DE4325406B4

DE4325406B4 - Näherungsschalter

Info

Publication number: DE4325406B4
Application number: DE4325406A
Authority: DE
Inventors: Friedhelm Joost
Original assignee: Tiefenbach GmbH
Current assignee: Tiefenbach GmbH
Priority date: 1992-09-02
Filing date: 1993-07-29
Publication date: 2006-02-23
Anticipated expiration: 2013-07-30
Also published as: ATA175793A; AT404653B; US5574366A; DE4325406A1

Abstract

Näherungsschalter
zur Erfassung der Annäherung eines Gegenstandes aus metallischem Material, mit einem Schwingkreis, der an den Polen der eingeschlossenen Spule ein hochfrequentes Feld erzeugt und der mit einem konstanten Strom gespeist ist und mit einer Auswertschaltung, in der der Schwingkreis und ein Fühlwiderstand zur Ermittlung und Auswertung der Bedämpfung des Schwingkreises durch den Gegenstand und zur Erzeugung eines Ausgangssignals eingeschlossen ist,
dadurch gekennzeichnet, dass
der Fühlwiderstand in die Zuleitung zu dem Schwingkreis eingeschaltet ist,
dass der Strom dadurch konstant gehalten wird,
dass der in dem Fühlwiderstand fließende Strom gemessen und der Fühlwiderstand derart in Abhängigkeit von dem gemessenen Strom gesteuert wird,
dass der Gesamtwiderstand der Auswertschaltung konstant bleibt,
und dass der Spannungsabfall an dem Fühlwiderstand gemessen und als Ausgangssignal ausgewertet wird.

Description

Die Erfindung betrifft einen Näherungsschalter zur Erfassung der Annäherung von Gegenständen aus metallischem Material nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Ein solcher Näherungsschalter ist bekannt durch die DE 29 10 491 C2 . Ähnliche Näherungsschalter sind beschrieben in der EP 340 660 A2 sowie der DE 37 21 127 A1 .

Bei den bekannten Näherungsschaltern wird die elektromagnetische Bedämpfung einer Spule erfasst, welche in einem von einer Konstant-Spannungsquelle beschickten Schwingkreis eingeschlossen ist. Der örtliche und/oder Bewegungszustand des metallischen Gegenstandes wird signalisiert durch Erfassung und Auswertung des Spannungsabfalls, welcher an dem inneren Fühlwiderstand auftritt, den der Schwingkreis innerhalb der Auswerteschaltung bewirkt. Bei der DE 29 10 491 erfolgt dabei eine Speisung des Ostzilators durch eine Konstant-Stromquelle mit einem linearen Abgleich, wenn sich in Folge der Abstandsänderung ein Spannungsabfall ergibt. Es wird auf diese Weise ein lineares analoges Signal erzielt, und zwar auch dann, wenn der Näherungsschalter schon sehr stark bedämpft ist oder wenn in den Randbereichen der Annährung noch eine recht geringe Bedämpfung vorliegt.

Aufgabe der Erfindung ist es dagegen, auch bei geringer Bedämpfung ein eindeutiges Ausgangssignal unabhängig von der Wegänderung zu erhalten.

Die Lösung ergibt sich aus Anspruch 1.

Durch die Lösung wird sichergestellt, dass der Näherungsschalter unabhängig von dem aktuellen örtlichen und Bewegungszustand des metallischen Gegenstandes stets mit derselben Energie geschickt wird, während bei den bekannten Näherungsschaltern eine schwache Bedämpfung auch stets nur eine geringe Energieversorgung und damit ein träges und schwaches Ausgangs signal zur Folge hatte. Nach der Erfindung wird der innere Widerstand, den der Schwingkreis innerhalb der Auswerteschaltung hat, derart verändert, daß der Strom durch den Schwingkreis und damit der zur Messung dienende Strom konstant bleibt. Hierzu wird der Strom gemessen und der als Transistor ausgeführte steuerbare Fühlwiderstand entsprechend angesteuert.

Im folgenden wird ein Ausführungsbeispiel anhand der Zeichnung beschrieben.
Es zeigen:
1 das Prinzipbild eines Näherungsschalters;
2 Schaltplan des Näherungsschalters;
3 Schaltplan eines konventionellen Näherungsschalters.
Der Näherungsschalter weist als Grundelement einen Schwingkreis 1 auf, der eine Kapazität 3 sowie einen Elektromagneten (Spule 2) enthält. An dem freien Pol der Spule, die nicht durch Eisenkern (Ferritmaterial) abgedeckt ist, wird ein metallischer Gegenstand 4 vorbeigeführt, der ferromagnetische Eigenschaften haben kann, aber nicht haben muß. In 1 handelt es sich um das Rad eines Getriebes mit einer metallischen Einlage 5. Wenn es sich um das Rad eines Fahrzeugs handelt, so fehlt die metallische Einlage. In diesem Falle ist der Näherungsschalter ortsfest angebracht. Das Ausführungsbeispiel nach 1 zeigt den Schnitt durch eine Spule. Diese Spule erzeugt ein hochfrequentes Wechselfeld. Durch die örtliche Lage der Einlage 5, bzw. durch die örtliche Lage des Rades 4 in bezug auf den ortsfesten Näherungsschalter 3 wird der Schwingkreis, in dem die Spule eingeschlossen ist, mehr oder weniger gedämpft. Durch die Anordnung von zwei Spulen, die nacheinander dem Einfluß der Einlage ausgesetzt sind und deren Dämpfung ermittelt wird, läßt sich neben der Drehzahl bzw. Geschwindigkeit auch die Drehrichtung des Getrieberades 4 bzw. die Bewegungsrichtung des Fahrzeugrades 4 feststellen.
Der Näherungsschalter weist weiterhin eine Spannungsversorgungs- und Auswerteschaltung 6 (Auswerteschaltung) auf. Diese ist mit dem Schwingkreis elektrisch verbunden. Die Auswerteschaltung weist einen Spannungsgeber 8 auf, der den Schwingkreis mit einer Spannung (z.B. von konstant 8 Volt) beaufschlagt. In dem elektrischen (Ersatz-)Schaltbild nach 2 und 3 ist dargestellt, daß in dem Stromkreis aus Spannungsquelle 8 und Schwingkreis 1 mit den Leitungswiderständen 7 sowie mit einem inneren Widerstand 9 des Schwingkreises sowie einem Innenwiderstand 10 (Fühlwiderstand) in der Auswerteschaltung zu rechnen ist. Der Stromkreis aus dem Schwingkreis 1, der Spannungsquelle 8, den Leitungswiderständen 7 und dem inneren Widerstand 9 des Schwingkreises ist mit einem Fühlwiderstand 10 verbunden. Der Fühlwiderstand 10 ist gegen die Masse geschaltet. An dem Fühlwiderstand tritt ein Spannungsabfall auf, welcher von der Bedämpfung der Spule des Schwingkreises abhängig ist. Bei der Ausführung des Standes der Technik nach 3 (entsprechend DIN 19234) ist der Fühlwiderstand konstant. Hier erhöht sich mit der Bedämpfung der Spule des Schwingkreises der Gesamtwiderstand des Stromkreises, so daß sich der Strom verringert und dementsprechend auch der Spannungsabfall an dem Fühlwiderstand 10 verringert bzw. vergrößert bei abnehmender Bedämpfung. Gleichzeitig verändert sich damit die für die Messung und Auswertung, d.h. das Wiederanschwingen, zur Verfügung stehende Energie. Dieser Nachteil wird bei der Ausführung nach 2 vermieden. Hier ist der Fühlwiderstand 10 regelbar. Es handelt sich z.B. um einen ansteuerbaren Transistor 12. Der Transistor wird angesteuert durch ein Meßsignal, welches die Stromstärke in einem zusätzlichen Innenwiderstand 11 mißt, in dem Sinne, daß bei abnehmenden Strom auch der Widerstand verringert und damit der Strom durch die Gesamtanordnung konstant gehalten wird. Der Gesamtwiderstand des Stromkreises mit der Spannungsquelle 8, den Leitungswiderständen 7 und dem Schwingkreis 1 bleibt also konstant. Der Spannungsabfall an dem veränderbaren Fühlwiderstand 10 ändert sich jedoch, da sich auch die Größe des Fühlwiderstandes ändert. Dieser Spannungsabfall kann daher – wie bisher – als Maß für die Höhe der Bedämpfung des Schwingkreises erfaßt und ausgewertet werden. Da der Strom konstant bleibt, steht jedoch stets eine ausreichende Energie zur Verfügung.
Der Nachteil der Schaltung beim Stand der Technik ist der, daß sieh durch die Bedämpfung durch metallische Gegenstände der Widerstand des Schwingkreises vergrößert und sich hierdurch die am Oszillator anliegende Spannung ebenfalls vergrößert, was der Bedämpfung durch den metallischen Gegenstand entgegenwirkt. Umgekehrt schwingt der Schwingkreis nach dem Entdämpfen wegen des konstanten Fühlwiderstandes und der geringeren verfügbaren Energie nur langsam wieder ein. Das System nach dem Stand der Technik ist also träge.
Wird dagegen bei einer Schaltung nach 2 der Schwingkreis durch ein Metall bedämpft, so wird der Innenwiderstand des Oszillators zwar auch größer, der Gesamtwiderstand der Anordnung bleibt jedoch konstant, so daß auch der Strom durch den Schwingkreis konstant bleibt. Es wird hierdurch erreicht, daß der Schwingkreis auf eine Bedämpfung/Entdämpfung sehr kurzfristig und feinfühlig anspricht. Es können wegen des konstanten Stromes des Fühlwiderstandes metallische Gegenstände in verhältnismäßig großer Entfernung erfaßt werden, ohne daß Störsignale zu befürchten sind.
Es ist bei Anwendung dieser Erfindung auch möglich, zwei Näherungsschalter in unmittelbarer Nachbarschaft zueinander anzuordnen und die empfangenen Signale gemeinsam auszuwerten, z. B. unter Anwendung einer Schaltung nach RT der DE 37 21 127 A1 und EP 0 340 660 A2 (TI 87/01 und 88/05). Es wird dadurch möglich, auch die Bewegungsrichtung von sich vorbeibewegenden metallischen Gegenständen bzw. die Drehrichtung metallischer Gegenstände festzustellen.

1: Schwingkreis
2: Magnet, Induktivität, Spule
3: Kapazität
4: Gegenstand, Rad
5: metallisches Material, Einlage
6: Auswertschaltung
7: Leitungswiderstand
8: Wechselspannungsversorgung, Konstantspannung
9: innerer Widerstand des Schwingkreises
10: Fühlwiderstand
11: zusätzlicher Innenwiderstand
12: Rückführung, ansteuerbarer Transistor

Claims

Näherungsschalter zur Erfassung der Annäherung eines Gegenstandes aus metallischem Material, mit einem Schwingkreis, der an den Polen der eingeschlossenen Spule ein hochfrequentes Feld erzeugt und der mit einem konstanten Strom gespeist ist und mit einer Auswertschaltung, in der der Schwingkreis und ein Fühlwiderstand zur Ermittlung und Auswertung der Bedämpfung des Schwingkreises durch den Gegenstand und zur Erzeugung eines Ausgangssignals eingeschlossen ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Fühlwiderstand in die Zuleitung zu dem Schwingkreis eingeschaltet ist, dass der Strom dadurch konstant gehalten wird, dass der in dem Fühlwiderstand fließende Strom gemessen und der Fühlwiderstand derart in Abhängigkeit von dem gemessenen Strom gesteuert wird, dass der Gesamtwiderstand der Auswertschaltung konstant bleibt, und dass der Spannungsabfall an dem Fühlwiderstand gemessen und als Ausgangssignal ausgewertet wird.