DE1918184A1 - Beruehrungslos steuerbare Schalteinrichtung - Google Patents

Description

DR-INO. DIPL.-lNa. M. SC. DIPL.-PHVS. OR. DIPL.-PHYS.

HOGER-STELLRECHT-GRIESSBACH-HAECKER

PATENTANWÄLTE IN STUTTGART

A 37086 b ■ 1918184

23.3.1969

Herrn Eduard Hermle

73o3 IJeuhausen (Filder) Kirchstrasse 2o

BERÜHRUNGSLOS STEUERBARE SCHALTEINRIGHTUNG-

Die Erfindung betrifft eine berührungslos steuerbare Schalteinrichtung zum Ein- und Ausschalten einer Last, die in einem Hochspannungslastkreis angeordnet werden kann, sov/ie mit einem auf Annäherung eines zu überwachenden Gegenstands reagierenden Geber, der mit Niederspannung gespeist ist und einen im Lastkreis liegenden Schalter steuert.

Es ist schon eine derartige Schalteinrichtung bekannt-, bei der als Geber ein bei Annäherung des zu überwachenden Gegenstands gedämpfter Oszillator mit nachgeordnetem Diskriminator vorgesehen ist. Über den Diskriminator wird dann ein im Lastkreis liegender Tyristor gezündet, der als Schalter für den beispielsweise 220 V führenden Hochspannungslastkreis dient. Der Versorgung des Oszillators und. des Diskriminator mit Niederspannung dient ein als Stromwandler geschalteter Transformator, dessen Primärwicklung

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im Lastkreis liegt. Schalteinrichtungen dieser Art lassen sich zwar so ausbilden, daß sie lediglich zwei Zuleitungen aufweisen, nämlich Hochspannungszuleitungen, jedoch v/eisen sie den Nachteil auf, daß sie verhältnismäßig groß bauen, was auf die Verv/endung eines Trans-formators zurückzuführen ist.

Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, eine Schalteinrichtung der eingangs erwähnten Art zu schaffen, die ebenfalls nur zwei Zuleitungen aufweist, nämlich zwei Hochspannungszuleitungen, die andererseits jedoch so klein " ausgebildet werden kann, daß sie beispielsweise auch in den üblichen Reihengrenztaster-Gehäusen oder in Schaltwerken als Ganzes untergebracht %verden kann.

Zur Lösung dieser Aufgabe sind gemäß der Erfindung mehrere Lösungswege möglich:

Gemäß einem ersten Lösungsweg ist mindestens ein Halbleiter-Bauelement mit Zener-Charakteristik zur Erzeugung der Niederspannung vorzusehen. In weiterer Ausgestaltung die-• ses Erfindungsgedankens kann nun zur Stromversorgung des

Gebers parallel zu dem beispielsweise als Zenerdiode ausgebildeten Halbleiterbauelement eine Phasenanschnittsteue- -rung für die Betätigung des Schalters liegen und mit den beiden Polen des letzteren verbunden sein. Es ist aber • ■·auch, möglich, das Halbleiterbauelement mit Zenercharakte-ristik in den Lastkreis zu legen und den Schalter durch einen hochohmigen Widerstand zu überbrücken. In beiden Fällen wird die Niederspannung als Spannungsfall, an der Zenerdiode abgegriffen; erzeugt die Zenerdiode die llieder- - spannung nur bei geschlossenem Schalter, wird zur Auf-■ rechterhaltung der .Spannungsversorgung für den Geber die ... Phasenanschnittsteuerung verwendet. Andernfalls kann .das ~' Halbleiterbauelement mit Zenereharakteristik die erfor-

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derliche Niederspannung dann auch "bei geschlossenem Schalter erzeugen, um die Spannungsversorgung für den Geber aufrechtzuerhalten, wenn der Schalter durch einen hoehohmigen Widerstand überbrückt wird.

Bei allen diesen Möglichkeiten der Y/eiterbildung des erfindungsgemäßen Grundgedankens läßt sich wesentlich raumsparender bauen als dies bei der bekannten Schalteinrichtung der Fall ist, da kein Trans-formator mehr benötigt
wirdg und außerdem kann die erfindungsgemäße Schalt einrichtung weitgehendst in integrierter Bauweise erstellt v/erden.

Ein zweiter Lösungsweg der gestellten Aufgabe sieht bei
einer Schalteinrichtung der eingangs erwähnten Art zur Erzeugung der Niederspannung im Lastkreis einen spannungsabhängigen Widerstand vor, der bei hoher Spannung niederohmiger als bei niederer Spannung ist.

Bei einem dritten Lösungsweg wird gemäß der Erfindung vorgeschlagen, zur Erzeugung der Niederspannung im Lastkreis
einen elektro-opto-elektrischen Wandler anzuordnen.

Auch die beiden zuletzt erwähnten Lösungsnöglichkeiten weisen die Vorteile auf, daS infolge des V/egfalls eines Transformators die ganze Einrichtung relativ klein ausgebildet
und mindestens teilweise in integrierter Bauweise gefer-'tigt werden-kann. ' . ···..··- . , . ■

Besonders zweckmäßig sind Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Schalteinrichtung, die in übliche Reihengrenztastergehäuse oder Schaltwerke eingebaut sind; es ist aber auch möglich, die Schalteinrichtung in einem Rohr unterzubringen, das insbesondere mittels eines Gewindes in einen
Montagewinkel gehalten ist. Die an letzter Stelle erwähnte Ausführvmgsform ermöglicht eine leichte Justierung der

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erfindungsgenäßen Schalteinrichtung.

Schließlich empfiehlt es sich noch, die Schalteinrichtung in eine Vergußmasse einzubetten, um sie unempfindlicher gegen mechanische Beanspruchung zu machen.

Weitere Einzelheiten und Merkmale der Erfindung können den beigefügten Ansprüchen und/oder der folgenden Beschrei-■" bung entnommen werden, die der Erläuterung von in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispielen der Erfindung dienti Es zeigen: . , .

Fig. 1a ein Übersichtsschaltbild eines ersten Ausfüh- - rungsbeispiels der Erfindung,

Fig. 1b ein Zeitdiagramm für Strom und Spannung des Ausführungsbeispiels gemäß Fig. 1_a

Fig, 1c ein Übersichtsschaltbild eines zweiten Ausführungsbeispiels der Erfindung,

Fig. 2a ein Übersichtsschaltbild eines dritten Ausführungsbeispiels der Erfindung mit zwei Zenerdioden im Schalterkreis,

Fig. 2b ein Übersichtsschaltbild eines vierten Ausfüh-■-■-. . rsungsbeispieis der Erfindung mit einer Zenerdiode im Schalterkreis, ^l .

Fig. 3 ein Übersichtsschaltbild eines fünften Ausführungsbeispiels der Erfindung mit einem VDR-V/iderstand im Schalterkreis_?

Pig." 4 ein "Tr-aroichtsschaltbild eines sechsten AusführungsLeiepielo der Erfindung mit einem elektro-

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opto-elektrischen Wandler im Schalterkreis,

Fig. 5 eine durch einen Stromlaufplan detailliert dargestellte Ausführung des Übersichtsschaltbilds der Fig., 1c,

Pig.6a eine Ansichten von auf Winkeln montierten ^{xs oC} erfindungsgeinäßen Haltung s schal tern in einem Rohr mit Außengewinde,

Pig. 7 eine Ansicht eines erfindungsgeinäßen ITäherungsschalters in einem Endschaltergohäuse,

Pig. 8 eine Darstellung einer Anordnung erfindungsgemäßer Näherungsschalter, die in einem einzigen Gehäuse eines Reihengrenztasters untergebracht sind, und

Pig. 9a . ■

und 9"b Ansichten erfindungsgemäßer Näherungsschalter in einem Schaltwerk von der Seite beziehungsweise von vorne gesehen.

In den Pig. 1a bis 1c wird in Übersichtsschaltbildern beziehungsweise in einem Zeitdiagramra die erfindungsgemäße Lösung von Näifrungsschaltern mittels einer Phasenanschnittsteuerung dargestellt. ; · ■■■

Eine Schützspule 10 wird in Pig. 1a durch eine Wechselspannung U über einen Torschalter 12 betrieben, falls letzterer schließt. Die beiden Pole des Schalters 12 sind über Leitungen 14 und 16 an eine Zündvorrichtung 18 sowie an ein Hetzteil 20 geführt. Eine Zündleitung 22 am Ausgang der Zündvorrichtung. 18 führt von dieser zum Steuereingang des Torsehalter.3 12. Das Netzteil 20 dient der Gleichrieh-.

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tung der ankommenden Wechselspannung sowie der Konstanthaltung einer ausgegebenen Plus-Minus-Spannung· Letztere ist eine Niederspannung, die zur Speisung der Zündvorrichtung 13 sowie eines näherungsempfindlichen Gebers 23, 24 verwendet v/ird, der vorzugsweise aus einem Diskriminator 23 und einem Oszillator 24 besteht; der Ausgang des Oszillators 24 führt auf den Eingang des .Diskriminators 23» dessen Ausgang die Zündvorrichtung 18 beaufschlagt. Eine Verwendung anderer Gebertypen, die beispielsweise mittels Peldplatten oder Hallsonden eine Annäherung magnetischer Feldei* anzeigen, wäre ebenso möglich.

w Der Oszillator 24 schwingt mit einer Frequenz von beispielsweise. 10 UHz. Andere Frequenzen, wie beispielsweise 0,1 IiHz . wären ebenfalls als Betriebsfrequenz des Oszillators denkbar. Der Oszillator 24 ist insofern näherungsempfindlich hinsichtlich der Annäherung eines Nockens einer Werkzeugmaschine o.dgl., als sich seine Phase, Frequenz und/oder Amplitude als eine Punktion des Abstands zwischen dem Oszillator 24 und der Nooke darstellen läßt. Entsprechend ist der Diskriminator 23 auf eine Diskriminierung der Phase, Frequenz und/oder der Amplitude des Oszillators 24 ausgelegt« Diskriminator 23 und Oszillator 24 weisen insgesamt eir.e Schwellcharakteristik auf, indem ein unterschwelliger Wert anzeigt, daß keine oder zumindest keine hinreichende Annäherung einer Hocke an den Oszillator stattgefunden hat; im umgekehrten Falle der Anzeige eines überschwelligen Werts durch hinreichende Annäherung des Nocken . löst dagegen das. Ausgangssignal aus dem Diskriminator 23 die. ......

Zündvorrichtung 18 aus, die jetzt den Torschalter 12 durch phasenrichtige Zündimpulse auf der Leitung 22 schließt. ,

Die Wirkungsweise des Ausführungsbeispiels nach Fig.1a sei un- ' ter Zuhilfenahme des Zeitdiagramms in Fig. 1b erklärt. In letzterer stellt eine Kurve a den Strom durch den' Torschalter_s eine/Kurve b den Spannungsfal-1 am Torschalter 12 dar. Eine erste Zeit c zeige an, daß der aus Diskri- · · . - · ■ .'

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minator und Oszillator bestehende nährungsernpfindliche Geber 23, 24 ein hinreichend angenähertes Teil melde, eine zweite Zeit d zeige -jedoch den umgekehrten Fall an, indem der näl|rungsempfindliche Geber kein oder leein hinreichend angenähtes Teil meldet. ;

Eine lastbedingte Phasenverschiebung zwischen Strom und Spannung soll nicht berücksichtigt werden. Die Wechselspannung U betrage 220 Volt, 50 Hz. Somit dauert eine Halbwelle des Stroms oder der Spannung 10 msec. Da zur Zeit d der Näherungsgeber die Zündvorrichtung 18 nicht beaufschlagt, bleibt der Torschalter 12 dauernd geöffnet, weshalb durch ihn zu diener Zeit kein Strom fließt (Kurve a zur Zeit d), während die Potentialdifferenz zwischen den Leitungen 14, 16 220 Volt bei 50 Hz (Kurve b zur Zeit d) beträgt.

Zur Zeit c zündet dagegen die Zündvorrichtung 18 den Torschalter 12 über ihre Ausgangsleitung 22, indem sie etwa 10 meec. nach dem Null-Durchgang einer Halbwelle den Torschalter 12 schließt, der aufgrund einer ihm innewohnenden Zttnd-Brenncharakteristik nun solange geschlossen bleibt, bis die Halbwelle abgeklungen ist und ihren nächsten Null-Durchgang hat. ZweckmäSigerweise wird der Torschalter 12 durch einen bi-direktionalen Tyristor dargestellt, der jeweils 10 msec, nach jedem Null-Durchgang in beiden Richtungen gezündet wird.

Die Kurven a und b weisen zur Zeit c deraentsprechende Sprungfunktionen auf. Während jedoch entsprechende Einker bungen im Jtronverlauf der Kurve a ar/sich unerwünscht sind, wird dagegen der jeweils über 10msec. ansteigende Spannungsfall am Torschalter 12 zur weiteren Speisung des Netzteils sov/ ie zur Aufrechterhaltung der Zündung in der Zündvorrichtung 18 'benötigt. Das !Jetzteil 20 muß also die Eigenschaft haben, die PIus-Hinus-Spannung an seinem Ausgang trotz der nun vreseritlich verringerten und mit höheren F-lirrfak~cr

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versehenen Eingangsspannung soweit aufrecht zu erhalten, daß mit ihr ein einwandfreies -Arbeiten des Mherungsgebers 23, 24 sowie der Zündvorrichtung 18 sichergestellt ist.

Ein zweites Ausführungsbeispiel ebenfalls mit Phasenan- - Schnittsteuerung und Vollwellenanschnitt zeigt Fig. 1c. Eingangsklemmen 30, 32 führen über einen Vollwellengleichrichter 34 zu einem einfachen Tyristor 36, dessen _An-odeiileitung 38 und Katodenleitung 40 an den Eingang eines .Beschneiders 42 gelegt ist. Die Leitung 40 dient außerdem P als Eingangsleitung für eine Zündvorrichtung 44. Aus dieser führt eine Zündleitung 46 an den Gate-Eingang des Tyristors 36. Leitungen 48, 50 führen aus dem Ausgang des Beschneiders 42 zur Zündvorrichtung 44 sowie über eine Trenn- und Puffervorrichtung 54, 56 an den Näherungsgeber 23, 24. Die Trenn- und Puffervorrichtung besteht aus einer Trenn-Diode 54 und einem Pufferkondensator 56; sie erzeugt eine ausreichend geglättete Gleichspannung, indem ihre Ausgangsleitung 58 Plusspannung gegenüber der Minusspannung führenden Leitung 50 aufweist.

Zur Wirkungsweise der in Pig. 1c gezeigten Schaltung ist

»zu sagen, daß durch den Zv/eiweggleichrichter 34 und den nur in einer Richtung Strom durchlassenden Tyristor 36 derselbe Effekt.erreicht wird, wie dies in Pig. 1a durch den Bidirektionaltyristor 12,geschah. Ein Vorteil dieser Schaltung in Fig. 1c gegenüber der in Fig. 1a ist, daß ein aus.dem Beschneider 42 und der Trenn- und Puffervorrichtung 54, 56 bestehendes, dem Tyristor 36 nachgeschaltetes Netzteil keine Spannungsgleichrichtung mehr durchführen muß, wie dies in ITetzteil 20 der Fig. 1a geschah. Weitere Vorteile gegenüber de.?/ ersten Ausführungsbeispiel liegen in einer vereinfachten Zündvorrichtung und' einem klei- · neren Pufferkondensator. Die " grundsätzliche Wirkungsweise

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der Anordnung nach Pig. 1c gleicht jedoch völlig der zuvor beschriebenen. Zweckmäßigerv/eise begrenzt der Beschneider 42 die einkomineiiden, vollv/eg gleichgerichteten Spannungen etwa auf die Höhe der nach etwa 1 msec erreichten Spannung. Eine detaillierte Beschreibung des zweiten Ausführungsbeispiels erfolgt weiter unten anhand des Stromlaufplans der Pig. 5.

Ein drittes Ausführungsbeispiel der Erfindung wird durch Pig. 2a dargestellt. Zwei entgegengesetzt gepolte Zenerdioden 60, 62 liegen seriell im Schalterkreis eines Torschalters 64. Ein hochohmiger Nebenschlußwiderstand 66 überbrückt den Schalter 64. Leitungen 68, 70 legen den an den Zenerdioden 60, 62 entstehenden Spannungsfall an eine Zündvorrichtung 71 und über eine Trenn- und Puffervorrichtung 73, 74 an den Näherungsgeber 23, 24.

Solange der Schalter 64 geöffnet ist, entsteht ein geringer Stromfluß über die Zenerdioden 60, 62 und den Nebenschlußwiderstand 66. Zwischen den Leitungen 68 und 70 baut sich dadurch ein 50 Hz Rechteckwellenpotential' auf. Dieses wird einerseits durch die Vorrichtung 73, 74 geglättet und versorgt so den Näherungsgeber 23, 24 mit Betriebsspannung; .andererseits speist es direkt die Zündvorrichtung 71, die im Palle hinreiäiender Annäherung eines Gegenstands den vorzugsweise als bidirektionalen Tyristor ausgebildeten Torschalter 64 zündet. Die Zündung' kann unmittelbar nach ' dem Null-Durchgang erfolgen, eine verzögerte Zündung in Form einer Phasenanschnittssteuerung ist nicht erforderlich. Durch die im Schalterkreis liegenden Zenerdioden wird auch während des Sinsehaltzustande des Schalters 64 dieselbe Spannung .zwiachen den Leitungen 68,; 70 wie. zuvor erscheinen. Da der Zwang zu einer Phasenanschnittsteuerung entfällt, braucht der Schalter 64 kein Schalter mit Zünd-

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charakteristik zu sein, wo.durch dann auch, die Zündvorrichtung 71 entfiele. Unter Umständen kann eine der zwei Zenerdioden 60, 62 ebenfalls entfallen.

Pig. 2b zeigt in einem vierten Ausführungsbeispiel die letzterv/ähnten Modifikationsmöglichkeiten des dritten Ausfüh-

. rungsbeispiels (Pig. 2a), wobei zweckrnäSigerweise der Schalter 64 mit Zündcharakteristik der Fig. 2a durch einen Tran-

• sistor 84 mit vorgeschaltetem Zweiweggleichrichter 86 ersetzt wurde. Ansonsten gleicht dieses Ausführungsbeispiel dem zuvor besprochenen, was leicht erkannt werden kann, da für gleiche Bauteile gleiche Bezugszeichen gewählt wurden.

Da ein spannungsabhängiger Widerstand (VDR Widerstand) die Charakteristik zweier seriell geschalteter und entgegengesetzt gepolter Zenerdioden annehmen kann, bedeutet das fünfte Ausführungsbeispiel in Pig. 3 lediglich eine weitere Modifikation des dritten Ausführungsbeispiels der Pig. 2a. Vergleichbare Bauteile sind hier durch mit Strich versehene, aber sonst gleichlautende Bezugszeichen wie in Pig. 2a ausgewiesen. Ein VDR-Widerstand 80 in Pig. 3 tritt an die Stelle der Zenerdioden 60, 62 in Pig. 2a. In gleicher Weχse könnte im Ausführungsbeispiel der Pig. 2b die Zenerdio— de 60 durch einen VDR-Widerstand ersetzt v/erden.

In'Pig. 4 wird ein sechstes Äusführungsbeispiel der Erfin- " dung gezeigt, das im Schalterkreis die Priraär-Seite eines vorzugsweise·in Sättigung betriebenen elektro-opto-elektrischen Wandlers 90 (Hintereinanderschaltung eines elektrooptischen und eines optisch-elektrischen Wandlers) liegen hat, während die Sekundärseite des Wändlers 90 eine ITiederspannungs- oder Stromquelle "bildet, die ein Aggregat 92 aus ■ einem liäherungsgeber und einer eventuellen Zündvorrichtung" · · speist. In einer einfachsten Ausführungsform hat ein vor-¹. ·

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zugsweise mit Zündcharakteristik versehener Halbleiterschalter 94 ejnweggleichrichtenden Effekt, so daß die von Näherungsschalter betriebene Schützspule mit nur positiven odernur negativen Halbwellen betrieben wird. Ein Neb'en schlußwiderstand 96 schließt den Schalter 94 kurz und ist hochohmig genug, das Ein/Aus Schaltverhältnis des Näherungsschalters groß genug zu halten und andererseits einen Lichtstrom im Wandler 90 auch bei geöffnetem Schalter 94 zur hinreichenden Versorgung des Aggregats 92 aufrecht zu erhalten.

Weist dagegen der Schalter 94 bi-direktionale Charakteristik auf, müßten auch die lichtemittierenden Bauteile der Primärseite des V.'andlers 90 bi-direktional betreibbar sein, was im Falle lichtemittierender Dioden auf der Primärseite¹ eine antiparallele Schaltung solcher Dioden voraussetzt.

Sämtliche Ausführungsbeispiele nach den Figuren 2-4 weisen einen dem Schalter des Schalterkreises parallel geschalteten Nebenschlußwiderstand auf. Dieser ist erforderlich, solange der abgenommene Spannungsfall an dem im Schalterkreis als dem Hauptstromkreis liegenden Widerstand die einzige Energiequelle zur Speisung der Steuerkreise des Näherungsschalters auch während des geöffneten Schaltzustands darstellt. Sieht man jedoch eine zweite Energiequelle direkt ah den Anschlüssen des Näherungsschalters, also im ■ Nebenschlußkreis des Näherungsschalters, zusätzlich vor, kann nicht nur der Nebenschlußwiderstand entfallen, sondern auch das Ein/Aus Schaltverhältnis des Näherungsschalters generell verbessert werden. Im Falle des Ausführungsbeispiels gemäß Fig. 4 würde dies bedeuten, den elektro-optoelektrischen Wandler 90 dahingehend zu erweitern, daß möglicherweise antiparallel geschaltete lichtemittierende Dioden zusätzlich in. den Nebenschlußkreis des Uäherungsschal-

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ters· eingefügt werden. Die übrigen Ausführungsbeispiele erhielten weitere Zenerdioden bzw. VDR-Widerstände im Nebenschlußkreis, deren Spannungsfall über Trenndioden (exclusiv Oder-Verknüpfung) auf eine für die Spannungsfälle am Haupt- und Nebenschlußkreis gemeinsame Puffervorrichtung geführt würden.

In der Wirkungsweise unterschieden sich die Ausführangsbeispiele nach den Fig. 1a und 1c von den Ausführungsbeispielen nach.den Fig. 2 bis 4 insbesondere dadurch, daß er- stere eine mit einer definierten Zeitverzögerung arbeitende Phasenanschnittsteuerung aufweisen, letztere dagegen keine. Dem-entsprechend war die Energieentnahme zur niederspannungsmäßigen Speisung der Steuerkreise des Mherungsschalters im ersteren Falle impulsmäßig, im letzteren dagegen nicht. Rüstet man nun auch die Ausführungsbeispiele nach den Fig.2 bis 4 mit einer Phasenanschnittsteuerung aus, die aller- , dings im Gegensatz zu den ersten beiden Aus-führungsbeispielen so arbeiten müßte, daß zu der Zeit, in der der Schalter im Schalterkreis normalerweise voll sperren müßte, ein gewisser geringer, zur Aufrechterhaltung des erforderlichen SchaltVerhältnisses noch zulässiger Stromimpuls pro Halbwelle (vorzugsweise zur Zeit des Halbwellenendes) fließt, dann könnte einerseits der JJebenschlußwiderstand wie auch die letztvorgeschlagene zweite Energiequelle im ITebenschlußkreis entfallen. Damit wäre ein ausreichender Span- ' ^: nungsfall an den im Schalterkreis liegenden Widerstand mit vorzugsweise nichtlinearer Kennlinie sowohl im Ein- wie Auszustand des Schalters gewährleistet.

Zusätzlich sei .erwähnt, daß das Ausführungsbeispiel der Fig.4 unmittelbar, sowie das Ausführungsbeispiel der Fig. 2b mit oder ohne den Gleichrichter 86 auch zur Schaltung von GleichsBannungen verwendet werden kann. · ' ·

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Fig. 5 zeigt einen Stronilaufplan zur Detaillierung des in Pig. 1c als Übersichtschalfbild gezeigten zweiten Ausführungsbeispiels, wobei ein Vergleich durch Verwendung gleicher Bezugszeichen erleichtert wird. Zwischen Anschlüssen 100, 101 liegt eine Netzspannung von 220 Volt, 50Hz. Zwischen diese und die Anschlüsse 30, 32 des Näherungsschalter .selbst sind die Schü^zspule 10 und Entstörimpedanzen 102a bis 102 c geschaltet. Der Zweiweggleichrichter 34 mit Dioden 34a bis 34c wandelt die an den Anschlüssen 30, 32 befindliche Wechselspannung in eine zwischen der Anodenleitung 38 und der Leitung 40, 50 meßbare pulsierende Gleichspannung, vorausgesetzt, daß der zwischen diesen liegende Tyristor 36 sperrt.

Der Beschneider 42 der Fig. 1c wird in Fig. 5 durch die Bauteile 104 bis 114 dargestellt. Es sind dies ein Spannungsteiler 104, 106 aus einem Widerstand 104 und einer Zenerdiode 106, an dessen Ausgang die zenerstabilisierte Spannung über eine Diode -108 an einen Emitterfolger-Transistor 110 gebracht wird, der als Impedanzwandler arbeitet und über einen Emitterwiderstand 112 unmittelbar die Zündvorrichtung 44 (Fig. 1c) speist. Der Transistor 110 hat zwischen Kollektor und Emitter einen Kondensator 114.liegen, der eine leichte Glättung der gleichgerichteten Halbwellen zum Zeitpunkt des Null-Durchgangs und damit den wirkungsvollen Betrieb des Transistors auch zu dieser Zeit gewährleistet.

Der als Leitung 48 gekennzeichnete Emitterfolger-Ausgang des Beschneiders 42 (Fig. 1c) speist die Zündvorrichtung 44» die in Fig. 5 die Bauteile 116 bis 130 enthält. Ein Halbleiterbauteil 116 mit Zündcharakteristik, beispielsweise ein Unijunction-Transistor, hat in seinem Eingangskreis ein Impedanznetzv/erk 118, 120, 122', das aus Widerständen 118, 120 und einem· Kondensator 122 besteht. Sie haben ei- · nen gemeinsamen Schaltungspunkt am Steuereingang 'des Bau-

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teils 116, wobei der Widerstand 118 anvdie Leitung 48, der Kondensator 122 an die Leitung 40, 50 und der Widerstand an den Ausgang des Diskriminator 23 (Fig. 1c) angeschlossen ist. Die Anode des Bauteils 116 ist über einen V/iderstand 124 mit der Leitung 48, die Katode über die Parallelschaltung aus einen Widerstand 126 und einem Spannungstei-■ ler 128, 130 mit der Leitung 40, 50 verbunden. Der Abgriff . des Spannungsteilers 128, 130 ist an den Gate-Anschluß des Tyristors 36 geführt.

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\ Die Trenn- und Puffervorrichtung 54, 56 aus der Diode 54 und dem Pufferkondensator 56 liegt zwischen der Leitung 48 und der Leitung 58, weichletztere eine positive und hinreichend geglättete Gleichspannung gegenüber der Leitung 40, 50 hat. Der Diskriminator 23 (Fig. 1c) besteht in Fig.5 aus drei hintereinandergeschalteten Invertern mit Invertertransistoren 132, 134, 136, von denen die beiden ersten Arbeitswiderstände 138, 140 aufweisen. Der Ausgang des ersten Inverters hat überdies ein integrierendes RC-Uetzwerk aus einem kondensator 142 und einem Widerstand 144, in dem der Kondensator 142 zwischen Kollektor und Emitter des ersten Inverter-Transistors 132 und der Widerstand 144 zwischen dem Ausgang des ersten und dem Eingang des zweiten " Inverters liegt.

Der Oszillator .24 (Fig. Tc) ist in.Fig. 5 zwischen das Potential der Leitungen 58 und 40, 50 in Form dreier untereinander vermaschter Spannungsteiler mit R, L, C Bauteilen und einem aktiven Bauteil gelegt. Ein erster Spannungsteiler 150 bis 154 mit einem Widerstand 150, einer Diode 152 und einem weiteren Widerstand 154 speist mit einem gemeinsamen Schaltungspunkt zwischen dem Widerstand 150 und der Diode 152 den Steuereingang' eines aktiven Bauteils, das zu einem zweiten Spannungsteiler gehört. Der zweite Spannungsteiler enthält eine Induktivität 156, einen HPN-Transistor '

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158 als alctives Bauteil und einen ihm am Emitter nachgeschalteten Trimm-Widerstand 160. Der dritte den Oszillator 24 bildende Spannungsteiler besteht aus der Serienschaltung dreier Kondensatoren 162, 164» 166 und eines Widerstands 168, der an die Leitung 40, 50 gelegt ist. Während der gemeinsame Schaltungspunkt zwischen den Kondensatoren 162 und 164 an den Abgriff des Trimmv/iderstands 160 gelegt ist, führt der gemeinsame Schaltungspunlct zwischen den Kondensatoren 164 und 166 an den Kollektor des Transistors 158 und den einen Anschluß der Induktivität 156, deren zweiter an der Leitung 58 liegt. Der gemeinsame Schaltung?punkt zwischen dem Kondensator 166 und den Widerstand 168 bildet den Ausgang des Oszillators und führt zum Eingang des ersten Inverters des Diskriminators 23 und damit an die Basis des Inverter-Transistors 132. Die Serienschaltung aus dem Widerstand 154 und der Diode 152 ist derart, daß der Widerstand 154 an der Leitung 40, 50, die Katode der Diode 152 aber an der Basis des Transistors 158 liegt.

•Der Oszillator 24 ist so ausgelegt, daß er mit etwa 120 IcHz frei schwingt, solange die Induktivität 156 keine Annäherung eines metallischen Gegenstands ermittelt. Erfolgt aber eine solche Annäherung, erreicht schließlich die Bedämpfung des Oszillators einen solchen Grad, daß die Schwingung abreißt. Dies bedeutet praktisch, daß ein auf hinreichende Annäherung zu prüfender Hocken eines Maschinenteils oder dergleichen aus Kunststoff sein kann, der lediglich an seiner Oberfläche eine Metallschicht trägt.

Der Diskriminator 23 (Fig. 1c) ist in Fig. 5 ein reiner Amplituden-Diskrininator, in welchem die Transistoren 132, 136 voll sperren, solange der Oszillator 24 infolge hinreichender Bedänpfung inaktiv ist, in welchen aber umgekehrt der Transistor 136 voll leitend ist, solange der Oszillator frei schwingt.

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Solange der Transistor 136 leitet,, zieht er über einen. Spannungsteiler aus den Widerständen; 118* 120 das Stetterpotential für das Bauteil 115 tief geipsg» um eine Zündung des letzteren wirksam und auf Dauer zu verhindern. Sobald . jedoch eine Bedämpfung des Oszillators 24 eintritt, beginnt auch der Transistor 136 zu .sperren, was bedeutet,, daß sich .. der Kondensator 122 über den Widerstand 118 als Ladewider-^ stand aufladen kann. Ist schließlich die Zündspannung (Höckerspannung) des Bauteils "1-16 erreicht, zündet dieses, wodurch sein Katodenpotential soweit angehoben wird, daß dadurch über den Abgriff am Spannungsteiler 128, 130 auch " der Tyristor 36 unmittelbar gezündet wird.

Ba nun der Tyristor 36 .nur bis zum ITull-Durchgang der Spannung leitend bleibt und dann verlischt, nuß ein jeweils nächster Zündvorgang mit den Anstieg jeder Halbwelle in der .'/eise .eingeleitet -werden.,, daß bis zur sicheren Zündung/ des Tyristor.s 36 ein Potential-Aufbau z^tfischen der Anoden—-leitung.38.und der Leitung 40, 5Q- stattfindet, der.überdies, ausreichen ΐημβ, um über die Trenn- und Puffervor- ■ .-■.-richtung 54, 56 ein ausreichend positives Potential auf der Leitung 58 zu gewährleisten; Dabei kann zweckmäßigerweise ^?. während der Zeit der Inaktivität des Oszillators- 24. auf .der ι Leitung, .58 eine Art ITotspannungijyersorgung stattfinden,/die lediglich sicherstellen nuS, daß der Inverter-Transistor ..·..■ .13.6-am Diskriminatorausgang gesperrt bleibt und der Oszillator 24 nach Wegnahme der Bedämpfung wiederum anschwingen kann. . . , .. . - ... . -■..-".■

Die V/irkungsv/eise der zweiten Zündung und aller v/eiteren -Zündungen ist-, die, -daß der Potentialverlauf auf der Anoden-' leitung 38 und der Leitung 48 nach dem '•Tull-Durchgang der' Betriebsspannung gleich ist, und daß die RC-Zeitkons-tante' der Reihenschaltung aus den Widerstand 118 und dem Konden-

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sators/so bemessen wurde, daß sich eine ausreichende Zündspannung nach et v/a 1 msec, am Steuereingang des Bauteils 116 aufgebaut hat, die dieses also zu einem Zeitpunkt zünden läßt, an dem sich zwischen der Leitung 48 und der Leitung 40, 50 ein ausreichendes Potential gebildet hat, das genügt, eine ausreichend positive Spannung über den' Spannungsteilerausgang des Spannungsteilers 128, 130. an den Gate-Eingang des Tyristors 36 zu dessen Zündung zu legen. Sobald der Tyristor 36 gezündet hat, bricht das Potential zwischen der Anodenleitung 38 und der Leitung 40, 50 und in gleicher Weise das Potential der Leitung 48 bis auf die Tyristor-Brennspannung zusammen. Das Ausführungsbeispiel der Pig.5 v/eist also Kreise auf, die vorzugsweise nur zu den Zeiten Verlustleistung erzeugen, an denen ihre Aktivität erforderlich ist.

Pig. 6a zeigt eine perspektivische Ansicht eines auf einen Winkel 200 montierten Häherungsschalters in einem Rohr 202 mit Außengewinde; in diesem Rohr ist die Schaltung des erfindungsgemäßen Schalters zweckmäßigerweise in ein Gießharz eingebettet. Zwei zueinander gekonterte Muttern 204» 206 halten das Rohr 202 auf dem Winkel 200 fest, gestatten aber gleichzeitig, die Stirnfläche des Rohrs als aktive Fläche 208 nicht nur in der Höhe, sondern infolge eines vorzugs\\reise schlitzförmig ausgebildeten Lochs beim Rohrdurchtritt durch den Winkel aueh seitlich zu verstellen. Der Montage des Winkels selbst dienen Löcher 210, deren Maße· A'und B dem DIII-Vorschlag' für Rollenhebelschalter entsprechen und die zui?^ leichteren Justage schlitzförmig ausgebildet sein können.

Die Pig. 6b und 6c. zeigen eine v/eitere Winkelkonstruktion zur Aufnahme eines Näherungsschalters, bei welcher der Winkel aus Winkelteilen 200' und 200" besteht, die durch einen IJiet 209 gelenkig miteinander verbunden sind. Das Winkel-Teil 200" trägt das den Näherungsschalter aufnehmende Rohr 202 in gleicher '_;.^:eite wie d*r ',/inlol 200 in ?ig.6a, es ist jedoch im Unter-

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schied zu diesen mit auf einem Kreisbogen um den liiet 209 liegenden Schlitzen 210· versehen. Durch Lösen von Schrauben kann das Teil 200" und damit die aktive Fläche 208 am vorderen Ende des Rohres 202 radial geschwenkt v/erden. '■

Fig. 7 zeigt die Ansicht eines erfindungsgemäßen Näherungsschalters 212 in einem Endsehaltergehäuse 214-, in welchem der Näherungsschalter zweckmäßigerv/eise in ein Epoxyd-Harz 215 eingegossen ist. . .

Fig. 8 zeigt die Ansicht erfindungsgeinäßer Näherungsschalter 216a bis 216e in einem Gehäuse 218, in dem sie als Reihengrenztaster angeordnet sind. Eine solche Anordnung erweist sich besonders für Werkzeugmaschinensteuerungen als günstig.

Schließlich zeigen die Fig.9a und 9*> eine seitliche und eine Vorderansicht erfindungsgemäßer Näherungsschalter 220 in einem Schaltv/erk 222. Solche Anordnungen ermöglichen es, kontaktfreie Positionsmessungen sich bewegender Teile in gedrängter Bauweise durchzuführen, ohne die verschiedenen Fachteile der bisherigen Verfahren (kontaktelektrisch, passiv- oder aktivinduktiv, -kapazitiv oder fotoelektrisch) in Kauf nehmen zu müssen.

Im Rahmen des Erfindungsgedankens sind Abänderungen von den dargestellten Ausführungsformen möglich. Insbesondere sei bemerkt, daS nicht allein der aus einem näherungsempfindlichen Oszillator mit nachgeschaltetem Diskriminator bestehende Geber in dem erfindungsgemäßen Näherungsschalter eingesetzt.werdenkann, sondern ebenso jeder beliebige andere Gebertyp, der eine Annäherung anzeigt. So wäre beispielsweise ein mit Feldplatten oder Hallsonden ausgerüsteter Geber, der die Annäherung magnetischer Felder meldet,, in gleicher Weise verwendbar.

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Claims (1)

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   β* π

   P a t en t a-n s p, r ti. ehe

   und Ausschalten einer Last, die in ejpxeftf* Hoch spannung s-Lasfkreis angeordnet v;erden kan»-^sov/ie nit einefti auf ' Annäherung eines zu überyärdTenden Gegenstands reagierenden' Geber *", der niijü-iixederspannxing: gespeist ist und einen im Iastkr>i^iiegenden S_ohalter steuert, gekennzeichnej^^Iurch mindestens ein Halbleiter-Bauelement mit

   2» Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch, gekennzeichnet, daß das Halbleiter-Bauelement eine Zenerdiode ist.

   3. Einrichtung nach Anspruch 1 oder 2, bei, der der -Hochspannungslastkreis mit- Wechselspannung: gespeist- v/ird,

   -.,dadurch -gekennzeichnet ,,daß -zur Stromversorgung· .des Gebers parallel, zum Kalbleiterbauelement ,eine Phasenanschnittsteuerung für, die. Betätigung des Schalters liegt ,und rn.i-t den beiden Polen des letzteren verbunden ist.. . -

   4. Einrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet,: daß ^!das Hal"bleiterbau.elemerit· mit ."enercharakteris-■tik: in Lastkreis "liegt und der Schalter: durch einen.

   . hochohmige'n Viiderstand überbrückt ist. -

   5. Einrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeiehnet, daß •zwei zueinander entgegengesetzt gerichtete Zener-dioden in Lastkrei-s liegen. .. " " ...--

   6. Einrichtung nach einen oder nehreren der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß im Lastkreis ein Gleichrichter liegt.

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   7. Einrichtung nach einem oder mehreren der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zu Pufferzwecken zwischen dem Halbleiterbauelement mit Zenercharakteristik und dem Geber ein Kondensator mit einer Trenndiode liegt. "

   " 8. Einrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 2 - 7, gekennzeichnet durch einen Impedanzwandler für die Zenerdiode.

   9. Berührungslos steuerbare Schalteinrichtung zum Ein-

   " und Ausschalten einer Last, die in einem Hochspannungs-

   Lastkreis angeordnet werden kann, sowie mit einem auf Annäherung eines zu überwachenden Gegenstands reagierenden Geber, der mit Fiederspannung gespeist ist und einen im Lastkreis liegenden Schalter steuert, dadurch gekennzeichnet, daß zur Erzeugung der Niederspannung im Lastkreis ein spannungsabhängiger Widerstand angeordnet ist, der bei hoher Spannung niederohmiger als bei niederer Spannung ist,

   10. Berührungslos steuerbare Schalteinrichtung zum Ein- und Ausschalten einer Last, die in einem Hochspannungs-Lastkreis angeordnet werden kann, sowie mit einem auf

   Annäherung eines zu überwachenden Gegenstands reagierenden Geber , der nit Niederspannung gespeist ist und einen in Lastkreis liegenden Schalter steuert, dadurch gekennzeichnet, daß zur Erzeugung der Niederspannung im Lastkreis ein elektro-opto-elektrischer V/andler angeordnet ist. . ■ _

   11. Einrichtung nach einen oder mehreren der vorstehenden Ansprüche, dadurch .gekennzeichnet, daß der Schalter eine Zündcharakteristi> aufweist.

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   12. Schalter nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Schalter ein Tyristor oder ein bidirektionaler Tyristor ist.

   13. Einrichtung nach einem .oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Geber einen näherungsempfindlichen Oszillator und einen den Betriebszustand des letzteren überwachenden Diskriminator aufweist.

   14. Einrichtung nach einem oder .mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß sie in ein Reihengrenztastergehäuse eingebaut ist.

   15. Einrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche

   T -.13, dadurch gekennzeichnet, daß sie in ein Rohr eingebaut ist, das insbesondere mittels eines Gewindes in einem Montagewinkel gehalten ist.

   16. Einrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche

   1 — 13» dadurch gekennzeichnet, daß sie in ein Schaltwerk eingebaut ist.

   17. Einrichtung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß sie in eine Vergußmasse eingebettet ist.

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   I*». Jan. 1970

   Patentanspruch

   Als Zweipol ausgebildete, berührungslos steuerbare Schalteinrichtung zum Anschluß an einen zu unterbrechenden Hochspannungslastkreis, mit einem auf Annäherung eines zu überwachenden Gegenstands reagierenden Geber, der an die Niederspannung anzuschließen ist und einen in den Hochspannungslastkreis in Serie zu legenden Schalter steuertj." der mit dem Geber parallel geschaltet ist, so daß diese Parallelschaltung den Zweipol bildet, gekennzeichnet durch mindestens ein Halbleiterbauelement mit Zenercharakteristik zur Erzeugung der Niederspannung für den Geber.

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