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Annäherungsinitiator.
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Gegenstand der Erfindung ist ein Annä1.trungsinitiator mit einem ilochfrequenzoszillator,
dessen Schwingkreis durch Annäherung eines Cegenstandes gedämpft bzw. verstimmt
wird, so daß ein von der Oszillatorschwingung beeinfluPMter, elektronischer Schalter
ein- oder auechaltet wird.
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Annäherungsinitiatoren werden überall dort gern eingesetzt, wo ein
Schalter berührungslos betStiat werden soll. Sie haben gegenüber Lichtsclranken
den Großen Vorteil, daß sie auch unter extremen umweltbedingungen , also auch bei
sehr schmutzigen Anlagen noch schalten. Die meisten Annäherungsinitiatoren arbeiten
induKtiv, J d.. das magnetische Feld eines Schwingkreises wird von außen durch Annäherung
von Metallteilen beeinflußt.
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Diese Beeinflussung fährt in den meisten Fällen zu einer starken Bedämpfung
des Schwingkreises, und somit zum Aussetzen der Schwingung des Oszillators, wodurch
der gewünschte Schaltvorgang ausgelöst wird. In seltenen Fällen wird nicht die Amplitude
sondern die Frequenz des Oszillators beeinflußt, die Amplitude bleibt dann weitgehend
unverändert. In diesen Fällen muß jedoch ein Frequenzindikator zur Anwendung zwecks
Feststellung der durch Annäherung ausgelösten Frequenzänderung kommen, die ihrerseits
den Schaltvorgang auslöst. Bei der erstgenannten Type, bei der die Dämpfung ausgenutzt
wird, ist der Oszillator bewußt labil dimensioniert, der Rückkopplungsfaktor liegt
nur wenig über 1, so daß eine relativ geringe Bedämpfung bereits zum Aussetzen der
Oszillatorschwingungen führt. Die Anwesenheit oder Nichtanwesenheit der Schwingung
wird zum Betfltigen eines Schalters herangezogen.
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Neben diesen induktiven Annäherungsinitiatoren, die auf Metalle ansprechen,
gibt es auch kapazitive Annäherungsinitiatoren, bei denen das elektrische Feld von
außen z.B. durch Annäherung von Kunststoffen beeinflußt werden kann.
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Alle diese Annäherungsinitiatoren haben den wesentlichen Nachteil,
daß auch versehentlich angenäherte Metall- bzw. Kunststofftele unerwünschte Schaltvorgänge
auslösen und somit Schaden verursachen können. Noch unangenehmer ist es, wenn mit
der Betätigung durch Unberechtigte gerechnet werden muß. Diese
Anniherungsinitiatoren
können daher nur an Orten, zu denen Fremde keinen Zugang haben, verwendet werden.
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E>ie Erfindung stellt sich die Aufpabe diesen Nachteil zu hehehen
und einen Anniherungsinitiator zu schaffen, hei dem durch Annahen1ng beliebiger
fremder Gegenstände kein Sclialtvorgang ausgelöst werden kann.
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Die lösung dieser Aufrabc ergibt sich aus dem Patentanspruch 1, während
zweckmflßig,e Weiterbildungen den linteransprüchen zu entnehmen sind.
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Der wesentliche Vorteil der erfindungsgemäßen Anordnung ist, daß nur
durch Annäherung eines dem Annäherungsinitiator zugeordneten Auslöseschwingkreises
ein Schaltvorgang ausgelöst werden kann.
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Ein weiterer Vorteil besteht darin, daP Anna...herungsinitiatoren
mit verschiedenen Frequenzen eingesetzt werden können, denen je ein oder mehrere
Auslöseschwingkreise zugeordnet sind, von denen jeder nur bei dem ihm zugeordneten
Initiator, aber nicht bei einem Initiator anderer Frequenz einen Schaltvorgang auslösen
kann.
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Ferner kann in Weiterbildung der Erfindung anstelle mehrerer Initiatoren
verschiedener Frequenz ein einziger Initiator verwendet werden, dessen Oszillator
nacheinander in schnellem Wechsel auf verschiedene Frequenzen umgeschaltet wird,
von denen jeder je ein elektronischer Schalter und je ein Auslöseschwingkreis zugeordnet
ist. Es wird dadurch möglich, mit einem einzigen Annziherungsinitiator nit n verschiedenen
Auslöseschwingkreisen n verschiedene Schaltvorgänge auszulösen.
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Mit einem derartigen Mel1rfach-AnnSherungsinitiator kann ein hohes
Maß von Eigensicherheit erzielt werden. Nimmt man z.B.
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einen mit zwei Frquenzen und den zwei zugehörigen Schaltern ausgerüsteten
Annäherungsinitiator und zwei Auslöseschwingkreise. Bei Normalzustand befindet sich
ein erster Auslöseschwingkreis vor dem Initiator, so daß der Schalter mit der gleichen
Frequenz ein- und der andere ausgeschaltet ist oder umgekehrt.
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Nähert sich nun von der Seite der andere Auslöseschwingkreis und setzt
sich anstelle des ersten, so wird der zweite Schalter ein- und der erste ausgeschaltet
oder umgekehrt. Die Eigensicherheit ist dadurch erreicht, daß bei Ausfall des Oszillators
der gleichzeitige ein- bzw. ausgeschaltete Zustand beider
Schalter
als Alarmsignal ausgewertet werden kann. Auch die Schalter selbst werden bei dieser
Betriebsart überwacht. Denn wenn beide den gleichen Schaltzustand aufweisen, tritt
wieder der Alarmfall ein. Schließlich kann man sogar noch eine weitere Sicherheit
dadurch erreichen, daß man Auslöseschwingkreise verwendet, die nicht nur bei einer,
sondern sogar bei zwei oder noch mehr Frequenzen Resonanzerscheinungen zeigen.
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Anhand der beigeftEten Zeichnungen sei die Erfindung näher erläutern.
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Fig. 1 zeigt das Blockschaltbild eines bekannten induktiven Annäherungsinitiators.
Der Schwingkreis arbeitet mit der Oszillatorschaltung 2 zusammen, deren Rückkopplungsfaktor
so wenig größer als 1 ist, daß bei Annäherung von Metall an den unmittelbar unter
der Oberfläche des Gehäuses liegenden Schwingkreis, dessen Bedämpfung so stark ist,
daß der Oszillator aufhört zu schwingen. Dem Schalter 2 ist ein Schmitt-Trigger
3 nachgeschaltet, der die Schaltendstufe 4 ansteuert. Am Ausgang der Schaltung erscheint
somit zwingend volle Spannung oder Spannung null.
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Fig. 2 zeigt ein Ausführungsheispiel einer erfindungsgemäf'.en Anordnung.
Innerhalb des zylindrischen, nichtmetallischen Cehäuse 5 des Annäherungsinitiators
ist der Oszillatorschwingkreis 7 und die gedruckte Platte R angeordnet, die die
Schaltung trägt.
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Das Zuführungskahel ist mit 6 bezeichnet. Der Abstand a des Schwingkreises
7 zur annäherungse.pfindlichen Stirnfläche ist so groß, daß das Annähern von Metallen
diesen Schwingkreis nur so geringfügig dämpft, daß der Oszillator noch voll weiterschwingt.
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Erst bei Annäherung des bei Ausführungsbeispiel in eine. Gehäuse9untergebrachten
Auslöseschwingkreises to wird der Oszillatorschwingkreis 7 - wenn der Schwingkreis
lo auf die Oszillstorfrequenz abResti-t ist - so stark bedämpft, daß die Oszillatorschwingung
aufhört. Diese im Vergleich zu einer Metallflflche viel ßtSrkere Bedampfung beruht
darauf, daß der Auslõseschwingkreis zusammen mit der koppelinduktivität einen Saugkreis
bildet, der dem Oszillatorschwingkreis genau bei seiner Schwingfrequenz erheblich
Energie entzieht. Je höher die Schwingkreis£Ot. des Ausldseschwingkreises, um so
größer ist der Abstand. bei dem er bereits so stark dgrpft, daß die Oszillatorschwingung
aufhört.
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Bei üblichen Schwingkreisgüten ist der zur Unter Z ckung der Osziliatorschwingung
nötige Abstand zwischen den beiden Schwingkreisspulen 5 bis 10 mal größer als bei
Annäherung einer Metallfläche, Daher kann der Abstand a so groß gewählt werden,
daß das Annähern von Metallteilen keinen Schaltvorgang auslöst, das Annähern eines
abgestimmten Auslöseschwingkreises aber schon zum Auslösen des Schaltvorganges ausreicht,
wenn dieser noch einige mm (bei großen Annäherungsinitiatoren einige cm) vom Initiator
entfernt ist. Das Gehause des Auslöseschwingkreises wird auf der dem Initiator abgewandten
Seite so lang ausgestaltet, daß durch Annähern von Metall von dieser Seite der Auslöseschwingkreis
nicht störend bedämpft wird, da er sonst so stark an Güte verlieren würde, daß auch
er die Oszillatorschwingung nicht mehr beeinflussen kann.
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Das Ausführungsbeispiel der Fig. 3 zeigt einen auf zwei Frequenzen
umschaltbaren und mit zwei dazugehörigen Schaltern ausgerüsteten Annäherungsinitiator
mit zwei nicht dargestellten Auslöseschwingkreisen, von denen jeder auf je eine
dieser Frequenzen abgestimmt ist. es wird daher durch Annähern desersten Auslöseschwingkreises
der erste Schalter und durch Annähern des zweiten der zweite Schalter geschaltet,
Die Schaltung des Oszillators ist gegenüber der der Fig. 1 dadurch erweitert, daß
dem Schwingkreis eine Kapazitätsdiode 11 parallel geschaltet ist, der über den Entkopplungswiderstand
12 vom Impulsgenerator 14 rechteckförmige Umschaltimpulse zugeführt werden. Der
Koppelkondensator ist mit 13 bezeichnet. Im Wechsel dieser Impulsfrequenz schwingt
der Oszillstor abwechselnd auf einer höheren und niedrigeren Frequenz. Die Frequenzen
liegen so weit auseinander, daß eine deutliche Unterscheidung möglich ist. Vom Impulsgenerator
werden zusätzlich die Takteingänge der beiden D-Flipflops 15 und 16 angesteuert,
und zwar der des D-Flipflops 15 direkt und der andere mit dem Gatter 17 invertiert.
Der Ausgang des dou Osaillgtor nachgeschalteten Schmitt-Triggers 20 steuert @einerseits
an den D-EingSngen die D-Flipflops an. Die Ausgänge der D-Flipflops sind H (high),
wenn der Oszillator auf der ihnen zugeordneten Frequenz schwingt und L (low), wenn
er nicht stbwingt.
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Diese Au geige steuern schließlich die als Schalter betriebenen Endstufen
18 und 19.
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Fig. 4 neigt die Oszillograe für den Fall, daß vor dem Anngherungsinitiator
ein Auslöseschwingkreis ist, der auf die Frequenz
abgestimmt ist,
auf der der Oszillator in dem Augenbfl tP çci gt, in dem der Impulsgenerator L-Potential
abgibt. Die Impulsspannung des Impulsgenerators ist mit a die Oszillatorschwingung
mit b bezeichnet. Man erkennt, wie die Oszillatorschwingung exponenttialförmig anschwingt,
wenn die Spannung des Impulsgenerators von L auf M übergegangen ist, und daher der
Oszillator eine andere Frequenz einnimmt als der Auslöseschwingkreis. Wie dem Kurvenzug
c zu entnehmen ist, geht der nachgeschaltete Schmitt-Trigger nach Erreichen einer
bestimmten Mindestamplitude von L nach 11. Auch heim erneuten Zurückschalten hinkt
die Kurve c zeitlich nach, so daß sichergestellt ist, daß an den D-Eingängen beim
Umschalten noch der alte Wert der vorangegangenen Teilperiode liegt und dieses Verstärkerausgangspotential
von dem einen oder anderen D-Flipflop übernommen und für eine Wechselperiode gespeichert
wird, Befindet sich vor dem Annäherungsinitiator kein Auslöseschwingkreis, so schwingt
der Oszillator in beiden Teilbereichen der Wechselperiode und der Ausgang beider
D-Flipflops ist il. Ist der Oszillator durch einen Bauelementeausfall defekt, so
schwingt er gar nicht mehr und beide Flipflopausgänge sind L. Damit ist ein eindeutiges
Signal für den Störzustand gegeben. Soll ein noch höherer Grad von Eigensicherheit
erreicht und auch die Flipflops, die Endstufen und der Rechteckgenerator überwacht
werden, so wird vor dem Initiator ein auf eine der beiden Oszillatorfrequenzen abgestimmter
Auslöseschwingkreis angebracht, der bei seitlicher Annäherung des auf die andere
Frequenz abgestimmten Auslöse-Schwingkreises zur SeitegedrSngt wird. Man hat also
ein eindeutiges Kriterium für den Störungszustand und kann durch nachgeschaltete
Oberwachungsschaltungen die zur Vermeidung von Schäden erforderlichen Gegenmaßnahmen
einleiten.
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Mit an sich bekannten Mitteln z.B. Schieberegistern statt Flipflops
ist es möglich diese Schaltung so zu erweitern, daß nicht nur zwei, sondern drei
oder noch mehr Schalter von einem Initiator angesteuert werden. Dazu muß der KapazitStsdiode
eine treppenförmig ansteigende Spannung zugeführt werden, die in an sich bekannter
Weise mit einem von einem Schieberegister angesteuerten Widerstandsnetzwerk als
Analog-Digitalwandler leicht erzeugt werden kann.
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Es ist ferner möglich durch Annähern eines etwas neben die Oszillatorfrequenz
abgestimmten Auslöseschwingkreis. den Oszillatorschwingkreis zu verstimmen, wenn
dem Initiator zur Detektiorung dieer Verstimmung eine Diskriminatorschaltung zugeordnet
ist,