-
Die Erfindung betrifft eine Schaltvorrichtung, insbesondere für einen induktiven Näherungsschalter, gemäß Oberbegriff des Anspruchs 1.
-
Eine derartige gattungsgemäße Schaltvorrichtung ist aus der DE-PS 31 50 212 bekannt. Bei dieser Schaltvorrichtung mit einem Hochfrequenz-Oszillator und einem nachgeschalteten Verstärker ist ein Prüfanschluß vorgesehen, in den eine Prüfeinrichtung ein Prüfsignal einspeisen kann, das derart beschaffen ist, daß der gegebenenfalls ungedämpfte Oszillator gedämpft und/oder der gegebenenfalls gedämpfte Oszillator entdämpft wird. Durch Auswertung der Änderung des Ausgangssignals des Näherungsschalters kann daher dessen Verfügbarkeit festgestellt werden.
-
Es ist daher bei dieser bekannten Schaltvorrichtung eine gesonderte Prüfvorrichtung vorhanden, um die Funktion der Schaltvorrichtung ständig überprüfbar zu halten. Durch diese gesonderte Prüfeinrichtung ist aber zwangsläufig ein hoher schaltungstechnischer Aufwand bei dieser bekannten Schaltvorrichtung erforderlich.
-
Als in diesem Rahmen zu berücksichtigender weiterer Stand der Technik kann noch die Schaltvorrichtung gemäß der DE-PS 24 00 723 bzw. der induktive Näherungssicherheitsinitiator gemäß der DE-OS 26 08 395 angesehen werden. Die Schaltvorrichtung entsprechend der DE-PS 24 00 723 weist jedoch den gravierenden Nachteil auf, daß dort nur eine Wirkungsrichtung sicherheitstechnisch realisiert ist, worunter verstanden wird, daß die Auswertestufe nur bei Abwesenheit einer Metallfahne von der Spule des Oszillators ein Ausgangssignal liefert. Eine Umkehrung dieser Wirkungsrichtung ist jedoch dabei nicht möglich.
-
Der Näherungssicherheitsinitiator gemäß der DE-OS 26 08 395 bedarf hingegen eines ganz spezifischen Gegenstückes und kann nicht mit einer üblichen Metallfahne betrieben werden, zudem ist auch hier der Betrieb nur in einer Wirkungsrichtung möglich.
-
Ausgehend von der gattungsgemäßen Schaltvorrichtung nach der DE-PS 31 50 212 liegt der Erfindung daher die Aufgabe zugrunde, eine Schaltvorrichtung, insbesondere für einen induktiven Näherungsschalter zu schaffen, die selbsttätig und fehlersicher arbeitet und ohne schaltungstechnisch großen Aufwand für je eine Wirkungsrichtung betreibbar ist, wobei die Schaltvorrichtung ohne extern initiierbare Prüfvorrichtung auskommen soll.
-
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des kennzeichnenden Teils des Anspruchs 1 gelöst. Die Taktstufe des Oszillators ist dementsprechend als selbsttätige Schaltstufe ausgelegt, die auf eine Induktivitätsänderung des Oszillators, insbesondere eine extern herbeigeführte Induktivitätsänderung anspricht. Der entsprechende Ansprechparameter für die Taktstufe kann dabei als bestimmter Stromwert, als bestimmter Spannungswert oder als Oszillatorfrequenz vorgesehen werden. Der wesentliche und gravierende Vorteil im Vergleich mit der bekannten gattungsgemäßen Schaltvorrichtung kann darin gesehen werden, daß die Taktstufe allein durch die äußere Beeinflussung, also speziell durch die Beeinflussung des HF-Feldes der Oszillatorspule, den Taktbetrieb einleitet.
-
Die Taktstufe ist so beschaffen, daß sie selbsttätig bei einem Betrieb in der einen Wirkungsrichtung eine gegebene äußere Beeinflussung aufhebt und bei einem Betrieb in der anderen Wir -kungsrichtung eine nicht vorhandene äußere Beeinflussung selbsttätig nachbildet. Die erfindungsgemäße Schaltvorrichtung arbeitet weiterhin fehlersicher. Bei Ausfall irgendeines Bauelementes wird der Taktbetrieb unterbrochen und der Gefahrenzustand durch die Auswertestufe eingestellt. Diese ist so ausgebildet, daß sie nur dann ein bestimmtes Ausgangssignal abgibt, wenn die Taktstufe des Oszillators arbeitet.
-
Die erfindungsgemäße Schaltvorrichtung ist also in der Lage, sich selbst zu überwachen, so daß ein fehlersicherer Aufbau vorhanden ist. Bei Ausfall eines beliebigen Bauelementes im Oszillator bzw. in der Taktstufe und/oder in der Auswertestufe und/oder in der Zweidrahtleitung zwischen dem Oszillator und der Auswertestufe nimmt das Ausgangssignal der Auswertestufe "automatisch" einen definierten Zustand, nämlich vorzugsweise den Wert Null, an.
-
Als Verbindungsleitung zwischen dem Initiator und der Auswertestufe genügt eine Zweidrahtleitung, so daß also eine zweiadrige Verbindungsleitung vorliegt. Der Oszillator selbst ist mit beliebigem Material, zweckmäßigerweise jedoch mit endlich leitfähigem Material, also beispielsweise einer Metallfahne, beeinflußbar.
-
In der einen Ausführungsform der Schaltvorrichtung wird die nachgeschaltete Auswertestufe nur dann betätigt, wenn der Oszillator gedämpft ist, während in der anderen Ausführungsform die Auswertestufe betätigt wird, wenn der Oszillator gerade nicht gedämpft ist. Das heißt, in der einen Ausführungsform wird beispielsweise bei Annäherung einer Metallfahne die Auswertestufe betätigt, während in der anderen Ausführungsform die Auswertestufe betätigt wird, wenn gerade keine Metallfahne dem Oszillator angenähert wird. Die betätigte Auswertestufe gibt dabei ein Ausgangssignal ab, das von dem Signal eindeutig abweicht, das abgegeben wird, wenn ein Fehler in der Schaltvorrichtung vorliegt.
-
Nachfolgend wird die Erfindung anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigt
-
Fig. 1 ein erstes Ausführungsbeispiel der Erfindung, bei dem bei Annäherung einer Metallfahne die Auswertestufe betätigt wird, und
-
Fig. 2 ein zweites Ausführungsbeispiel der Erfindung, bei dem die Auswertestufe betätigt wird, wenn sich gerade keine Metallfahne dem Oszillator annähert.
-
Fig. 1 zeigt die erste Ausführungsform der erfindungsgemäßen fehlersicheren Schaltvorrichtung mit einem aus einem Oszillator 20 und einer Taktstufe 23 gebildeten Initiator 21, sowie einer Zweidraht-Verbindungsleitung 6 und einer Aus -wertestufe 22.
-
Der Oszillator 20 weist eine Spule 2 auf, der sich eine Metallfahne 1 annähern kann. Die Spule 2 liegt mit ihrem einen Ende an einem Anschluß a für den ersten Draht der Zweidraht-Verbindungsleitung 6. Dieses eine Ende der Spule 2 ist über einen Kondensator 31, einen Widerstand 32 und die Basis-Emitter-Strecke eines Transistors 33 mit dem anderen Ende der Spule 2 verbunden. Ein Abgriff der Spule 2 ist ebenfalls über einen Kondensator 35 mit dem anderen Ende der Spule 2 verbunden. Dieser Abgriff liegt außerdem über einen Widerstand 11 am Emitter eines Transistors 34, dessen Basis-Kollektor-Strecke den Widerstand 32 überbrückt. Der Verbindungspunkt des Kondensators 31 mit dem Widerstand 32 und dem Kollektor des Transistors 34 ist mit dem Anschluß b der Zweidraht-Verbindungsleitung 6 verbunden.
-
Zwischen den Anschlüssen a und b liegen ein Kondensator 8, ein Widerstand 9 und eine Zener-Diode 3 in Reihe. Der Verbindungspunkt zwischen dem Kondensator 8 und dem Widerstand 9 ist an die Basis eines Transistors 7 angeschlossen, dessen Kollektor über einen Widerstand 10 mit dem Emitter des Transistors 34 verbunden ist und dessen Emitter am Abgriff der Spule 2 liegt.
-
Die Auswertestufe 22 besteht aus einem Übertrager 19, 19&min;, an dessen Sekundärwicklung 19&min; das Ausgangssignal abgenommen wird, während dessen Primärwicklung 19 in Reihe mit einem Widerstand 30 und der Kollektor-Emitter-Strecke eines Transistors 18 zwischen den Versorgungsanschlüssen 40, 41 für negative bzw. positive Versorgungsspannung angeschlossen ist. Der Emitter des Transistors 18 ist über einen Widerstand 12 mit dessen Basis verbunden, und die Basis des Transistors 18 ist über einen Widerstand 5 an die Ader der Zweidraht-Verbindungsleitung 6 angeschlossen, die am Anschluß b liegt. Parallel zu den Versorgungsanschlüssen 40 und 41 liegt die Reihenschaltung einer Zener-Diode 4 und eines Widerstandes 38, der an dem Versorgungsanschluß 40 liegt. Der Verbindungspunkt zwischen dem Widerstand 38 und der Zener-Diode 4 ist an dem Anschluß a geführt.
-
Die Metallfahne 1 beeinflußt das Hochfrequenzfeld der Spule 2, wodurch wiederum die Schwingung im Oszillator 20 verändert wird. Wenn sich die Metallfahne 1 der Spule 2 annähert, dann ist die Hochfrequenzschwingung des Oszillators 20 gering oder setzt sogar vollständig aus. In diesem Zustand hat der Oszillator 20 eine geringe Stromaufnahme.
-
Befindet sich dagegen die Metallfahne 1 außerhalb des Hochfrequenzfeldes der Spule 2, dann schwingt der Oszillator 20 voll und zeigt eine große Stromaufnahme.
-
Für die folgenden Erläuterungen zur Fig. 1 sei zunächst angenommen, daß die Zener-Diode 3 im Initiator 21 eine Zener- Spannung von 15 V besitzt, während die Zener-Diode 4 in der Auswertestufe 22 eine Zener-Spannung von 20 V haben soll. Der Widerstand 5 in der Auswertestufe soll einen Widerstandswert von 1 000 Ohm besitzen. Für den Ersatzwiderstand des von der Metallfahne 1 nicht beeinflußten Oszillators 20 werden 1 000 Ohm angenommen, während der durch die Metallfahne 1 beeinflußte Oszillator 20 einen Ersatzwiderstand von 9 000 Ohm besitzen soll.
-
Wenn bei diesem Wert für die Zener-Diode 4, dem Widerstand 5 und dem Ersatzwiderstand des Oszillators 20 die Spule 2 nicht durch die Metallfahne 1 beeinflußt wird, dann fließt in der Verbindungsleitung 6 zwischen dem Oszillator 20 und der Auswertestufe 22 ein Strom von etwa 10 mA. Die Spannung an den Anschlüssen a und b beträgt dann etwa 10 V.
-
Diese, an den beiden Adern der Verbindungsleitung 6 liegende Spannung von etwa 10 V liegt unterhalb der Zener-Spannung der Zener-Diode 3, so daß diese nicht leitet und der Transistor 7 der Taktstufe 23 damit nicht angesteuert wird.
-
Dieser Zustand wird beibehalten, bis eine Änderung der Oszillatorschwingung hervorgerufen wird.
-
In der Auswertestufe 22 wird der Transistor 18 bei geeigneter Dimensionierung des Widerstandes 12 durch den Strom von etwa 10 mA ständig durchgeschaltet, so daß an der Sekundärwicklung 19&min; des Übertragers 19, 19&min; keine Spannung auftritt.
-
Wird dagegen die Spule 2 des Oszillators 20 durch die Metallfahne 1 beeinflußt, so daß der Ersatzwiderstand des Oszillators 20 auf 9 000 Ohm ansteigt, dann fließt in der Zweidraht- Verbindungsleitung 6 nur noch ein Strom von etwa 2 mA. Die Spannung am Oszillator 20 bzw. an den Anschlüssen a und b beträgt dann etwa 18 V. Dies bedeutet, daß die Zener- Spannung der Zener-Diode 3 überschritten wird, so daß sich der Kondensator 8 über den Widerstand 9 aufladen kann. Sobald die Ladespannung am Kondensator 8 die Schwellenspannung des Transistors 7 übersteigt, schaltet die Emitter-Kollektor-Strecke dieses Transistors 7 den Widerstand 10 parallel zum Oszillatorwiderstand 11.
-
Der Widerstandswert des Widerstandes 10 ist so ausgelegt, daß bei dieser Parallelschaltung die Beeinflussung des Oszillators 20 durch die Metallfahne 1 aufgehoben wird. Damit geht aber der Oszillator 20 in den Zustand der hohen Stromaufnahme zurück, so daß die Spannung an den Anschlüssen a, b wieder klein wird und auf etwa 10 V absinkt.
-
In diesem Zustand wird der Kondensator 8 nicht weiter aufgeladen. Der durchgeschaltete Zustand des Transistors 7 wird aber nur solange beibehalten, bis sich der Kondensator 8 unter die Schwellenspannung des Transistors 7 entladen hat. Sobald dieser Zustand erreicht ist, in dem der Transistor 7 nicht mehr leitet, ist der Widerstand 10 nicht mehr parallel zum Widerstand 11 wirksam, so daß der Oszillator 20 wieder einen niederen Strom von etwa 2 mA führt.
-
Anschließend steigt die Spannung an den Anschlüssen a und b an, und der Kondensator 8 wird wieder aufgeladen.
-
Der Oszillatorstrom pendelt also ständig zwischen einem hohen und einem niederen Wert hin und her, so lange die Spule 2 durch die Metallfahne beeinflußt ist.
-
Da der Widerstand 12 in der Auswertestufe 22 so dimensioniert ist, daß der Transistor 18 bei hohem Oszillatorstrom durchgeschaltet und bei niederem Oszillatorstrom gesperrt ist, wird dieser Transistor 18 im Rhythmus der Taktfrequenz des Oszillatorstromes durchgeschaltet und gesperrt, und an der Sekundärwicklung 19&min; des Übertragers 19, 19&min; tritt ein Signal auf.
-
An der Sekundärwicklung 19&min; liegt also keine Spannung, wenn die Spule 2 nicht durch die Metallfahne 1 beeinflußt wird, und es tritt eine Spannung auf, wenn diese Metallfahne 1 die Spule 2 des Oszillators 20 beeinflußt.
-
Die Zener-Spannung der Zener-Diode 4 in der Auswertestufe 22 muß größer sein als die Zener-Spannung der Zener-Diode 3 im Initiator 21, damit die Schaltvorrichtung einwandfrei arbeiten kann.
-
Fig. 2 zeigt ein anderes Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Schaltvorrichtung mit zum Ausführungsbeispiel von Fig. 1 umgekehrter Wirkungsrichtung. In der Fig. 2 sind einander entsprechende Teile mit den gleichen Bezugszeichen wie in Fig. 1 versehen.
-
Das Ausführungsbeispiel von Fig. 2 unterscheidet sich vom Ausführungsbeispiel von Fig. 1 lediglich durch eine andere Taktstufe 23. Diese Taktstufe hat eine Parallelschaltung eines Kondensators 15 mit einem Widerstand 16, wobei diese Parallelschaltung zwischen dem Anschluß a und dem einen Ende der Spule 2 vorgesehen ist. Der Widerstand 16 ist durch die Basis-Emitter-Strecke eines Transistors 13 überbrückt, dessen Kollektor über einen Widerstand 14 mit dem anderen Ende der Spule 2 verbunden ist.
-
Wird die Metallfahne 1 der Spule 2 angenähert, dann ist der Oszillatorstrom klein, so daß der Transistor 13 durch den Spannungsabfall am Widerstand 16 nicht durchgeschaltet wird. Es tritt daher wieder ein statischer Zustand ein. Der Transistor 18 in der Auswertestufe 22 ist dabei ständig gesperrt, so daß an der Sekundärwicklung 19&min; des Übertragers 19, 19&min; kein Signal auftritt.
-
Wird nun die Beeinflussung des Oszillators 20 durch die Metallfahne 1 aufgehoben, dann nimmt der Oszillator 20 einen hohen Strom auf. Der Spannungsabfall am Widerstand 16 wird dann groß, so daß der Kondensator 15 aufgeladen werden kann. Sobald die Spannung am Kondensator 15 die Schwellenspannung des Transistors 13 übersteigt, wird dieser durchgeschaltet, und die Spule 2 wird über den Widerstand 14 der Taktstufe 23 derart beeinflußt, wie dies einer Beeinflussung durch die Metallfahne 1 entspricht.
-
Damit wird der Oszillatorstrom aber wiederum klein, so daß sich der gleiche rhythmische Taktbetrieb wie beim Ausführungsbeispiel der Fig. 1 einstellt. An der Sekundärwicklung 19&min; des Übertragers 19, 19&min; erscheint also nur dann eine Spannung, wenn der Transistor 18 während des Taktbetriebs durchgeschaltet und gesperrt wird. Dieser Taktbetrieb tritt aber nur auf, wenn die Spule 2 - im Gegensatz zum Ausführungsbeispiel von Fig. 1 - gerade nicht durch die Metallfahne 1 beeinflußt wird.
-
Der Wert der Taktfrequenz des Oszillatorstromes wird im Ausführungsbeispiel von Fig. 1 im wesentlichen durch die Kapazität des Kondensators 8 bestimmt, während im Ausführungsbeispiel von Fig. 2 im wesentlichen die Kapazität des Kondensators 15 diese Taktfrequenz festlegt. Weiterhin wird im Ausführungsbeispiel von Fig. 1 die Einsatzspannung für den Taktbetrieb durch die Zener-Diode 3 festgelegt, während im Ausführungsbeispiel von Fig. 2 der Einsatzstrom für den Taktbetrieb durch den Widerstand 16 bestimmt wird.
-
Schaltvorrichtungen mit dem Aufbau beider Ausführungsbeispiele nach Fig. 1 und 2 können nur dann den Taktbetrieb aufnehmen, wenn tatsächlich alle Bauelemente funktionsfähig sind. Fällt eines der Bauelemente im Initiator, im Oszillator, in der Zweidraht-Verbindungsleitung und in der Auswertestufe aus, so ist ein Taktbetrieb nicht mehr möglich. Im Fehlerfall ist somit die Spannung an der Sekundärwicklung 19&min; des Übertragers 19, 19&min; immer auf dem Wert Null.
-
Es liegt auch im Rahmen der Erfindung, anstatt der Spannung am oder des Stromes im Oszillator das Vorhandensein oder das Nichtvorhandensein der Oszillatorschwingung als Kriterium für das Einleiten des Taktbetriebes der Taktstufe 23 heranzuziehen.