CH621444A5 - Electronic safety switch which works without contact - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen elektronischen, berührungslos arbeitenden Sicherheitsschalter mit einem von aussen beeinflussbaren Oszillator, zwei von dem Oszillator über einen Verstärker angesteuerte Relais und einer Speiseschaltung für den Oszillator. The invention relates to an electronic, non-contact safety switch with an externally controllable oscillator, two relays controlled by the oscillator via an amplifier and a supply circuit for the oscillator.

Bei derartigen Sicherheitsschaltern ist es zum Beispiel aus dem französischen Patent Nr. 2 305 715 bekannt, nicht nur die Annäherung eines Metallteiles, sondern auch Spannungsausfall, Montagefehler, Kurzschluss oder Unterbruch in der Verdrahtung zu überwachen. Dies wird gemäss dem französischen Patent dadurch erreicht, dass am bewegten Teil der überwachten Einrichtung ein aktiver elektrischer Teil befestigt ist, welcher ein Rechtecksignal abgibt. Trotz dieser Anordnung sind aber Sicherheitsschalter bekannter Bauart nicht vollständig geschützt gegen unerwünschte äussere Einflüsse. In the case of such safety switches, it is known, for example, from French Patent No. 2 305 715 to monitor not only the approach of a metal part, but also voltage failure, assembly errors, short-circuit or open circuit in the wiring. According to the French patent, this is achieved in that an active electrical part which emits a square-wave signal is attached to the moving part of the monitored device. Despite this arrangement, safety switches of a known type are not completely protected against undesired external influences.

Aufgabe der Erfindung bildet die Schaffung eines Sicherheitsschalters, welcher in seinem Aufbau einfach und billig ist und dabei aber alle Bedingungen und Anforderungen der Sicherheit gewährleistet. Der elektronische, berührungslos arbeitende Sicherheitsschalter ist im Patentanspruch 1 gekennzeichnet. The object of the invention is to provide a safety switch which is simple and inexpensive in construction but which ensures all conditions and requirements of safety. The electronic, non-contact safety switch is characterized in claim 1.

Nachstehend wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand von zwei Schaltbildern näher erläutert. Es zeigen: An exemplary embodiment of the invention is explained in more detail below on the basis of two circuit diagrams. Show it:

Fig. la, lb ein Blockschaltbild des Sicherheitsschalters und die Anordnung von Spule und Ferritteilen und Fig. La, lb is a block diagram of the safety switch and the arrangement of coil and ferrite parts and

Fig. 2 ein Schaltschema desselben Sicherheitsschalters mit Einzelheiten der verwendeten Schaltungsteile. Fig. 2 is a circuit diagram of the same safety switch with details of the circuit parts used.

Im Blockschema von Fig. la ist der Oszillator mit 1 bezeichnet, welcher mit einer Spule und einem Schalenkern ein Hochfrequenzfeld erzeugt Das Gegenstück 2 ist beispielsweise in einem Gehäuse 3 angeordnet und mit einem beweglichen Maschinenteil verbunden, welcher zu überwachen ist. Der Oszillator 1 ist über einen Anpassverstärker 4, ein zweiadriges Kabel 11 und ein elektrisches Filter 5 an einen weiteren Verstärker 6 angeschlossen, welcher seinerseits über einen Trenntransformator 7 und einen Gleichrichter 8 ein Ausgangsrelais 9 betätigt, mit welchem eine Sicherheitsvorrichtung bekannter Bauart ein- und ausgeschaltet werden kann. Das Blockschema zeigt ferner eine Stromüberwachung 10, mit welcher bei Kurzschluss im Oszillator über Transistoren der Verstärker 6 gesperrt wird. In the block diagram of FIG. 1 a, the oscillator is designated 1, which generates a high-frequency field with a coil and a shell core. The counterpart 2 is arranged, for example, in a housing 3 and connected to a movable machine part which is to be monitored. The oscillator 1 is connected via a matching amplifier 4, a two-core cable 11 and an electric filter 5 to a further amplifier 6, which in turn actuates an output relay 9 via an isolating transformer 7 and a rectifier 8, with which a safety device of known type is switched on and off can be. The block diagram also shows a current monitor 10 with which the amplifier 6 is blocked in the event of a short circuit in the oscillator via transistors.

Fig. lb zeigt im Schnitt ein Beispiel für die Ausführung des induktiven Teils des Oszillators, in der die Oszillatorspule als Fig. Lb shows in section an example of the execution of the inductive part of the oscillator, in which the oscillator coil as

Induktivität L in einen handelsüblichen ferritischen Schalenkern 1 ' eingebettet ist Die bei einer elektrischen Durchströmung der Spule sich aufbauenden magnetischen Feldlinien F treten an der offenen Seite des Schalenkerns aus dem Ferritmaterial in den Umgebungsraum aus, wobei diese offene Seite von der bevorzugten Anordnung her auch die nach aussen, beispielsweise von einer Befestigung weggerichtete Seite darstellt. Die Feldlinien des nach aussengerichteten Hochfrequenzfeldes treten in einem gewissen Abstand, einem Annäherungsabstand, in ein Gegenstück 2 aus ebenfalls ferritischem Material wieder ein und durchfluten es in der schematisch dargestellten Art, um nach Austritt aus dem Gegenstück 2 wieder in den Schalenkern 1 ' einzutreten. Je nach Abstand bzw. Annäherung wird damit die Güte der Induktivität L verändert. Inductance L is embedded in a commercially available ferritic shell core 1 '. The magnetic field lines F which build up when the coil flows through the coil emerge from the ferrite material into the surrounding space on the open side of the shell core, with this open side also having the preferred arrangement outside, for example, facing away from a fastening. The field lines of the outward-facing high-frequency field enter a counterpart 2 from a likewise ferritic material at a certain distance, an approximate distance, and flow through it in the schematically illustrated manner in order to reenter the shell core 1 'after exiting counterpart 2. Depending on the distance or approach, the quality of the inductance L is changed.

Das Gegenstück 2 lässt sich zu diesem Zweck relativ zur Anordnung 1 ', L bewegen, was durch einen Doppelpfeil angedeutet werden soll. Der Durchmesser des Gegenstückes 2 muss dem Durchmesser des Schalenkerns entsprechen. So können quadratische oder runde Plättchen, die den Querschnitt der Schalenkernhälfte überdecken, verwendet werden. Das Gegenstück 2 erfodert keine elektrischen Anschlüsse, es kann deshalb leicht an einem bewegbaren Maschinenteil angebracht werden. For this purpose, the counterpart 2 can be moved relative to the arrangement 1 ', L, which is to be indicated by a double arrow. The diameter of the counterpart 2 must correspond to the diameter of the shell core. For example, square or round plates that cover the cross section of the shell core half can be used. The counterpart 2 does not require any electrical connections, it can therefore be easily attached to a movable machine part.

Im Schaltschema der Fig. 2 sind die Schaltungsteile in bekannter Weise mit C für Kondensatoren, mit R für Widerstände, mit T für Transistoren und mit D für Dioden bezeichnet. Der Oszillator besteht aus den Teilen C1, T1, T 2, L, R1, R 2). In the circuit diagram of FIG. 2, the circuit parts are designated in a known manner with C for capacitors, with R for resistors, with T for transistors and with D for diodes. The oscillator consists of the parts C1, T1, T 2, L, R1, R 2).

Der Oszillator arbeitet im vorliegenden Beispiel mit etwa 200 KHz. Der Rückkopplungswiderstand R 2 ist so eingestellt, dass die Amplitude der Schwingung sehr klein wird. Sobald das Gegenstück 2 von Fig. 1 in das Hochfrequenzfeld des Oszillators gebracht wird, so steigt die Amplitude der Schwingung stark an, dass das Ausgangsrelais 9 von Fig. 1, anspricht und damit die Sicherheitsvorrichtung freigibt. Der Schwingkreis verändert sich jedoch nur, wenn das Gegenstück 2 aus gesintertem Ferrit besteht. Ein beliebiges Metallstück oder Metallspäne erzeugen im Hochfrequenzfeld Wirbelströme, so dass die Schwingungen ganz abreissen. Der Anpassverstärker 4 besteht aus den Teilen R 3, R 4, R 5, C 2 und T 3. Die Anpassung bewirkt eine Herabsetzung der wechselstrommässigen HF-Quellenimpedanz und eine Vergrösserung der Amplitude. Dies erlaubt den Anschluss von Kabeln bis etwa 50 m. Der Oszillator und der Anpassverstärker bilden zusammen den Teil, welcher an einem nichtbewegten Teil der zu sichernden Maschine befestigt wird. Das elektrische Filter und der Verstärker, Bezugszeichen 5 und 6 in Fig. 1, bestehen aus den Teilen R 6, R 7, R 8, R 9, R10, R11, R12, R13, C 3, C 4, T 4, T 5 und der Zenerdiode D 1. Die Oszillatorschwingung wird mit C 3 auf die Basis des Transistors T4gekoppelt. Der Eingangswiderstand R8 = R10 = R9 ergibt zusammen mit C 3 die untere Grenzfrequenz, und Rll und R 4 die obere Grenzfrequenz des Filters T 5 und R12 mit R13 bilden zusammen einen Emitterfolger, welcher den Treibertransistor T 7 ansteuert. Der Spannungsteiler ist dabei so gewählt, dass der Transistor T 7 im Ruhezustand noch nicht leitet. Als Last im Kollektorkreis dient eine Konstantstromquelle D 2, D 3 mit T 6, welche etwa 10 mA liefert. Die Transistoren T 8 und T 9 in Kollektorschaltung dienen zur Stromverstärkung. Das Signal des Verstärkers gelangt über den Kondensator C 5 an den Trenntransformator Tr 1, welcher das Signal auf den von den Relais Re 1 und Re 2 benötigten Pegel transformiert. Anschliessend wird das Signal von den Teilen D 4, C 6, R16, R17, R18, R19, R 20, T10, T11, gleichgerichtet und gesiebt C 5 und Tr 1 sind so bemessen, dass wesentlich zu tiefe Frequenzen nicht mehr übertragen werden. Die Kippstufe sorgt dafür, dass die Relais Re 1 und Re 2 ohne Flattern anziehen und abfallen. Die Relais Re 1 und Re 2 sind Ausführungen mit zwangsgeführten Kontakten. Die elektrische Hysterese ist nur wenig kleiner als die mechanische Hysterese der Relais. Die Stromüberwachung, Bezugszeichen 10 in Fig. 1, besteht aus In the present example, the oscillator operates at approximately 200 kHz. The feedback resistor R 2 is set so that the amplitude of the vibration becomes very small. As soon as the counterpart 2 of FIG. 1 is brought into the high-frequency field of the oscillator, the amplitude of the oscillation rises sharply so that the output relay 9 of FIG. 1 responds and thus releases the safety device. However, the resonant circuit only changes if the counterpart 2 consists of sintered ferrite. Any piece of metal or metal chips generate eddy currents in the high-frequency field, so that the vibrations break off completely. The matching amplifier 4 consists of the parts R 3, R 4, R 5, C 2 and T 3. The matching brings about a reduction in the alternating current RF source impedance and an increase in the amplitude. This allows the connection of cables up to approx. 50 m. The oscillator and the matching amplifier together form the part which is attached to a non-moving part of the machine to be secured. The electrical filter and the amplifier, reference numerals 5 and 6 in Fig. 1, consist of the parts R 6, R 7, R 8, R 9, R10, R11, R12, R13, C 3, C 4, T 4, T 5 and the Zener diode D 1. The oscillator oscillation is coupled with C 3 to the base of the transistor T4. The input resistance R8 = R10 = R9 together with C 3 gives the lower cut-off frequency, and R11 and R 4 the upper cut-off frequency of the filter T 5 and R12 with R13 together form an emitter follower, which drives the driver transistor T 7. The voltage divider is selected so that the transistor T 7 is not yet conductive in the idle state. A constant current source D 2, D 3 with T 6, which supplies approximately 10 mA, serves as the load in the collector circuit. The transistors T 8 and T 9 in the collector circuit serve for current amplification. The signal from the amplifier passes through the capacitor C 5 to the isolating transformer Tr 1, which transforms the signal to the level required by the relays Re 1 and Re 2. Then the signal from parts D 4, C 6, R16, R17, R18, R19, R 20, T10, T11 is rectified and sieved. C 5 and Tr 1 are dimensioned so that frequencies that are much too low are no longer transmitted. The flip-flop ensures that the relays Re 1 and Re 2 pick up and drop off without fluttering. Relays Re 1 and Re 2 are versions with positively driven contacts. The electrical hysteresis is only slightly smaller than the mechanical hysteresis of the relays. The current monitor, reference number 10 in FIG. 1, consists of

5 5

10 10th

15 15

20 20th

25 25th

30 30th

35 35

40 40

45 45

>(J > (J

55 55

bO bO

65 65

J J

den Widerständen R 21, R 22, R 23 sowie den Transistoren T12 und T13. Bei zu grosser Stromaufnahme, das heisst bei Kurz-schluss im Oszillator, leiten die Transistoren T12 und T13 und sperren dadurch den Verstärker, Bezugszeichen 6 in Fig. 1. Die Kondensatoren C 8 und C 9, der Transformator Tr 2, die Dio- 5 den D 5 und der integrierte Spannungsregler IC 1 sind bekannte Elemente zur Speisung des Verstärkers. the resistors R 21, R 22, R 23 and the transistors T12 and T13. If the current consumption is too high, that is to say in the event of a short circuit in the oscillator, the transistors T12 and T13 conduct and thereby block the amplifier, reference number 6 in FIG. 1. The capacitors C 8 and C 9, the transformer Tr 2, the diodes 5 the D 5 and the integrated voltage regulator IC 1 are known elements for feeding the amplifier.

Sicherheitsschalter der vorbeschriebenen Art können zum Schutz des Bedienungspersonals beispielsweise bei mechanischen Scheren für Blech, Papier oder Fournierholz, bei i o Safety switches of the type described above can be used to protect the operating personnel, for example in the case of mechanical scissors for sheet metal, paper or Fournier wood, at i o

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Exzenterpressen sowie bei Schutzhauben von Werkzeugmaschinen eingesetzt werden. Bei einem Abstand von 0 bis 5 mm von Gegenstück 2 der Sicherheitsschalter weitgehend kräftefrei und verschleissfrei. Gegenüber bekannten Sicherheitsschaltern bietet dieser Sicherheitsschalter gemäss der Erfindung den Vorteil, dass das bewegte Gegenstück nicht aktiv ist und somit auch keine Stromquelle und keine Zuleitung braucht. Eine Beeinflussung der Sicherheitsschaltung gemäss der Erfindung ist nur mit einem Gegenstück aus Ferrit möglich. Eccentric presses and protective hoods of machine tools are used. At a distance of 0 to 5 mm from counterpart 2, the safety switch is largely free of forces and free of wear. Compared to known safety switches, this safety switch according to the invention has the advantage that the moving counterpart is not active and therefore does not require a power source or a lead. The safety circuit according to the invention can only be influenced with a counterpart made of ferrite.

G G

1 Blatt Zeichnungen 1 sheet of drawings

Claims (4)

621444621444 1. Elektronischer, berührungslos arbeitender Sicherheitsschalter mit einem von aussen beeinflussbaren Oszillator, zwei von dem Oszillator über einen Verstärker angesteuerten Relais und einer Speiseschaltung für den Oszillator, dadurch gekennzeichnet, dass die Spule (L) des Oszillators (1) einen Schalenkern (1 ') aus Ferrit mit einem von der offenen Seite des Schalenkerns weggerichteten Hochfrequenzfeld aufweist und das dem Hochfrequenzfeld zugekehrte Gegenstück (2) in einer dem Durchmesser des Schalenkerns entsprechenden Grösse aus gesintertem Ferrit besteht. 1. Electronic, non-contact safety switch with an externally controllable oscillator, two relays controlled by the oscillator via an amplifier and a supply circuit for the oscillator, characterized in that the coil (L) of the oscillator (1) has a shell core (1 ') comprises ferrite with a high-frequency field directed away from the open side of the shell core and the counterpart (2) facing the high-frequency field consists of sintered ferrite in a size corresponding to the diameter of the shell core. 2. Sicherheitsschalter gemäss Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine Stromüberwachung (10) des Verstärkers (6) durch Transistoren (T12, T13) angeordnet ist. 2. Safety switch according to claim 1, characterized in that a current monitor (10) of the amplifier (6) is arranged by transistors (T12, T13). 2 2nd PATENTANSPRÜCHE PATENT CLAIMS 3. Sicherheitsschalter gemäss Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Gegenstück (2) beweglich und der Oszillator (1) ruhend angeordnet sind. 3. Safety switch according to claim 1, characterized in that the counterpart (2) is movable and the oscillator (1) are arranged at rest. 4. Sicherheitsschalter gemässs Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Relais (REI, RE2) zwangsgeführte Kontakte aufweisen. 4. Safety switch according to claim 1, characterized in that the two relays (REI, RE2) have positively driven contacts.