DE60001235T2

DE60001235T2 - Näherungsschalter, ziel,aus einem solchen näherungsschalter bestehendes system und verfahren zur bestimmung der anwesenheit eines ziels mit hilfe eines näherungsschalters

Info

Publication number: DE60001235T2
Application number: DE60001235T
Authority: DE
Inventors: Mats Linger; Torgny Olsson; Gunnar Widell
Original assignee: Jokab Safety AB
Current assignee: Jokab Safety AB
Priority date: 1999-04-19
Filing date: 2000-04-17
Publication date: 2003-10-30
Anticipated expiration: 2020-04-18
Also published as: EP1181776A1; SE9901418L; SE9901418D0; EP1181776B1; SE520154C2; DE60001235D1; WO2000064053A1; US6603306B1

Description

Technisches Gebiet

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf derartige Näherungsschalter, welche fähig sind ein Zielobjekt in kurzer Entfernung mit Hilfe des Näherungsschalters zu detektieren. Die Erfindung bezieht sich auch auf ein Zielobjekt zur Anwendung in Verbindung mit solch einem Näherungsschalter, sowie auf ein System mit derartigen Näherungsschaltern und Zielobjekten, sowie auf ein Verfahren zum Bestimmen der Anwesenheit Eines Zielobjekts durch Verwendung eines Näherungsschalters.

Beschreibung des Stands der Technik

Näherungsschalter werden in verschiedenen Anwendungen zur Feststellung des Vorhandenseins oder der Abwesenheit eines zweiten Objekts im Verhältnis zu einem ersten Objekt benutzt. Zu diesem Zweck wird das erste Objekt mit einem Näherungsschalter versehen und das zweite Objekt wird mit einem Zielobjekt versehen, welches durch den Näherungsschalter detektiert werden kann. So werden Näherungsschalter z. B. weit verbreitet in industriellen und potentiell gefährlichen Umgebungen benutzt, um das Sicherstellen der Betriebssicherheit einer Maschine oder eines industriellen Verfahrens zu unterstützen. Zu diesem Zweck wird eine Kombination aus einem Näherungsschalter und einem Zielobjekt verwendet, um festzustellen ob ein Tor, eine Tür, eine Luke usw. in einer sicher verschlossenen gesicherten Stellung sind, wobei es Bedienpersonal verboten ist direkt auf die potentielle gefährliche Maschine oder das Verfahren zuzugreifen, oder ob das Tor, die Tür, die Luke usw. plötzlich geöffnet werden.
Es ist vorbekannt mechanische oder semimechanische Relais oder Schalter, welche z. B. Permanentmagneten oder Reedschalter umfassen, zur Überwachung von Toren, Türen oder Luken wie oben beschrieben zu benutzen. Solche Schalter sind jedoch aus verschiedenen Gründen wenig wünschenswert. Mechanische oder semimechanische Schalter haben z. B. verschiedene Vertiefungen, Schlitze usw., in welchen sich Schmutz ansammeln kann. Aus hygienischen Gründen ist dies in verschiedenen industriellen Bereichen nicht annehmbar, so z. B. in der Lebensmittelindustrie, der Halbleiterindustrie oder der pharmazeutischen Industrie. Desweiteren können solche Näherungsschalter gemäss dem Stand der Technik nachteilig durch externe magnetische Störfelder beeinflusst werden.
Die WO 92/03876 bezieht sich auf einen induktiven Näherungsschaltertyp, wobei der Schalter eine Schleife mit offenem Ende, welches an eine Spule eines Parallelresonanzkreises (Oszillator) angrenzt, umfasst. Ein schneller MOSFET-Transistor ist zwischen die Enden der Schleife gekoppelt und ein gepulster Eingang zum Transistor verursacht ein sequenzielles Herstellen und Abbrechen einer Verbindung zwischen diesen Enden, wobei die Schleife als eine Faradayische Abschirmung funktioniert, um die wechselseitige induktive Verbindung der oben genannten Spule mit einer Spule eines passiven Resonanzschaltktreises eines Zielobjekts zu unterdrücken, wenn das genannte Zielobjekt nahe zum Näherungsschalter ist und die Verbindung zwischen den Enden der Schleife durch den MOSFET-Transistor hergestellt wird. Der Näherungsschalter wird durch Übertragung eines induktiven Signals betätigt, welches durch den passiven Resonanzschaltkreis des Zielobjekts aufgefangen wird, wobei die kritische Resonanzfrequenz des Oszillatorschaltkreises des Näherungsschalters gesenkt wird. Durch Bereitstellung eines gepulsten Eingangssignals zum MOSFET-Transistor, wird der Transistor periodisch als eine aktive Abschirmung wirksam sein, welche den oben genannten Einfluss des passiven Resonanzschaltkreises des Zielobjektes auf den Oszillatorschaltkreise des Näherungsschalters unterdrückt. Folglich wird die Spannung des Oszillatorschaltkreises periodisch erniedrigt und erhöht in Antwort auf das gepulste Eingangssignal zum MOSFET-Transistor.
Der Näherungsschalter aus WO 92/03876 hat den schwerwiegenden Nachteil, dass er empfindlich ist für externe magnetische Störfelder, welche durch den Oszillatorschaltkreis des Näherungsschalters in Antwort auf das gepulste Eingangssignal zum MOSFET-Transistor aufgenommen werden können, wobei das externe magnetische Störfeld fälschlicherweise durch den Näherungsschalter als eine Anzeige, dass das Zielobjekt vorhanden ist gedeutet wird, obwohl dieses nicht vorhanden ist.
In einer Ausführungsform der WO 92,03876 wird eine Handshakeanordnung mit einem induktiven Näherungsschaltertyp und dessen zugehörigen Zielobjektes hergestellt. In Antwort auf das Empfangen eines Signals vom Näherungsschalter ist das Zielobjekt so angeordnet, um zum Näherungsschalter ein vorbestimmtes gepulstes Signal, welches eine kodierte Informationsmenge umfasst, zu übertragen. Das Zielobjekt erhält eine individuelle Kodierung ein für alle mal bevor das Zielobjekt das erste mal in Betrieb genommen wird. Eine Regeleinrichtung des Näherungsschalters überwacht das empfangene kodierte gepulste Signal, welches vom Zielobjekt ausgesendet wird, und in Antwort darauf bestimmt die Regeleinrichtung ob das Ziel in der Nähe des Näherungsschalters vorhanden ist oder nicht.
Diese Ausführungsform hat den Nachteil, dass sie eine feste, vorbestimmte Kodierung benötigt, welche in das Zielobjekt programmiert werden muss. Die Kodierung ist anfänglich eingestellt und kann zu einem späteren Zeitpunkt nicht verändert werden. Es ist jedoch oft gewünscht eine Kaskade mit mehreren Näherungsschalter/Zielobjekt-Paaren, welche in Serie miteinander verbunden sind, vorzusehen, so dass ein Ausgang eines ersten Näherungsschalters mit dem Eingang eines darauf folgenden Näherungsschalters verbunden ist, wodurch es ermöglicht wird, eine Kette mit beweglichen Objekten (Türen, Luken, Toren usw.) auf eine effektive Art und Weise zu überwachen. Da jedoch die Kodierung des Zielobjekts festgelegt ist und ein für alle mal festgesetzt wird, kann es schwierig sein, die Näherungsschalter der WO 92/03876 in Kaskadenschaltung zu verwenden, weil individuelle Näherungsschalter/Zielobjekte darin eventuell identische Kodierungen haben, welche sich gegenseitig stören können.

Zusammenfassung der Erfindung

Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung einen Näherungsschalter und ein zugehöriges Zielobjekt zur Verfügung zu stellen, welche die Nachteile der Lösungen gemäss dem Stand der Technik beseitigen. Es ist insbesondere eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung eine Kaskade mit Näherungsschaltern/Zielobjekten zu ermöglichen, welche in Serie miteinander auf eine effektive und zuverlässige Art und Weise verbunden werden. Eine weitere Aufgabe ist es, eine Näherungsschalter und ein Zielobjekt zur Verfügung zu stellen, welche flexibler und zuverlässiger sind als die bisher bekannten Lösungen.
Ein weiterer Zweck der vorliegenden Erfindung ist es, einen Näherungsschalter zur Verfügung stellen, welcher mit einem beliebigem konventionellen Sicherheitsrelais, welches käuflich erworben werden kann, verbunden werden kann und dadurch überwacht wird.
Gemäss der vorliegenden Erfindung werden die oben genannten Aufgaben durch einen Näherungsschalter, ein Zielobjekt, ein System aus Näherungsschaltern und Zielobjekten und einem Verfahren gemäss den beigefügten unabhängigen Patentansprüchen gelöst.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Die vorliegende Erfindung wird im folgenden mehr detailliert beschrieben, wobei auf die beigefügten Zeichnungen Bezug genommen wird, in welchen
Fig. 1 ein schematisches Blockdiagramm über Näherungsschalter und ein Zielobjekt gemäss einer Ausführungsform der Erfindung ist,
Fig. 2 ein schematisches Schaltkreisdiagramm über Teile des in Fig. 1 gezeigten Näherungsschalters und Zielobjektes ist,
Fig. 3 ein Satz Diagramme ist, welche das Aussehen von gepulsten Signalen an ausgewählten Knotenpunkten des in Fig. 1 und 2 gezeigten Näherungsschalters und. Zielobjektes darstellt, und
Fig. 4 ein schematisches Blockdiagramm eines Systems aus Näherungsschaltern und Zielobjekten ist, welche in Kaskade verbunden sind.

Detaillierte Beschreibung der Erfindung

Die vorliegende Erfindung bezieht sich im Allgemeinen auf einen Näherungsschalter zum drahtlosen Erfassen, ob ein bewegliches Objekt innerhalb eines vorgegebenen Abstandes vom Näherungsschalter vorhanden ist. Um dies zu erreichen ist das bewegliche Objekt (welches eine Tür, ein Fenster, ein Tor, eine Luke usw. sein kann) mit einem Zielobjekt versehen, welches nicht mit einer Stromversorgung elektrisch verbunden sein muss.
Eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung ist in Fig. 1 schematisch dargestellt. Der Näherungsschalter ist mit einer externen Stromversorgung über ein Paar Gleichspannungsstromanschlussklemmen (+ und -) verbunden. Ein Stromversorgungsmodul 10 im Näherungsschalter umfasst geeignete elektronische Schaltungen zur Bereitstellung von sowohl Polarisations- und Transientenschutz als auch Rauschbegrenzungsfiltern. Obwohl dies nicht ausdrücklich in Fig. 1 dargestellt ist, ist das Stromversorgungsmodul 10 mit anderen Modulen im Näherungsschalter zwecks Stromversorung dieser anderen Module verbunden.
Der Näherungsschalter hat einen Eingangsanschlusspunkt In und ist angepasst, um ein digitales oder gepulstes Eingangssignal zu empfangen, welches gemäss der folgenden Beschreibung zum Ansteuern eines Senders verwendet wird, so dass das digitale Signal auf einer Hochfrequenzträgerwelle moduliert zum Zielobjekt übertragen wird. Das Zielobjekt empfängt das Hochfrequenzsignal und gibt in Erwiderung ein anderes Hochfrequenzsignal zurück, innerhalb eines unterschiedlichen Frequenzbandes, welches das gleiche digitale Signal beinhaltet, wodurch das Vorhandensein eines Zielobjekts in der Nähe des Näherungsschalters bestätigt wird.
Das gepulste oder digitale Eingangssignal kann entweder symmetrisch sein, z. B. ein Rechteckwellensignal, welches vorzugsweise eine Frequenz zwischen 100 Hz und, 10 kHz aufweist, oder ein asymmetrisches digitales Signal, welches zwischen niedrigen und hohen Werten umschaltet, welche die digitalen Werte 0 bzw. 1 darstellen. Folglich wird, falls das gepulste Eingangssignal asymmetrisch ist, der Inhalt des Eingangssignals einen Satz digitaler Information darstellen, welcher durch den Näherungsschalter zum Zielobjekt gesendet wird und welcher daraufhin vom Zielobjekt zum Näherungsschalter zurückgegeben wird, und schliesslich am ersten Ausgangsanschlusspunkt des Näherungsschalters ankommt. Daher sind der Näherungsschalter und das Zielobjekt in diesem Zusammenhang transparent im Hinblick auf die Information, welche durch den Eingangsanschlusspunkt In eingegeben wird. Somit kann eine externe Vorrichtung, wie z. B. ein beliebiges käuflich erwerbliches Sicherheitsrelais mit dem Eingangsanschlusspunkt In und dem Ausgangsanschlusspunkt Out verbunden werden, um zu überwachen, ob ein digitales Eingangssignal, welches durch den Eingangsanschlusspunkt In eingegeben wird sicher am Ausgangsanschlusspunkt Out zurückgegeben wird, wodurch quittiert wird, dass das Zielobjekt in der Nähe des Näherungsschalters vorhanden ist.
Ein Oszillatorsteuermodul 2 ist an seinem Eingang mit dem dynamischen Steuermodul 1 und an seinem Ausgang mit einem Oszillatorsendemodul 3 verbunden. Das Oszillatorsteuermodul 2 hat die Aufgabe, statische Eingangssignale mit einem konstanten niedrigen oder hohen Wert vom Beeinflussen des Oszillatorsendemoduls 3 zu verhindern. Auf der anderen Seite passieren dynamisch gepulste Eingangssignale, wie oben beschrieben, unverändert und ohne Verzögerung durch das Oszillatorsteuermodul 2 zum Oszillatorsender 3.
Das Oszillatorsendemodul 3 umfasst einen Oszillatorschaltkreis (LC-Schaltkreis), welcher auf eine Resonanzfrequenz mit einem vorgegebenen. Wert abgestimmt ist, vorzugsweise im MHz-Bereich. Diese Resonanzfrequenz, welche die Trägerfrequenz des Hochfrequenzsignals, welches vom Oszillatorsendemodul 3 zum Zielobjekt gesendet wird, sein wird, wird im folgenden als XX bezeichnet. In der bevorzugten Ausführungsform ist die Resonanzfrequenz XX des Oszillatorsenders 3 1 MHz. Der Oszillatorsschaltkreis des Sendemoduls 3 hört auf, wenn das Signal, welches vom Oszillatorsteuermodul 2 eingespeist wird, einen dynamisch niedrigen Wert annimmt, und auf entsprechende Weise, wenn dieses Signal dynamisch hoch wird, wird der Oszillatorschaltkreis des Sendemoduls 3 starten. Wenn das Signal vom Oszillatorsteuermodul 2 statisch hoch oder niedrig ist, wird der Oszillator mit dem Oszillieren fortsetzen. Auf diese Art und Weise wird das gepulste digitale Signal auf die Trägerwelle in einer Amplituden-umtastungs-Art-und- Weise moduliert (Englisch: amplitüde-shift keying ASK).
Das Zielobjekt, welches in einer praktischen Anwendung in einem Abstand zwischen 0 und z. B. 10 mm vom Näherungsschalter befestigt sein kann, umfasst ein Empfänger/Gleichrichtermodul 4, welches auf die Frequenz XX des Oszillatorsendemoduls 3 abgestimmt ist und somit fähig ist, ein Signal zu empfangen, welches durch das Sendemodul 3 ausgesendet ist, welches nachstehend mehr detailliert beschrieben wird. Desweiteren, wie mehr detailliert in Fig. 2 beschrieben, umfasst das Sender/Gleichrichtermodul 4 Schaltungen zum Gleichrichten des empfangenen Signals und zum Einspeisen dieses als Versorgungsenergie zu einem Oszillatorsendemodul 5 im Zielobjekt. Das Oszillatorsendemodul 5 umfasst einen Oszillatorschaltkreis (LC- Schaltkreis), welcher auf eine Resonanzfrequenz mit YY MHz abgestimmt ist, welcher sich von der Resonanzfrequenz XX des Oszillatorsendemoduls 3 unterscheidet. Dies hat die Aufgabe Interferenzen zwischen dem Antwortsignal, welches vom Näherungsschalter zum Zielobjekt gesendet wird und dem Antwortsignal, welches vom Zielobjekt zum Näherungsschalter gesendet wird, zu verhindern, wie nachfolgend beschrieben wird.
Der Oszillator des Oszillatorsendemoduls 5 started in Erwiderung auf einen Energieempfang vom Empfänger/Gleichrichtermodul 4 und hält infolgedessen an, wenn die Versorgung mit solcher Energie aufhört. Wie im folgenden verdeutlicht wird, wird die Antriebsenergie, welche vom Empfänger/Gleichrichtermodul 4 bereitgestellt wird, synchron mit dem digitalen Signal, welches auf die Trägerwelle vom Oszillatorsendemodul 3 des Näherungsschalters moduliert ist, sein. Folglich wird das Oszillatorsendemodul 5 synchron mit dem digitalen Signal, wie durch das Empfänger/Gleichrichtermodul 4 empfangen und demoduliert, gestartet und gestoppt, so dass das Signal auf die Trägerwelle des Oszillatorsendemoduls 5 in einer Amplituden-umtastungs-Weise moduliert wird.
Der Näherungsschalter umfasst desweiteren ein Empfänger/Gleichrichtermodul 6, welches einen Empfängerschaltkreis umfasst, welcher auf die gleiche Frequenz YY wie der Sendeschaltkreis des Oszillatorsendemoduls 5 im Zielobjekt abgestimmt ist. Das Empfänger/Gleichrichtermodul 6 umfasst auch Gleichrichterschaltungen zum Gleichrichten und Verstärken des vom Oszillatorsendemodul 5 des Zielobjekts empfangenen Signals. Ein Ausgang des Empfänger/- Gleichrichtermoduls 6 wird zu einem Informationslogikmodul 8 gespeist, welches das vom Empfänger/Gleichrichtermodul 6 empfangene Signal verarbeitet und ein Informationsmodul 9 steuert, so dass ein elektrisches Ausgangssignal (am zweiten Ausgangsanschlusspunkt Out) sowie ein visuelles Ausgangssignal (mittels einer LED-lichtemittierende Diode) bereitgestellt wird.
In Fig. 1 ist eine Vielzahl Signalknotenpunkte zu sehen, welche mit A-M markiert sind. Die Signalwerte an diesen Signalknotenpunkten werden in Fig. 3 für ein veranschaulichendes digitales Eingangssignal dargestellt, wobei ein schematisches Schaltkreisdiagramm des Näherungsschalters und des Zielobjekts in Fig. 2 angegeben ist. Aus Klarheitsgründen sind das Informationslogikmodul 8 und das Informationsmodul 9 nicht im Schaltkreisdiagramm in Fig. 2 dargestellt.
Der Betrieb des Näherungsschalters und des Zielobjektes gemäss der bevorzugten Ausführungsform wird nachstehend mehr detailliert mit Bezug auf Fig. 1-3 beschrieben.
Ein gepulstes digitales Eingangssignal wird an den Eingangsanschlusspunkten In des Näherungsschalters (Knotenpunkt A) empfangen und wird durch das dynamische Steuermodul 1 empfangen, welches gemäss Fig. 2 einen Widerstand R2 umfasst, welcher in Serie mit einem Kondensator C1 geschaltet ist, wobei ein Ende desselben mit dem Basisanschlusspunkt eines bipolaren Transistors V1 verbunden ist. Klemmwiderstände R1, R3 und R4 sind ebenso vorgesehen, wie in Fig. 2 gezeigt. Der Ausgang des dynamischen Steuermoduls 1 wird dem Kollektoranschlusspunkt des Transistors V1 zugeführt, mit welchem der Eingang des Oszillatorsteuermoduls 2 verbunden ist (Knotenpunkt B). Eine verdeutlichende Darstellung über einen kurzen Abschnitt des gepulsten Eingangssignals am Knotenpunkt B ist im zweiten Graphen in Fig. 3 wiedergegeben.
Wie in Fig. 2 gezeigt wird umfasst das Oszillatorsteuermodul 2 einen ersten und einen zweiten Widerstand R5 und R6, einen bipolaren Transistor V2, dessen Basisanschlusspunkt mit einem Knotenpunkt zwischen den Widerständen R5 und R6 verbunden ist, sowie eine gegengerichtete Diode V3, dessen Kathode mit dem Kollektoranschlusspunkt des Transistors V2 verbunden ist und dessen Anode den Ausgang des Oszillatorsteuermoduls 2 bildet. Das gepulste Signal am Ausgang des Oszillatorsteuermoduls 2 ist mit C markiert und im dritten Graphen der Fig. 3 dargestellt.
Das gepulste Signal wird am Knotenpunkt C empfangen, d. h. am Eingang des Oszillatorsendemoduls 3, welches die Klemmwiderstände R7 und R8, einen Kondensator C2, einen bipolaren Transistor V4 umfasst, sowie einen Oszillatorschaltkreis, welcher einen zweiten Kondensator C4 umfasst, welcher in Parallelschaltung mit einer Spule L1, L2 verbunden ist, welche einen Ausgang in der Mitte ihrer Windungen umfasst, welcher mit dem Emitteranschlusspunkt eines Transistors V4 verbunden ist. Der Oszillatorschaltkreis L1, L2, C4 ist auf eine Resonansfrequenz mit XX MHz abgestimmt, wie oben beschrieben. Der Oszillatorschaltkreis ist mit einer Stromversorgungsleitung durch einen dritten Kondensator C3 und einen dritten Widerstand R9 verbunden.
Die Spule L1, L2 spielt eine aktive Rolle im Oszillatorschaltkreis und wirkt als Sendemittel zum Aussenden eines ün wesentlichen induktiven Signals D zum Zielobjekt. Wie im vierten Graphen in Fig. 3 dargestellt wird der Oszillatorschaltkreis des Oszillatorsendemoduls 3 zu oszillieren beginnen und ein Hochfrequenzsignal mit XX MHz aussenden, wenn der. Eingang des Oszillatorschaltkreises entweder dynamisch hoch oder statisch niedrig oder hoch ist. Die Oszillation und Aussendung des Oszillatorschaltkreises hört auf, wenn das Eingangssignal auf dynamisch niedrig übergeht. Folglich wird die Sendespule L1, L2 des Oszillatorsendemoduls 3 synchron mit einem dynamischen Eingangssignal starten and anhalten und wird konstant übertragen, wenn das Eingangssignal statisch ist. Praktisch wird das gepulste Signal, welches am Eingangsanschlusspunkt In des Näherungsschalters empfangen wird auf das Hochfrequenzsignal, welches vom Oszillatorschaltkreis des Oszillatorsendemoduls 3 erzeugt wird, moduliert oder kodiert, wobei durch Amplituden-umtastung, ein moduliertes Signal gebildet wird, welches eine Trägerfrequenz XX aufweist, wie am. Knotenpunkt D gezeigt.
Das durch den oben genannten Oszillatorschaltkreis ausgesendete induktive Signal wird am Zielobjekt als ein Signal E durch das Empfänger/Gleichrichtermodul 4 empfangen. Wie in Fig. 2 gezeigt wird umfasst das Empfänger/Gleichrichtermodul 4 des Zielobjektes einen abgestimmten Oszillatorschaltkreis, welcher eine Empfängerspule L4 und einen damit parallel geschalteten ersten Kondensator C8 umfasst. Der Oszillatorschaltkreis L4, C8 ist auf die Resonanzfrequenz XX des Oszillatorsendemoduls 3 des Näherungsschalters abgestimmt.
Das Empfänger/Gleichrichtermodul 4. umfasst desweiteren einen dynamischen Steuerkondensator C9 und einen Gleichrichterschaltkreis, welcher aus zwei Dioden V10, V11 besteht, sowie einen Filterkondensator C10. Die Empfängerspule L4 wird die induktive Energie empfangen, welche vom Oszillatorsendemodul 3 ausgesendet wird und diese Energie im Gleichrichterschaltkreis V10, V21 gleichrichten. Am Ausgang des Empfänger/Gleichrichtermoduls 4, d. h. am Signal F, wird die durch das Modul 4 empfangene Energie auf eine pulsförmige Art und Weise synchron mit dem gepulsten Eingangssignal A variieren.
Diese Energie wird dem Eingang des Oszillatorsendemoduls 5 zugeführt, welches gemäss Fig. 2 einen ersten und einen zweiten Widerstand R18, R19, einen bipolaren Transistor V12, einen ersten Kondensator C13 und einen Sendeoszillatorschaltkreis umfassend einen zweiten Kondensator C12, welcher parallel mit einer Sendespule L5, L6 geschaltet ist, welche in der Mitte ihrer Windungen einen Ausgang aufweist, welcher mit dem Emitter des Transistors V12 verbunden ist, umfasst. Der Sendeoszillatorschaltkreis L5, L6, C12 ist auf eine Resonanzfrequenz YY MHz abgestimmt, welche sich von der Resonanzfrequenz XX MHz des Oszillatorsendemoduls 3 und des Empfänger/Gleichrichtermoduls 4 unterscheidet. Vorzugsweise ist die Resonanzfrequenz YY ein vielfaches der Resonansfrequenz XX, z. B. YY = 4 MHz und XX = 1 MHz. Der Sendeoszillatorschaltkreis 15, L6, 012 wird synchron mit der vom Empfänger/Gleichrichtermodul 4 empfangenen Energie (am Knotenpunkt F) starten und anhalten. Infolgedessen wird ein durch die Sendespulen L5, L6 ausgesendetes induktives Signal (Knotenpunkt G) synchron dem gepulsten Eingangssignal A folgen.
Wie in Fig. 3 gezeigt wird ist das induktive Ausgangssignal G, welches vom Oszillatorsendemodul 5 des Zielobjektes ausgesendet wird ein Amplitudenumtastungs- Signal, welches die gleiche digitale Information trägt, wie das Eingangssignal E, welches durch das Empfänger/Gleichrichtermodul 4 empfangen wird, trägt, aber eine unterschiedliche Trägerfrequenz aufweist (YY verglichen mit XX).
Das vom Zielobjekt ausgesendete induktive Signal G wird am Empfänger/Gleichrichtermodul 6 des Näherungsschalters als ein Signal H empfangen. Wie in Fig. 2 gezeigt umfasst das Empfänger/Gleichrichtermodul 6 einen Empfängeroszillatorschaltkreis, welcher eine Empfängerspule L3 und einen damit parallel geschalteten Kondensator C5 aufweist. Der Empfängerschaltkreis L3, C5 ist auf die selbe Resonanzfrequenz YY MHz abgestimmt, wie die Frequenz des Oszillatorsendemoduls 5.
Dem Empfängerschaltkreis L3, C5 folgt eine dynamische Stufe, welche einen Widerstand R10 und einen Kondensator C6 aufweist, wobei der Stufe wiederum ein Gleichrichterschaltkreis umfassend zwei Dioden V5 und V6 folgt. Der Ausgang des Gleichrichterschaltkreises ist mit dem Basisanschlusspunkt eines bipolaren Verstärkertransistors V7 verbunden. Der Ausgang des Empfänger/Gleichrichtermoduls 6 ist als Signal I dem Kollektoranschlusspunkt des Transistors V7 zugeführt.
Aufgrunddessen, dass der Empfängeroszillatorschaltkreis des Empfänger/Gleichrichtermoduls 3 eine Resonanzfrequenz aufweist, welche grundsätzlich verschieden von der Frequenz des vom Oszillatorsendemodul 3 ausgesendeten Signals ist, werden diese Signale nicht miteinander interferieren.
Dem Empfänger/Gleichrichtermodul 6 folgt das Invertermodul 7, umfassend (siehe Fig. 2) eine Vielzahl Widerstände R11, R12, R13, R14, R15, R16, R17, einen Kondensator C7 und zwei bipolare Transistoren V8 und V9. Der Ausgang J des Invertermoduls 7 wird die Inverse dessen Eingangs I sein.
Vorzugsweise sind das Informationslogikmodul 8 und das Informationsmodul 9 so angeordnet, dass ein elektrisches (M) und/oder visuelles Ausgangssignal vorliegt, welches angibt ob ein gepulstes Signal vom Zielobjekt empfangen wird und/oder ob solch ein gepulstes Antwortsignal synchron mit/gleich dem gepulsten Eingangssignal des Näherungsschalters ist.
Das oben stehende wird folgendermassen zusammengefasst: ein gepulstes zum Näherungsschalter gesendetes Eingangssignal A wird auf eine Hochfrequenzträgerwelle moduliert und in der Form eines induktiven Signals durch das Oszillatorsendemodul 3 ausgesendet. Nur wenn das Zielobjekt in der Nähe des Näherungsschalters vorhanden ist wird dieses Signal zum Empfänger/Gleichrichtermoduls 6 des Näherungsschalters zurückgesendet, und zwar auf einer grundsätzlich verschiedenen Trägerfrequenz. Folglicherweise wird am Ausgangsanschlusspunkt Out des Näherungsschalters ein gepulstes Signal anliegen, vorausgesetzt, dass das Zielobjekt vorhanden ist, wobei das gepulste Signal denselben digitalen Inhalt umfasst und synchron mit dem gepulsten Eingangssignal ist. Auf Grund dessen, dass die Resonanzschaltkreise des Oszillatorsendermoduls 3 und des Empfänger/Gleichrichtermoduls 6 auf grundsätzlich, verschiedene Frequenzen abgestimmt sind, besteht kein Riskio, dass eine Kreuzkopplung zwischen diesen Modulen auftritt, und das eingepulste Signal nur durch den Näherungsschalter vom Eingangsanschlusspunkt In zum Ausgangsanschlusspunkt Out befördert wird, falls das Zielobjekt vorhanden ist. Da das Ausgangssignal am Anschlusspunkt Out die Inverse des Eingangssignals am Anschlusspunkt In ist, wird ein versehentlicher Kurzschluss irgendwo im Näherungsschalter detektiert, da das Ausgangssignal in diesem Fall identisch mit dem Eingangssignal ist und nicht die Inverse davon.
Auf vorteilhafte Weise, wie in Fig. 4 gezeigt, können mehrere Paare mit Näherungsschaltern/Ziehobjekten in einer Stufenschaltung miteinander verbunden werden, um jeweils ein entsprechendes bewegliches Objekt (Tür, Tor, Luke usw.) zu überwachen. In Fig. 4 ist ein erstes Paar Näherungsschalter/Zielobjekt 41, 42 in Serie mit einem zweiten Paar 43, 44 verbunden, wobei das zweite Paar wiederum in Serie mit einem dritten Paar Näherungsschalter/Zielobjekt 45, 46 verbunden ist. Der Ausgang des ersten Näherungsschalters 41 ist mit dem Eingang des zweiten Näherungsschalters 43 verbunden, wobei dessen Ausgang wiederum mit dem Eingang des dritten Näherungsschalters 45 verbunden ist. Der Ausgang des dritten Näherungsschalters 45 ist mit einem Eingang einer Steuereinheit 49 verbunden. Ein Ausgang der Steuereinheit 49 ist mit einem Eingang eines Fotoemitters 47 verbunden, welcher angeordnet ist, um eine optische Verbindung zu einem Fotoempfänger 48 herzustellen, dessen Ausgang mit dem Eingang des ersten Näherungsschalters 41 verbunden ist. Der Fotoemitter 47 und der Fotoempfänger 48 können auf herkömmlicher Weise überwachen, ob ein Objekt durch die optische Verbindung zwischen dem Emitter 47 und dem Empfänger 48 bewegt wird.
Die Steuereinheit 49 ist angeordnet, um ein gepulstes digitales Signal, welches einen vorher bestimmten Inhalt aufweist, zum Fotoemitter 47 zu übersenden, welcher ein optisches Signal generiert, welches die genannte gepulste Information beinhaltet, zum Fotoempfänger 48 sendet. Der Fotoempfänger 48 wird das Signal vom Fotoemitter 47 empfangen und wird ein elektrisches Signal, welches die gepulste digitale Information enthält, zum ersten Näherungsschalter 41 zuführen. Von dort wird die gepulste digitale Information zum ersten Zielobjekt 42 übertragen, zum ersten Näherungsschalter 41 zurück übertragen, vom Ausgang des ersten Näherungsschalters 41 zum Eingang des zweiten Näherungsschalters 43 zugeführt, danach zum zweiten Zielobjekt 44, zurück zum zweiten Näherungsschalter 43, usw. Nachdem das gepulste digitale Signal auch durch den dritten Näherungsschalter 45 und das Zielobjekt 46 gelaufen ist, wird das gepulste digitale Signal zur Steuereinheit 49 zugeführt. Nur wenn das gepulste digitale Signal, welches ursprünglich zum Fotoemitter 47 gesendet wurde, ordnungsgemäss durch die Steuereinheit 49 vom dritten Näherungsschalter 45 empfangen wird, wird die Steuereinheit 49 entscheiden, dass die gesamte überwachte Ausrüstung fehlerfrei arbeitet und dass keine gefährliche Tätigkeit durchgeführt wurde (wie z. B. das Unterbrechen der optischen Verbindung zwischen dem Fotoemitter 47 und dem Fotoempfänger 48, Öffnen einer Tür, welche durch eine der Näherungsschalter/Zielobjekte überwacht wird, usw). Angrenzende Paare Näherungsschalter/Zielobjekte werden auf grundsätzlich unterschiedliche Resonanzfrequenzen abgestimmt, wodurch jegliche Interferenz zwischen diesen Komponenten vermieden wird.
Der Näherungsschalter und das Zielobjekt, welche oben beschrieben worden sind, arbeiten induktiv. Die gepulste digitale Information kann jedoch zwischen dem Näherungsschalter und dem Zielobjekt mit Hilfe anderer Mittel, wie einer induktiven Verbindung, hin und her übertragen werden, so z. B. mit Radiosignalen oder optischen Signalen, wie dies der Fachmann leicht versteht. In solchen Fällen kann es notwendig sein, das Zielobjekt mit einer internen Stromquelle zur Versorgung des Empfängers des Zielobjekts vorzusehen.
Die Erfindung wurde obenstehend mit Bezug auf eine bevorzugte Ausführungsform beschrieben. Die obenstehende Beschreibung hat jedoch nur beispielhaft verdeutlichende und nicht begrenzende Aufgaben, und die Erfindung soll durch nichts weiteres begrenzt werden, als die erfinderische Idee, welche durch die beigefügten unabhängigen Patentansprüche definiert wird. Weitere Ausführungsformen als die oben beschriebenen sind gleichfalls innerhalb dem Rahmen der Erfindung möglich.

Claims

1. Näherungsschalter zum Erfassen eines Zielobjektes in der Nähe des Näherungsschalters, gekennzeichnet durch:

drahtlose Sendemittel (3) zum Senden eines ersten gepulsten Signals (D) zum Zielobjekt mit einer ersten Trägerfrequenz (XX),

drahtlose Empfängermittel (6) zum Empfangen eines zweiten gepulsten Signals (H) vom Zielobjekt mit einer zweiten Trägerfrequenz (YY), welche unterschiedlich zur ersten Trägerfrequenz ist, und

Kontrollmittel (8, 9) zum Bereitstellen eines Ausgangs, welches angibt ob eine vorgegebene Zuordnung zwischen dem ersten und dem zweiten gepulsten Signal erfüllt ist.

2. Näherungsschalter gemäss Anspruch 1, wobei die drahtlosen Sendemittel (3) einen ersten Oszillatorschaltkreis (L1, L2, C4) umfassen und zum Empfangen eines digitalen Eingangssignals (C) angepasst sind und dies in Erwiderung durch Modulation mittels Amplitudenumtastung kodieren, und dadurch das erste gepulste Signal (D) erzeugen.

3. Näherungsschalter gemäss Anspruch 2, wobei die drahtlosen Empfängermittel (6) einen zweiten Oszillatorschaltkreis (L3, C5) umfassen und zum Empfangen des zweiten gepulsten Signals (H) angepasst sind und dies in Erwiderung in ein digitales Ausgangssignal (I) dekodieren.

4. Näherungsschalter gemäss Anspruch 3, wobei die Kontrollmittel (8, 9) so angeordnet sind, dass ein Ausgang bereitgestellt wird, welcher angibt, ob das digitale Ausgangssignal (I) mit dem digitalen Eingangssignal (C) synchron ist.

5. Näherungsschalter gemäss einem der vorigen Ansprüche, wobei das erste und das zweite gepulste Signal (D, H) induktive Signale sind.

6. Näherungsschalter gemäss einem der Ansprüche 1-4, wobei das erste und das zweite gepulste Signal (D, H) Radiosignale sind.

7. Näherungsschalter gemäss einem der Ansprüche 1-4, wobei das erste und das zweite gepulste Signal optische Signale sind.

8. Zielobjekt zur Anwendung in Kombination mit einem Näherungsschalter, gekennzeichnet durch:

drahtlose Empfängermittel (4) zum Empfangen eines ersten gepulsten Signals (E) vom Näherungsschalter, mit einer ersten Trägerfrequenz (XX), und

drahtlose Sendemittel (5) zum Senden eines zweiten gepulsten Signals (G) zum Näherungsschalter, mit einer zweiten Trägerfrequenz (YY), welche sich von der ersten Trägerfrequenz unterscheidet, wobei das zweite gepulste Signal mit dem ersten gepulsten Signal synchron ist.

9. Zielobjekt gemäss Anspruch 8, wobei die drahtlosen Empfängermittel (4) und die drahtlosen Sendemittel (5) jeweils einen Ozillatorschaltkreis (L4, C8; L5, L6, C12) umfassen.

10. Zielobjekt gemäss Anspruch 8 oder 9, wobei das erste und das zweite gepulste Signal (E, G) induktive Signale sind.

11. Zielobjekt gemäss einem der Ansprüche 8-10, desweiteren umfassend Gleichrichtermittel (4; V10; V11) zum Erzeugen eines elektrischen Signals (F) aus dem ersten gepulsten Signal (E), welches den drahtlosen Sendemitteln (5) zum Antreiben derselben zugeführt ist.

12. System bestehend aus einem Näherungsschalter und einem Zielobjekt, gekennzeichnet dadurch, dass

der Näherungsschalter einen Eingangsanschlusspunkt (In) hat, welcher angepasst ist, um ein erstes Signal (A), welches digitale Informationen enthält, zu empfangen, und, ein erster Sender (3) zum Senden eines zweiten Signals (D), welches die digitalen Informationen enthält, mit einer ersten Trägerfrequenz (XX); dass

das Zielobjekt umfasst einen ersten Empfänger (4), zum Empfangen des zweiten Signals (D, E), und einen zweiten Sender (5) zum Senden eines dritten Signals (G), welches die genannten digitalen Informationen enthält, mit einer zweiten Trägerfrequenz (YY), welche unterschiedlich zur ersten Trägerfrequenz ist; und dass

der Näherungsschalter desweiteren einen zweiten Empfänger (6) umfasst zum Empfangen des genannten dritten Signals (G, H) und zum Erzeugen eines vierten Signals (I, J) , welches die genannten digitalen Informationen enthält, um an einem Ausgangsanschlusspunkt (Out) des Näherungsschalters bereitgestellt zu werden.

13. System gemäss Anspruch 12, wobei der Näherungsschalter desweiteren einen Controller (8, 9) umfasst zum Bereitstellen eines zweiten Ausgangssignals (M) an einem zweiten Ausgangsanschlusspunkt (Out), welches signalisiert, ob die genannten digitalen Informationen im dritten Signal (G, H), welches durch das Zielobjekt mittels des zweiten Empfängers (6) des Näherungsschalters empfangen wird, enthalten sind.

14. System gemäss Anspruch 12 oder 13, wobei der Näherungsschalter einen Inverter (7) umfasst zum Erzeugen einer inversen (J) des vierten Signals (I) vom zweiten Empfänger (6) des Näherungsschalters am ersten Ausgangsanschlusspunkt (Out).

15. System gemäss einem der Ansprüche 12-14, wobei das System desweiteren umfasst: mindestens einen zusätzlichen Näherungsschalter (41, 43, 45) uni mindestens ein zusätzliches Zielobjekt (42, 44, 46), wobei ein Ausgangsanschlusspunkt (Out) eines ersten Näherungsschalters (41) mit einem Eingangsanschlusspunkt (In) eines zweiten Näherungsschalters (43) verbunden ist, und dadurch eine Kaskade mit Näherungsschaltern und Zielobjekten bildet, genauer bestimmt so dass die digitalen Informationen, welche im ersten Signal (A) enthält sind, am Eingangsanschlusspunkt (In) des ersten Näherungsschalters (41) empfangen werden und zum ersten Zielobjekt (42) gesendet werden können, und zurück zum ersten Näherungsschalter (41), durch den Ausgangsanschlusspunkt. (Out) desselben zum Eingangsanschlusspunkt (In) des zweiten Näherungsschalters (43), über das zweite Zielobjekt (42) und zurück zum zweiten Näherungsschalter (43), um am Ausgangsanschlusspunkt (Out) desselben bereitgestellt zu werden.

16. System gemäss Anspruch 15, wobei die Trägerfrequenzen (XX, YY) des ersten Näherungsschalters (41) und Zielobjektes (42) unterschiedlich zu den Trägerfrequenzen des zweiten Näherungsschalters (43) und des zweiten Zielobjektes (44) sind.

17. Verfahren zum Bestimmen der Anwesenheit eines Zielobjektes durch Bereitstellen eines Näherungsschalters, gekennzeichnet durch:

Senden eines ersten gepulsten Signals (D, E) vom Näherungsschalter, mit einer ersten Trägerfrequenz (XX),

Empfangen des ersten Signals (D, E) im Zielobjekt,

Senden eines zweiten gepulsten Signals (G, H) vom Zielobjekt, mit einer zweiten Trägerfrequenz (YY), welche sich von der ersten Trägerfrequenz unterscheidet,

Empfangen des zweiten gepulsten Signals (G, H) im Näherungsschalter, und

Bestimmen ob das Zielobjekt vorhanden ist in Reaktion auf das Empfangen des zweiten gepulsten Signals (G, H).