CH670538A5

CH670538A5 -

Info

Publication number: CH670538A5
Application number: CH217886A
Authority: CH
Inventors: Bruno Weisshaupt
Original assignee: Baumer Electric Ag
Priority date: 1986-05-29
Filing date: 1986-05-29
Publication date: 1989-06-15
Also published as: GB2191005A; DE3714938A1; GB8712557D0; GB2191005B

Description

BESCHREIBUNG DESCRIPTION

Die Erfindung liegt auf dem Gebiet der Näherungsschalter und betrifft die besondere Ausgestaltung und besonderen Betrieb eines induktiven Näherungsschalters der bekannten Art gemäss Oberbegriff der unabhängigen Vorrichtungs- und Verfahrensansprüche. The invention is in the field of proximity switches and relates to the special design and operation of an inductive proximity switch of the known type according to the preamble of the independent device and method claims.

Ein induktiver Näherungsschalter der bekannten Art, besteht in der Regel aus einem Oszillatorteil, einem Signalauswerteteil und aus einer (meist kurzschlussfesten) Endstufe. Die Schaltcharakteristik eines solchen Schalters ist eine Funktion des Oszillatorfeldes und zeigt eine ganz bestimmte geometrische Ausbreitung in bezug zur aktiven Fläche des Näherungsschalters. Im einfachsten Fall, bei einer Oszillatorspule in einem Schalenkern, liegen symmetrische Verhältnisse vor, so dass die Parameterschar verschiedener Schaltcharakteristikas aus einer Hüllkurvenschar eines funktionellen Verlaufs besteht. Entsprechend des Annäherungsweges eines Bedämpfungskörpers in den Feldbereich des Oszillators, resultiert eine bestimmte Hüllkurve mit den geometrischen Orten der Schaltabstände. An inductive proximity switch of the known type generally consists of an oscillator part, a signal evaluation part and a (usually short-circuit proof) output stage. The switching characteristic of such a switch is a function of the oscillator field and shows a very specific geometric spread in relation to the active area of the proximity switch. In the simplest case, with an oscillator coil in a shell core, there are symmetrical relationships, so that the family of parameters of different switching characteristics consists of an envelope family of functional curves. Corresponding to the approach path of a damping body into the field area of the oscillator, a specific envelope curve results with the geometric locations of the switching distances.

Es ist das Ziel der Erfindung, einen induktiven Näherungsschalter so auszugestalten, dass er weiteren neuen Applikationen zugänglich ist. The aim of the invention is to design an inductive proximity switch in such a way that it is accessible to further new applications.

Dieses Ziel wird durch die kennzeichnenden Merkmale des unabhängigen Patentanspruchs 1 erreicht. This goal is achieved by the characterizing features of independent claim 1.

Anhand der nachfolgend aufgeführten Figuren, wird eine Ausführungsform der Erfindung eingehend diskutiert. Es zeigen: On the basis of the figures listed below, an embodiment of the invention is discussed in detail. Show it:

Fig. 1A in stilisierter Darstellung einen Oszillator mit eingezeichnetem Verlauf der geometrischen Orte von Schaltabständen und einem Bedämpfungskörper für seitliche Annäherung; 1A shows a stylized representation of an oscillator with a drawn course of the geometric locations of switching distances and a damping body for lateral approach;

Fig. 1B in einer anderen Darstellungsart einen Oszillator mit zugeordneten Schaltbereichen und einem Bedämpfungskörper für frontale Annäherung; 1B shows another oscillator with assigned switching ranges and a damping body for frontal approach;

Fig. 2 eine typische Schaltfunktion U = f(x) mit einem in stilisierter Darstellung dazugezeichneten Schalter und Bedämpfungskörper (Oszillator-Bedämpfungskörper-Paar) und in Fig. 2 shows a typical switching function U = f (x) with a switch and damping body (oscillator-damping body pair) drawn in in a stylized representation and in

Fig. 3 ein allgemeines schaltungstechnisches Beispiel einer Ausführungsform im Zusammenhang mit der Erfindung; Fig. 3 shows a general circuit example of an embodiment in connection with the invention;

Fig. 4A bis 4C zeigen verschiedene Schaltfunktionen von 2- 4A to 4C show different switching functions of 2-

oder 3-Leiterschaltern mit einem oder 4-Leiterschalter mit zwei Ausgängen; or 3-wire switches with one or 4-wire switches with two outputs;

Fig. 5A und 5B zeigen Schaltfunktionen von weiteren Ausführungsformen. 5A and 5B show switching functions of further embodiments.

Ein stilisiert dargestellter, nach aussen offener Oszillator A (Fig. 1A und 1B) mit einer aktiven Fläche a sendet ein Wechselfeld aus, das bei frontaler oder seitlicher Annäherung eines Bedämpfungskörpers B (Fig. 1A) an den eingezeichneten Schaltabständen (Punkten) der (symmetrischen) Kurven der Schaltabstände Sl und S2 eine Schaltfunktion auslöst. Bei einer Scha-lenkernausführung beispielsweise sind die Kurven der Schaltabstände SI, S2 als Längsschnitte von Hüllflächen der geometrischen Orte aller möglichen Schaltabstände aufzufassen, bei deren Durchdringung mit einem beispielsweise metallischen Dämpfungskörper eine Schaltfunktion ausgelöst wird. Diese Hüllfläche als geometrischer Ort aller Schaltabstände einer Oszillatorspule, kann, in infinitesimaler Betrachtung, ausser durch die aktive Fläche a hindurch, prinzipiell von jeder Richtung her mit einem Bedämpfungskörper durchdrungen werden. In der Regel werden jedoch nur seitliche und frontale Annäherungen benützt. A stylized oscillator A (Fig. 1A and 1B) with an active surface a, which is open to the outside, emits an alternating field which, when a damping body B (Fig. 1A) approaches or moves from the front at the indicated switching distances (points) of the (symmetrical ) Curves of the switching distances Sl and S2 triggers a switching function. In the case of a shell core design, for example, the curves of the switching distances SI, S2 are to be regarded as longitudinal sections of enveloping surfaces of the geometric locations of all possible switching distances, the penetration of which, for example, triggers a switching function with a metallic damping body. This enveloping surface as the geometric location of all switching distances of an oscillator coil can, in infinitesimal consideration, except through the active surface a, be penetrated in principle from any direction with a damping body. As a rule, however, only lateral and frontal approaches are used.

Der Oszillator zum Betrieb gemäss Erfindung weist aufgrund einer gleichzeitigen Auswertung der in Figur 2 dargestellten Oszillatorausgangskennlinie in Funktion des Abstands des Bedämpfungsstücks B an einer entfernten, sowie einer nahen Stelle zwei ineinanderliegende Hüllkurven auf, bei deren Durchdringung mit einem Bedämpfungskörper nacheinander je ein Schaltsignal generiert wird. In Figur 1A ist dies durch die Schnittdarstellung der beiden Hüllflächen der Schaltabstände SI, S2 und in Figur 1B durch zwei Schaltbereiche der Schaltabstände SI, S2 mit verschiedener Streubreite (Bereichsbreite) von ungefähr ± 20% für den entfernten Bereich und ungefähr ±5% für den nahen Bereich dargestellt. Die beiden verschiedenen Darstellungen werden auch dazu noch benützt, um die zwei häufigsten Fälle von Näherung eines Bedämpfungskörpers, seitlich und frontal an den Oszillator zu zeigen. In Figur 1A ist die häufigere seitliche Annäherung gezeigt, bei der ein Bedämpfungskörper B, der sich in Pfeilrichtung bewegt, zuerst das Schaltsignal für die Schaltabstände Sl erzeugt und bei weiterem Vorrücken schliesslich auch das Schaltsignal für die Schaltabstände S2. Dasselbe geschieht auch bei frontaler Näherung gemäss Figur 1B, wenn sich der Bedämpfungskörper B in Pfeilrichtung auf dem Weg x dem Oszillator nähert. Streng genommen sind in Figur 1A mit den die Hüllkurve bestimmenden Schalt-Punkten Mittelwerte aus einem Schaltbereich eingezeichnet, welcher Schaltbereich der Schaltabstände Sl ±20% und der Schaltabstände S2 ±5% nebst einem (normalen) Schaltab-stand Sn (Mittelwerte) in Figur 1B dargestellt ist. Auch in diesem Fall wird ein sich frontal dem Oszillator nähernder Bedämpfungskörper nacheinander zwei verwertbare Signale der Schaltabstände SI, S2 erzeugen. Based on a simultaneous evaluation of the oscillator output characteristic shown in FIG. 2 as a function of the distance of the damping piece B at a distant and a close point, the oscillator for operation according to the invention has two enveloping curves, one inside the other, each of which generates a switching signal when penetrated by a damping body. In FIG. 1A this is due to the sectional representation of the two envelope surfaces of the switching distances SI, S2 and in FIG. 1B through two switching ranges of the switching distances SI, S2 with different spreading widths (range widths) of approximately ± 20% for the distant range and approximately ± 5% for the shown near area. The two different representations are also used to show the two most common cases when a damping body approaches the side and front of the oscillator. In FIG. 1A, the more frequent lateral approach is shown, in which a damping body B, which moves in the direction of the arrow, first generates the switching signal for the switching distances S1 and, with further advancement, finally also the switching signal for the switching distances S2. The same also occurs with a frontal approach according to FIG. 1B, when the damping body B approaches the oscillator in the direction of the arrow on the path x. Strictly speaking, mean values from a switching range are drawn in FIG. 1A with the switching points determining the envelope curve, which switching range of the switching distances Sl ± 20% and the switching distances S2 ± 5% together with a (normal) switching distance Sn (average values) in FIG. 1B is shown. In this case too, a damping body approaching the oscillator from the front will successively generate two usable signals of the switching distances SI, S2.

Die Realisierung der 2 Schaltpunkte kann durch gleichzeitige Auswertung des DC-Signals für den Nahbereich sowie des AC-Signal für den entfernten Bereich erreicht werden. Auf diese Art erhält man aus einem üblichen induktiven Näherungsschalter ohne grossen Aufwand einen induktiven Zweipunkt-Näherungsschalter mit räumlich und/oder zeitlich sequentieller Schaltcharakteristik oder anders betrachtet, man erhält einen induktiven Näherungsschalter mit zwei Reichweiten. Solche einem neuen Näherungsschalter steht natürlich ein weiteres Applikationsfeld offen als dem unveränderten Einpunkt-Nähe-rungsschalter von ehedem. Als Beispiel soll bei frontaler (aber auch seitlicher) Annäherung die Vorwarnmöglichkeit genannt werden, wobei das Signal für die Schaltabstände Sl aus dem Bereich mit der grösseren Reichweite dazu verwendet wird, um präliminare Massnahmen vor dem Erreichen des «eigentlichen» Schaltpunkts, welcher die Schaltsignale für die Schaltabstände S2 auslöst, zu treffen. Eine solche Massnahme ist beispielsweise The realization of the 2 switching points can be achieved by simultaneous evaluation of the DC signal for the near range and the AC signal for the far range. In this way, an inductive two-point proximity switch with spatially and / or temporally sequential switching characteristics or, viewed differently, is obtained from a conventional inductive proximity switch without great effort, or an inductive proximity switch with two ranges is obtained. Such a new proximity switch is of course open to a further field of application than the unchanged single-point proximity switch from before. As an example, in the case of a frontal (but also lateral) approach, the prewarning option should be mentioned, the signal for the switching distances S1 from the area with the greater range being used to take preliminary measures before reaching the "actual" switching point, which the switching signals for triggers the switching distances S2. Such a measure is, for example

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10 10th

15 15

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die Verringerung der Geschwindigkeit, um den seitlichen Schaltpunkt präziser anzusteuern und dies, da dies erst nahe beim Schalter bzw. dessen aktiven Fläche a, mit nur unwesentlichem Zeitverlust. In dieser Applikationsform verhält sich der neue Näherungsschalter wie ein Präzisionsnäherungsschalter und zwar ein sehr kostengünstiger Präzisionsnäherungsschalter. the reduction in speed in order to control the lateral switching point more precisely and, since this is only close to the switch or its active area a, with only an insignificant loss of time. In this application form, the new proximity switch behaves like a precision proximity switch, namely a very inexpensive precision proximity switch.

Eine Funktionsdarstellung der obengeschilderten Zusammenhänge zeigt Figur 2 in Form einer einem stilisierten Oszilla-tor-Bedämpfungskörper-Paar überlagerten Graphik U = f(x). Auf der Distanzachse (Abszisse) sind drei Distanz-(Schaltspan-nungs-)Bereiche für die Schaltabstände SI, Sn, S2 eingezeichnet, die gemäss der Darstellung nach Figur 1A drei Hüllflächen entsprechen würden. Der Bedämpfungskörper B nähert sich der aktiven Fläche a des Oszillators A und erreicht zuerst den Bereich der Schaltabstände Sl mit der grössten Reichweite, das ist zugleich auch der Bereich mit dem grössten AC-Anteil und der grössten räumlichen Ausdehnung, so ungefähr ±20%. In Richtung Oszillator, nimmt nicht nur, wie in der Funktion gezeigt, der AC-Anteil ab, es verändert sich auch der Verlauf der Funktion, sie geht in einen mehr oder weniger linearen Bereich über. In diesen Bereich wird gemäss strenger Norm im allseitsbekannten Betrieb eines induktiven Näherungsschalters die (Normal-) Schaltfunktion der Schaltabstände Sn gelegt; dieser Bereich weist eine Schalthysterese von ungefähr 5 bis 20% auf und entspricht dem Normalbetrieb des Näherungsschalters. Noch näher zur aktiven Fläche a hin, kommt ein (praktisch) AC freier DC-Bereich der Schaltabstände S2 von ungefähr ±5%. Dieser Sachverhalt ist durch die charakteristische Schaltfunktion mit der in der Regel nicht dargestellten AC-Überlagerung in Figur 2 dargestellt. FIG. 2 shows a functional representation of the relationships described above in the form of a graphic U = f (x) superimposed on a stylized oscillator-damping body pair. Three distance (switching voltage) areas for the switching distances SI, Sn, S2 are drawn on the distance axis (abscissa), which would correspond to three envelope surfaces according to the illustration in FIG. 1A. The damping body B approaches the active surface a of the oscillator A and first reaches the area of the switching distances S1 with the greatest range, which is also the area with the largest AC component and the greatest spatial extent, approximately ± 20%. In the direction of the oscillator, not only does the AC component decrease, as shown in the function, but also the course of the function changes, it changes into a more or less linear range. The (normal) switching function of the switching distances Sn is placed in this area according to the strict standard in the well-known operation of an inductive proximity switch; this range has a switching hysteresis of approximately 5 to 20% and corresponds to the normal operation of the proximity switch. Even closer to the active area a, there is a (practically) AC-free DC range of the switching distances S2 of approximately ± 5%. This state of affairs is represented by the characteristic switching function with the AC superimposition, which is generally not shown, in FIG. 2.

Es ist nun vorteilhaft, den Oszillator so auszulegen, dass ein eher flacher Verlauf der Funktion U = f(x) entsteht, so dass die beiden genutzten Bereiche der Schaltabstände Sl und S2 (Sn wird nicht benutzt) bezüglich der Abszisse weit, bis maximal weit auseinanderliegen. Damit wird erreicht, dass der zur Schaltung benützte Nahbereich der Schaltabstände S2 räumlich distant zum Vorwarnbereich der Schaltabstände Sl liegt, wie dies in Figur 1A u.a. darzustellen versucht wird. It is now advantageous to design the oscillator in such a way that the function U = f (x) is rather flat, so that the two used ranges of the switching distances S1 and S2 (Sn is not used) are wide to maximum as far as the abscissa is concerned apart. This ensures that the close range of the switching distances S2 used for switching is spatially distant from the prewarning range of the switching distances S1, as shown in FIG. is attempted to represent.

In Figur 3 ist ein Beispiel einer Schaltung für den Näherungsschalter gemäss Erfindung in allgemeiner Beschaltung dargestellt. Der Oszillator 30 weist nebst den Speiseleitungen zwei Signalausgänge AI und A2 auf und zwar je einen für den ferneren Bereich der Schaltabstände Sl, der bei Al AC ausgekoppelt ist, und für den nahen Bereich der Schaltabstände S2, der DC ausgekoppelt ist. Beim hier dargestellten LC-Oszillator mit der Induktivität L und der Kapazität C wird eine Spule 32 mit einer Mittelanzapfung 33 verwendet. Eine allgemein dargestellte schwingfähige (Treiber-) Beschaltung 31 kann nach bekannter Art ausgeführt sein. Die beiden Signale der Schaltabstände Sl und S2 an den Ausgängen AI und A2 werden vorteilhafterweise simultan ausgewertet, das heisst, dass ein sich dem Oszillator FIG. 3 shows an example of a circuit for the proximity switch according to the invention in general wiring. In addition to the feed lines, the oscillator 30 has two signal outputs AI and A2, one each for the further area of the switching distances S1, which is coupled out at Al AC, and for the near area of the switching distances S2, the DC is coupled out. In the LC oscillator shown here with inductance L and capacitance C, a coil 32 with a center tap 33 is used. A generally illustrated oscillatable (driver) circuit 31 can be designed in a known manner. The two signals of the switching distances S1 and S2 at the outputs AI and A2 are advantageously evaluated simultaneously, that is to say that the oscillator

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nähernder Bedämpfungskörper von einem «Vorbereich» wahrgenommen wird, bevor er in den eigentlichen Schaltbereich kommt. Die Zeitspanne, die der Bedämpfungskörper braucht, um von einem Bereich in den andern zu kommen, kann beispielsweise benützt werden, um die Geschwindigkeit des Werkoder Maschinenteiles mit dem Bedämpfungskörper in einen Schleichgang herabzusetzen. Ausser diesem Anwendungsbeispiel sind noch weitere nützliche Applikationen denkbar, die erst durch die Erfindung ermöglicht werden. approaching damping body is perceived by a "pre-range" before it comes into the actual switching range. The period of time that the damping body takes to get from one area to the other can be used, for example, to reduce the speed of the work or machine part with the damping body in a creep speed. In addition to this application example, other useful applications are conceivable that are only made possible by the invention.

Mit einem solchen Schalter gemäss Erfindung sind, wie in den Figuren 4A, 4B und 4C gezeigt, verschiedene Betriebsformen möglich. Der induktive Näherungsschalter gemäss Erfindung, der bei Annäherung eines Bedämpfungsstückes in einem ersten Abstand Sl den ersten Schaltpunkt hat und in einem nächsten Abstand S2 einen «exakteren» zweiten Schaltpunkt hat, lässt sich beispielsweise mit folgenden Spezifikationen realisieren: With such a switch according to the invention, different operating modes are possible, as shown in FIGS. 4A, 4B and 4C. The inductive proximity switch according to the invention, which has the first switching point at a first distance S1 when a damping piece approaches and has a "more precise" second switching point at a next distance S2, can be implemented, for example, with the following specifications:

— Sl ist mindestens 50% grösser als Sn nach CENELEC-Norm, - Sl is at least 50% larger than Sn according to the CENELEC standard,

— S2 ist ca. 50% von Sn, - S2 is about 50% of Sn,

— Sl hat über einen Temperaturbereich von 25-75°C eine Genauigkeit von ±20%, - Sl has an accuracy of ± 20% over a temperature range of 25-75 ° C,

— S2 hat über einen Temperaturbereich von 27-75°C eine Genauigkeit von ±5%. - S2 has an accuracy of ± 5% over a temperature range of 27-75 ° C.

Als 3-Leiterschalter mit 2 Ausgängen, wie in Figur 3 beispielsweise dargestellt, zeigt am Ausgang AI eine Schaltfunktion gemäss Figur 4A und am Ausgang A2 eine Schaltfunktion gemäss Figur 4B. Bezogen auf die Schaltpunkte Sl und S2 erhält man eine Fensterfunktion, wie sie in Figur 4C dargestellt ist. Selbstverständlich sind auch die inversen Funktionen möglich. As a 3-wire switch with 2 outputs, as shown in FIG. 3, for example, a switching function according to FIG. 4A shows at output AI and a switching function according to FIG. 4B at output A2. In relation to the switching points S1 and S2, a window function is obtained as shown in FIG. 4C. Of course, the inverse functions are also possible.

Diese Fensterfunktion erlaubt, gemessen an den bekannten induktiven Näherungsschaltern, eine weitere Anzahl Applikationen und ist, wie in den beiden Figuren 5A und 5B gezeigt weiter variierbar. Eine erste Variante (Fig. 5A) ist folgende: This window function, measured on the known inductive proximity switches, permits a further number of applications and, as shown in the two FIGS. 5A and 5B, can be varied further. A first variant (Fig. 5A) is as follows:

— Der Schaltpunkt S2 wird festgehalten, ist also fix ausgelegt und der Schaltpunkt S1 wird beispielsweise mittels einem Potentiometer über einen gewünschten Bereich verstellbar gehalten. Auf diese Weise erhält man eine variierbare Fensterfunktion für entsprechende Anwendungen. - The switching point S2 is fixed, that is, it is designed to be fixed, and the switching point S1 is kept adjustable, for example by means of a potentiometer, over a desired range. In this way, a variable window function is obtained for corresponding applications.

— Beide Schaltpunkte Sl und S2 werden beispielsweise mittels eines Potentiometer über einen gewünschten Bereich verstellbar gehalten. Auf diese Weise erhält man bei fester Fensterweite eine verschiebbare und bei veränderlicher Fensterweite eine variierbare sowie verstellbare Fensterfunktion für entsprechende Anwendungen. - Both switching points S1 and S2 are kept adjustable over a desired range, for example by means of a potentiometer. In this way, one obtains a sliding window function for a fixed window width and a variable and adjustable window function for corresponding applications with a variable window width.

Die Verstellung ist natürlich nicht zwangsläufig über ein Potentiometer erwirkbar, es sind Ausführungsformen möglich, mit der die Fensterfunktion automatisch verstellt werden kann. Damit lässt sich durch einen Regelvorgang ein Fenster der adäquaten Grösse in einem gewünschten Bereich halten. Of course, the adjustment cannot necessarily be carried out via a potentiometer; embodiments are possible with which the window function can be adjusted automatically. This allows a window of the appropriate size to be kept in a desired area by a control process.

3 3rd

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1 Blatt Zeichnungen 1 sheet of drawings

Claims

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1. Inductive proximity switch, characterized by an oscillator (30) with an oscillator coil (32) with center (33) and end tap (34) and with lead-out (Al, A2) of the analog oscillator output signal, for providing switching signals of different switching ranges (SI, S2).

2. Proximity switch according to claim 1, characterized in that the signal action path from the center tap (33) has an AC coupling and the signal action path from the end tap (34) has a DC coupling.

2nd

PATENT CLAIMS

3. Proximity switch according to claim 1 and / or 2, characterized in that at least one switching range (Sl) is variable.

4. Proximity switch according to claim 1 and / or 2, characterized in that two switching ranges (SI, S2) can be varied.

5. A method for operating a proximity switch according to claim 1, characterized in that window functions are formed by combining the signals of the different switch outputs with the associated switching areas (SI, S2).

6. The method according to claim 5, characterized in that variable and / or displaceable window functions are formed by varying the signals of the different switch outputs with the associated switching ranges (SI, S2).