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Dokumentenidentifikation DE19535946A1 03.04.1997
Titel Anordnung zur Erzeugung eines elektrischen Schaltsignals
Anmelder Robert Bosch GmbH, 70469 Stuttgart, DE
Erfinder Thierbach, Peter, 71634 Ludwigsburg, DE
DE-Anmeldedatum 27.09.1995
DE-Aktenzeichen 19535946
Offenlegungstag 03.04.1997
Veröffentlichungstag im Patentblatt 03.04.1997
IPC-Hauptklasse H01H 36/00
IPC-Nebenklasse H01H 50/44   
Zusammenfassung Es wird eine Anordnung zur Erzeugung eines elektrischen Schaltsignals vorgeschlagen, die vorzugsweise ein Reed- oder Schutzgasrelais aufweist. Es kann ein Sensorsystem realisiert werden, bei dem ein am Relais (1) vorbeibewegbares Objekt (6), das ein äußeres Magnetfeld erzeugt, abhängig von der Stellung zum Relais (1) ein Schließen oder Öffnen von Schaltkontakten (2, 3) des Relais (1) bewirkt. Um hier auf einfache Weise eine Schaltschwelle einzustellen, ist das Relais (1) mit einem zusätzlichen bidirektionalen oder unidirektionalen Magnetfeld vorgespannt, das unabhängig vom Magnetfeld des Objekts (6) ist.

Beschreibung[de]
Stand der Technik

Die Erfindung betrifft eine Anordnung zur Erzeugung eines elektrischen Schaltsignals, insbesondere mit einem Reed- oder Schutzgasrelais, nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Es sind solche Anordnungen, beispielsweise für Analog- Digital-Umsetzer, bekannt, die für eine Anwendung in Sensorsystemen eine analoge Weggröße in diskrete Ein-/Aussignale zur Weiterverarbeitung in einer digitalen Meßwertverarbeitung erzeugen. Zur Erzeugung der diskreten Schaltsignale werden vorzugsweise die sogenannten Reed- oder Schutzgasrelais verwendet. Die metallischen Schaltkontakte (z. B. aus Chromeisen) der Relais sind hierbei gegen Einflüsse der umgebenden Atmosphäre durch ein Schutzgas geschützt und befinden sich mit diesem Gas in einem geschlossenen Glasröhrchen. Die Schaltkontakte werden durch ein äußeres Magnetfeld betätigt, das am Relais vorbeibewegbar ist. Für sich bekannt sind derartige Relaisanordnungen beispielsweise aus dem Fachbuch "Digitale Meßtechnik", Springer Verlag Berlin/Heidelberg/New York, 1966, Seiten 107, 108.

Vorteile der Erfindung

Die erfindungsgemäße Anordnung zur Erzeugung eines elektrischen Schaltsignals der eingangs angegebenen Art ist mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 1 insbesondere dadurch vorteilhaft, daß durch das zusätzliche Magnetfeld ein einfach aufgebautes digitales Sensorsystem so verbessert werden kann, daß ein Abgleichen der Schaltschwellen des Relais mit relativ geringem Aufwand möglich ist. Der ansonsten übliche Ausgleich geometrischer und magnetischer Toleranzen mit mechanischen Mitteln ist hier nicht erforderlich. Auch kann bereits beim Aufbau des Sensorsystems, durch eine geeignete Bauelementedimensionierung, die Verbesserung der Funktionsfähigkeit (d. h. eine kleine Hysterese bei den Schaltvorgängen) der Anordnung ohne einen besonderen Abgleich erreicht werden.

Das zusätzliche Magnetfeld kann hierbei durch eine Spule erzeugt werden, die entweder vom Strom durch die geschlossenen Schaltkontakte oder auch vom Strom einer weiteren Versorgungsspannungsquelle durchflossen wird. Durch wechselnde Polaritäten können sowohl die Ein- als auch die Ausschaltschwellen bei der Detektierung eines vorbeibewegten Objekts verändert werden.

Eine weitere Anwendungsmöglichkeit ergibt sich durch die weitere Anordnung einer Spule am Relais, die von einem zu erfassenden Strom durchflossen wird, in Kombination mit der oben genannten Spule. Hierbei dient die Sensoranordnung als Grenzwertmelder für den elektrischen Strom in der zusätzlichen Spule, da in einfacher Weise eine Ansprechschwelle für die Stromstärke eingestellt werden kann.

Vorteilhafte Ausführungsformen sind in den Unteransprüchen angegeben.

Zeichnung

Ausführungsbeispiele der erfindungsgemäßen Anordnung zur Erzeugung eines elektrischen Schaltsignals werden anhand der Zeichnung erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine Prinzipdarstellung eines Reed-Relais in einem Sensorsystem mit einem entfernt liegenden äußeren Magnetfeld;

Fig. 2 eine Prinzipdarstellung eines Reed-Relais mit einem nah anliegenden äußeren Magnetfeld,

Fig. 3 ein Blockschaltbild eines Sensorsystems mit einer unidirektionalen Beschaltung des Reed-Relais;

Fig. 4 ein Blockschaltbild eines Sensorsystems mit einer bidirektionalen Beschaltung des Reed-Relais und

Fig. 5 ein Blockschaltbild eines Sensorsystems mit einer bidirektionalen Beschaltung des Reed-Relais in Drei-Leiter-Ausführung.

Beschreibung der Ausführungsbeispiele

In Fig. 1 ist ein Reed-Relais 1 als Bestandteil einer Anordnung zur Erzeugung eines elektrischen Schaltsignals gezeigt, dessen Schaltkontakte 2 und 3 im Bereich eines Magnetfeldes einer Spule 4 liegen. Die Spule 4 wird allerdings nur von einem Strom durchflossen, wenn die Schaltkontakte 2 und 3 geschlossen sind. Außen an dem Reed-Relais 1 und der Spule 4 ist ein äußeres Magnetfeld eines entlang dem Pfeil 5 bewegbaren Objekts 6 vorhanden. In der Darstellung nach der Fig. 1 ist das Objekt 6 noch so weit entfernt, daß das resultierende Magnetfeld im Bereich der Kontakte 2 und 3 noch nicht ausreicht um diese zu schließen. Fig. 2 zeigt dagegen eine Lage des Objekts 6, die zu einem Schließen der Schaltkontakte 2 und 3 führt.

Die Fig. 1 zeigt somit die Ruhestellung des Relais 1, da aufgrund der großen Entfernung des Magnetfeldes des Objekts 6 die Feldstärke zum Schließen der Kontakte 2 und 3 noch zu gering ist. Wenn sich die Anordnung jedoch am Reed-Relais 1 vorbeibewegt, wird bei einer bestimmten Position die Feldstärke an den Schaltkontakten 2 und 3 einen Wert erreichen, der den Schaltvorgang auslöst. Die Schaltkontakte 2 und 3, die beispielsweise aus an den Kontaktstellen vergoldetem Chromeisen hergestellt sind, werden dann durch ausreichend große magnetische Kräfte zusammengeführt.

Bedingt durch die Verkleinerung des Kontaktabstandes der Schaltkontakte 2 und 3, der nunmehr etwa bei Null liegt, steigen in dem zuletzt beschriebenen Zustand die Haltekräfte an. Das magnetisch hysteresebehaftete Material des Reed-Relais 1 und der zuvor beschriebene Effekt führen dazu, daß es nun einer deutlichen Abnahme der Feldstärke bedarf, um die Schaltkontakte 2 und 3 wieder zu öffnen. Wenn in diesem Betriebszustand die Spule 4 derart von einem Strom durchflossen wird, daß das Magnetfeld der Anordnung 6 bereits geschwächt wird, das Gesamtfeld aber noch groß genug ist, um die Schaltkontakte 2 und 3 geschlossen zu halten, kann die Ausschalthysterese entsprechend verkleinert werden (siehe insbesondere die entgegengesetzten Richtungspfeile der beiden Magnetfelder). Das Maß der Hysterese wird somit auch durch die Höhe des Stroms in der Spule 4 bestimmt und kann daher in einem vorgegebenen Bereich beeinflußt werden.

Fig. 3 zeigt ein Ausführungsbeispiel eines Schaltschwellenabgleichs mit einer unidirektionalen Beschaltung der Spule 4 bei einer veränderlichen Ausschaltschwelle. Der Schaltpunkt wird mit der Wahl eines geeigneten Vorwiderstandes 7, der zwischen dem Signalabnahmepunkt 8 und einer Versorgungsspanung Uv geschaltet ist, beeinflußt. Ein gleichwirkender Schaltschwellenabgleich kann auch durch eine Veränderung der Höhe der Versorgungsspannung Uv durchgeführt werden. Die Spule ist hierbei noch mit einer Schutzdiode 9 in Sperrichtung überbrückt.

Alternativ zu dem oben beschriebenen Ausführungsbeispiel kann bei bestimmten Anwendungsfällen durch einen Wechsel der Polarität der Spule 4 auch eine größere Hysterese erzeugt werden. Hierbei muß das Magnetfeld der Spule 4 in die gleiche Richtung weisen wie das Magnetfeld der beweglichen Anordnung 6. Eine Grenze liegt hierbei in etwa bei einer Verdoppelung der Hysterese, da bei einem Wegbewegen der Anordnung 6 die verbleibende Feldstärke der Spule 4 nicht ausreichen darf um die Schaltkontakte 2 und 3 geschlossen zu halten.

Bei einem Ausführungsbeispiel nach Fig. 4 mit einer bidirektionalen Beschaltung der Spule 4 ist sowohl die Einschalt- als auch die Ausschaltschwelle des Reed-Relais 1 beeinflußbar. Hier wird die Spule 4 bereits im geöffneten Zustand der Schaltkontakte 2 und 3 von einem Strom durchflossen, der von einer Versorgungsspannung Uv mit veränderbarer Polarität erzeugt wird. Auch hier kann somit durch eine entsprechende Polarität der Spule 4 die jeweilige Schaltschwelle sowohl in die eine als auch in die andere Richtung verändert werden. Durch die Höhe des Spulenstromes wird das Maß der Veränderung festgelegt. Nach dem Einschalten kann beispielsweise durch eine neue Festlegung des Stromes und der Stromrichtung in der Spule 4 auch das Ausschaltverhalten unabhängig vom Einschaltverhalten verändert werden. Als Schutzdioden sind hier Dioden 9 und 10 in gegensinniger Reihenschaltung vorhanden.

Das Ausführungsbeispiel nach Fig. 5 stellt eine bidirektionale Erweiterung der Anordnung nach Fig. 3 dar, bei der der zusätzliche Strom für die Spule 4 im geöffneten Zustand der Schaltkontakte 2 und 3 durch eine zusätzliche Stromversorgung Uv über einen weiteren Vorwiderstand 11 geleitet wird. Ansonsten ist die Funktionsweise dieses Ausführungsbeispiels mit der der vorher beschriebenen Ausführungsbeispiele identisch.


Anspruch[de]
  1. 1. Anordnung zur Erzeugung eines elektrischen Schaltsignals, insbesondere mit einem Reed- oder Schutzgasrelais, mit
    1. - einem im Bereich des Relais (1) Veränderlichen äußeren Magnetfeld, wobei abhängig von der Feldstärke dieses Magnetfeldes ein Schließen oder Öffnen von Schaltkontakten (2,3) des Relais (1) bewirkbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß
    2. - das Relais (1) mit einem zusätzlichen Magnetfeld vorgespannt ist, das unabhängig vom Magnetfeld des Objekts (6) ist.
  2. 2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß
    1. - das Relais (1) Von einer Spule (4) zur Erzeugung des zusätzlichen Magnetfeldes umgeben ist, die mit den Schaltkontakten (2, 3) in Reihe geschaltet ist und vom Strom durch die geschlossenen Schaltkontakte (2, 3) durchflossen ist.
  3. 3. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß
    1. - das Relais (1) von einer Spule (4) zur Erzeugung des zusätzlichen Magnetfeldes umgeben ist, die vom Strom einer separaten Versorgungsspannungsquelle (Uv) durchflossen ist.
  4. 4. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß
    1. - das Relais (1) von einer Spule (4) zur Erzeugung des zusätzlichen Magnetfeldes umgeben ist, die mit den Schaltkontakten (2, 3) in Reihe geschaltet ist und vom Strom durch die geschlossenen Schaltkontakte (2, 3) durchflossen ist und daß
    2. - die Spule (4) am Anschlußpunkt der Schaltkontakte (3) über einen zusätzlichen Anschluß an eine separate Versorgungsspannungsquelle (Uv) angeschlossen ist.
  5. 5. Anordnung nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß
    1. - die Polarität der Versorgungsspannungsquelle (Uv) umschaltbar ist.
  6. 6. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß
    1. - das Schaltsignal an einem Anschlußpunkt (8), über einem zwischen die Versorgungsspannungsquelle (Uv) und dem Schaltkontakt (2) liegenden Vorwiderstand (7), abnehmbar ist.
  7. 7. Anordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß
    1. - die Spule (4) mit einer in Sperrichtung geschalteten Schutzdiode (9) überbrückt ist.
  8. 8. Anordnung nach einem der Ansprüche 3 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß
    1. - die Spule (4) mit einer Reihenschaltung aus zwei in Gegenrichtung geschalteten Schutzdioden (9,10) überbrückt ist.
  9. 9. Anwendung der Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß
    1. - das Relais (1) Bestandteil eines Sensorsystems zur Erfassung der Lage eines Objekts (6) ist, wobei das veränderliche Magnetfeld von diesem Objekt (6) erzeugt wird.
  10. 10. Anwendung der Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß
    1. - das Relais (1) Bestandteil eines Grenzwertmelders zur Erfassung des Überschreitens eines Grenzwertes eines das zusätzliche Magnetfeld erzeugenden Stromes ist.






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