Praxis meistens mit moduliertcm Licht, womit hier diese Bedingung auch erfüllt werden kann.
Der Vorteil der Erzeugung eines Wechselspannungssignals durch Annsherung eines Betötigungselements und der damit gewünschten Zuordnung des Schaltsignals zum gefahrlosen Zustand der Maschine läßt sich jedoch am wirtschaftlichsten nur mit induktiven Gebern erreichen.
Zur Erfindung selbst ist noch zu sagen, daß man bei ihr bewußt auf jedes Invertieien vcrzichtct wenn ein Teil vorliegt und ein "Gut"-Signal vorliegen soll, und auch die Phasenbeziehungen des Wechsel-Signals bewußt völlig außer acht löst.
Weitere Vorteile und Merkmale der Erfindung gehen aus der nachfolgenden Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels hervor. Die einzige Zeichnung zeigt ein Blockschaltbild eines Annöherungsschalters mit angedeutetem Übertragungskabel und der Auswerteschaltung, ebenfalls in Blockbilddarstellung.
In eincm fingerartigen Gehäuse 11 ist ein Sicherheitsschalter vorgesehen. Er umfaßt zwei Spulen L 1 und L 2, die Teil eines Oszillators 0 sind. Die Ausgangsspannung des Oszillators 0 kommt zu einem Verstärker V 1. Seine Ausgangsspannung teilt ein Frequenzteiler FT herunter und speist einen Gegentaktverstörker V 2. Wie ersichtlich ist, werden dem Oszillator 0, dem Verstärker V 1, dem Frequenzteiler FT und dem Gegentaktverstörker V 2 eine Speisespannung über die Klemmen 1, 3 zugeführt. Am Ausgang 4 steht das Wechselsignal an.
@inks von den gabelförmig angeordneten Spulen L 1,L 2 ist ein Ferrit 12 vorgesehen.
fhe er zwischen die Spulen L 1, L 2 eintaucht, besteht nur eine schwache magnetische Kopplung und der Oszillator 0 schwingt nicht. Taucht der Ferrit 12 zwischen die Spulen L 1, L 2 ein, dann föngt der Oszillator O an zu schwingen.
Zwischen dem Gehäuse 11 des Annöherungsschalters und einem Auswertegervi, 13 ist ein Übertragungskabel mit den Adern 14, 16, 17 zwischengeschaltet. Die Adern 14, 17 dienen der Stromversorgung. Die Ader 16 dient der Übertragung des Arbeitssignals.
Anden Punkten 1, 2, 3 ist dasAuswertegerät 13 mit dem Übertragungskabel verbunden.
Das Auswertegerät 13 besitzt an seinem Eingang einen Bandpaß BP, einen Leistungs-Wechselspannungsverstörker V 3, einen Übertrager Ü, einen Gleichrichter G und schließlich ein Ausgangs-Relais d 1.
Rechts ist die Stromversorgung N dargestellt.
Es wird also stets nur das Wechselsignal dazu benutzt, ein Gleich-Ausgangssignal zu erzeugen. Niemals kann bei einer solchen Schaltung ein Fehler und/oder bei fehlendem Ferrit 12 ein Ausgangssignal entstehen , das "Gut" bedeuten könnte. Diese Sicherheit wird mit minimalem Aufwand erreicht.

Claims

Patentansprüche: 1 . In einem verschlossenen Gehöusc vorgesehener Annäherungsschalter für die Überwachung der Anwesenheit oder Abwesenheit von Maschinenteilen, rnit einer durch das Maschinenteil mindestens mittelbar in ihrer Dämpfungseigenschaft beeinflußbaren Schwingkreisspule, mit einem Oszillator, mit einem nachgeschalteten Verstörker und mit einer dreiadrigen Zuleitung zum Annaherungsschalter, gekennzeichnet durch folgende Merkmale: a) Der Verstärker folgt direkt auf den Oszillator und ist als wechselspannungsverstarender lmpedanzwandler ausgebildet.

b! Auf den Impedanzwandler folgt ein Gegentaktverstärker mit niederohmigem Ausgang.
2. Anndherungsschalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Oszillator nur ein einziges aktives Halbleiter-Bauelement aufweist.
3. Annäherungsschalter noch Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß Der lmpedanzwandler nur ein einziges aktives Halbleiter-Bauelement aufweist.
4. Annsherungschalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Impedanzwandler im B-Betrieb arbeitet.
5. Annöherungsscholter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Oszillator im NF-Bereich arbeitet, vorzugsweise im 10 KHz-Bereich.
6. Annüherungsschalter noch Anspruch 1, dadurch gckennzeichnct, daß der Oszillator im Bereich von 100 KHz bis 1 MHz arbeitet und doß zwischen Impcdanzwandler und Gegentaktverstärker ein Frequenzteiler vorgesehen ist, der eine Ausgangsfrequenz im 10 KHz-Bereich hat.
7. Annäherungsschalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß an den Gegentaktausgang ein handelsübliches Installationskabel ohne Schirm angeschlossen werden kann.
8. Anndherungsschalter noch Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Ausgang des Installationskabels an einen auf die Arbeitsfrequenz im 10 KHz-Bereich abgestimmten Bandpaß angeschlossen ist.
9. Annäherungsschalter nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß an den Bandpaß ein Leistungs-Wechselspannungsversta ker angeschlossen ist, auf den ein Übertrager, darnach ein Gleichrichter und danach z. B. ein Relais folgt.
10. Annsherungsschalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Wechselspannung bis zum Betrag der Spannungsversorgung moduliert ist.
11. Anndherungsschalter noch Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß auf den Oszillator ein In er folgt.
12. Annöherungsschalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die verwendeten Widerstände Kohlewiderstände sind.