DE10057773A1 - Näherungsschalter - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Näherungsschalter mit mindestens einer eine Spule aufweisenden Spulenanordnung und dieser nachgeordneten Auswerteschaltung zur Gewinnung eines Schaltsignals, wenn sich ein Auslöser der Spulenanordnung auf den gewünschten Ansprechabstand nähert. Der Näherungsschalter ist dadurch bündig einbaubar, dass mindestens eine Spule von elektrisch in Reihe geschalteten, vorzugsweise achsparallel mit gleichem Windungssinn nebeneinander angeordneten Teilspulen (8) ausgebildet wird.

Description

Die Erfindung betrifft einen Näherungsschalter mit einer mindestens eine Spule aufweisenden Spulenanord­ nung und dieser nachgeordneten Auswerteschaltung zur Gewinnung eines Schaltsignals, wenn sich ein Auslöser der Spulenanordnung auf den gewünschten Ansprechabstand nähert.

Derartige Näherungsschalter sind im Stand der Technik bekannt.

Insbesondere induktive Näherungsschalter lassen sich in zwei Gruppen aufteilen. Es gibt die sogenannten nicht bündig einbaubaren Näherungsschalter, die bezogen auf den Gerät- und damit Spulendurchmesser, den größtmögli­ chen Schaltabstand besitzen. Diese Näherungsschalter müssen eine bestimmte Freizone für metallische Teile um ihre aktive Fläche besitzen, um bei der Montage ihren Schaltabstand nicht wesentlich zu verändern. Werden solche Näherungsschalter in unmittelbarer Nähe von Metallmassen angebracht, so verlieren sie Ihre Schaltfä­ higkeit. Der Vorteil an derartigen nicht bündig einbau­ baren Näherungsschalter ist ihr großer Schaltabstand.

Daneben gibt es bündig einbaubare Näherungsschalter. Bei diesen Näherungsschaltern sorgt eine interne Ab­ schirmung des Spulensystems für eine Unempfindlichkeit gegenüber benachbart zum Näherungsschalter angeordnete Metallmassen. Diese Fehlbeeinflussungssicherung wird mit dem Nachteil erkauft, dass ihr Schaltabstand erheb­ lich geringer ist gegenüber den nicht bündigen Nähe­ rungsschaltern.

Ein Näherungsschalter, bei welchem von einer Spule ein magnetisches Wechselfeld erzeugt wird, welche Spule zwischen zwei Differenzspulen liegt, zeigt die DE 40 31 252. In den beiden Empfangsspulen wird eine Diffe­ renzspannung induziert, die an den Eingang eines Oszil­ latorverstärkers zurückgeführt wird. Diese Spannung wird gerade dann zur Null, wenn das Erfassungsobjekt sich genau in dem gewünschten Schaltabstand befindet. Die Spulenkombination muss hinsichtlich ihrer Windungs­ zahl und ihrer räumlichen Lage auf den Schaltpunkt abge­ stimmt werden. Bei einem Näherungsschalter dieser Art ändert der Oszillator seinen Schwingungszustand sprung­ haft, was eine Auswerteschaltung detektiert.

Desweiteren sind im Stand der Technik induktive Nähe­ rungsschalter bekannt, bei denen die Spule ein Teil eines LC-Oszillators ist. Das von der Spule erzeugte elektromagnetische Wechselfeld erzeugt in einem sich nähernden ferromagnetischen Erfassungsobjekt Wirbelströ­ me. Diese entziehen dem Oszillator Energie. Dies führt zu einer Reduzierung der Schwingungsamplitude des Oszil­ lators. Dies wird von der Auswerteschaltung detektiert.

Allen vorbeschriebenen Näherungsschaltern ist das Pro­ blem gemein, dass die Anordnung in der Nähe von Metall­ massen (bündiger Einbau) eine Abschirmung der Spulenan­ ordnung bedarf, was den Nachteil mit sich bringt, dass der Schaltabstand sinkt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, Mittel vorzu­ schlagen, diesem Nachteil entgegenzuwirken.

Gelöst wird die Aufgabe durch die in den Ansprüchen angegebene Erfindung.

Der Anspruch 1 schlägt zunächst und im Besonderen vor, dass die mindestens eine Spule von elektrisch in Reihe geschalteten, vorzugsweise achsparallel mit gleichem Windungssinn nebeneinander angeordneten Teilspulen ausgebildet wird. Diese Anordnung bringt den überra­ schenden Vorteil, dass zumindest diese Spule nicht mehr abgeschirmt werden brauch. Trotzdem kann ein so ausge­ statteter Näherungsschalter in der unmittelbaren Nach­ barschaft (bündige Einbaulage) zu Metallmassen betrie­ ben werden. Im Zentrum der aktiven Fläche wird eine Empfindlichkeit zur Feldstärkenänderung erreicht, die dem einer großen Spule entspricht, aber bei der die Empfindlichkeit zum äußeren Rand hin wesentlich gerin­ ger ist, als bei einer großen Spule. Anstatt einer großen Spule werden mehrere Spulen mit einem kleineren Durchmesser verwendet. In einer Weiterbildung der Erfin­ dung ist vorgesehen, dass die Teilspulen auf einer Platine angeordnete Planarspulen ausgebildet sind. Dies vereinfacht die Fertigung. Es ist aber auch möglich, die Spulen in herkömmlicher Weise aus Draht um einen Spulenträger zu wickeln. Die Teilspulen können zumin­ dest eine der beiden Differenzspulen eines eine Sende­ spule und zwei Differenzspulen aufweisenden Näherungs­ schalter ausbilden. Dabei kann sogar vorgesehen sein, dass die zwischen den beiden Differenzspulen liegende Sendespule abgeschirmt ist. Die von den Teilspulen gebildete Spule soll dagegen nicht abgeschirmt sein. Die Teilspulen können sich symmetrisch um ein Zentrum der aktiven Fläche gruppieren. Beispielsweise ist die Anzahl von vier Teilspulen vorteilhalft. Der Durchmes­ ser der Teilspulen ist erheblich kleiner, als der Durch­ messer der aktiven Fläche. Die Spule, die von den mehre­ ren Teilspulen ausgebildet wird, soll der aktiven Flä­ che am nächsten liegen. In einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass die aus mehreren Teilspu­ len bestehende Spule die Schwingkreisspule eines induk­ tiven Näherungsschalters ist. Bei dieser Lösung kann jeder Teilspule ein individueller Ferritspulenkörper zugeordnet sein. Alle Teilspulen können gleichgestaltet sein.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachfolgend anhand beigefügter Zeichnungen erläutert. Es zeigen

Fig. 1 eine schematische Schnittdarstellung eines nach dem Differenzprinzip arbeitenden Nähe­ rungsschalters,

Fig. 2 die bündige Einbaulage eines derartigen Nähe­ rungsschalters,

Fig. 3 die Platine einer Empfangsspule der Differenz­ spulenanordnung,

Fig. 4 ein weiteres Ausführungsbeispiel in einer Darstellung gemäß Fig. 1 und

Fig. 5 eine Schnittdarstellung gemäß der Linie V-V in Fig. 4.

Das in Fig. 1 dargestellte Ausführungsbeispiel ent­ spricht seinem Aufbau und seiner Schaltung nach demjeni­ gen Näherungsschalter, der von der DE 40 31 252 be­ schrieben wird, weshalb an dieser Stelle auf die dorti­ gen Ausführungen verwiesen wird.

Erfindungsgemäß wird eine oder beide der in der DE 40 31 252 mit den Bezugsziffern 12 und 13 bezeichneten Sensorspulen weitergebildet. Diese beiden Spulen sind die in der Fig. 1 mit den Bezugsziffern 2 und 3 bezeich­ neten Empfangsspulen. Die Empfangsspule 2 liegt unmit­ telbar hinter der aktiven Fläche 10. Rückwärtig der Empfangsspule 2 liegt auf einem Spulenkörper die Sende­ spule 4, die ein elektromagnetisches Wechselfeld er­ zeugt. Rückwärtig der Sendespule 4 liegt eine weitere Empfangsspule 3. Rückwärtig der Empfangsspule 3 liegt eine Platine 5 mit einer Auswerteschaltung.

Das von der Sendespule 4 abgestrahlte elektromagneti­ sche Wechselfeld wird in Radialrichtung von einem Dämp­ fungsring 13 gedämpft. Die axiale Erstreckung des Dämp­ fungsringes 13 erstreckt sich im Wesentlichen nur über die axiale Länge der Sendespule 2, so dass die beiden Empfangsspulen 2, 3 in Radialrichtung nicht abgeschirmt sind.

Zumindest die Empfangsspule 2, die antisymmetrisch zur Empfangsspule 3 geschaltet ist, besitzt einen Aufbau, wie sie die Fig. 3 zeigt.

Die Fig. 3 zeigt eine Platine 7, auf der vier Planarspu­ len 8 aufgebracht sind. Die Planarspulen bilden die Teilspulen, die zusammengeschaltet die Empfangsspule 2 ausbilden.

Die Planarspulen 8 haben einen spiralförmigen Aufbau. Sie sind über gestrichelt dargestellte, auf der Rücksei­ te der Platine verlaufende Leitverbindungen 9 derart miteinander verbunden, das sie in Reihe geschaltet sind und den gleichen Windungssinn besitzen.

Die Einbaustellung eines derartigen Näherungsschalters zeigt die Fig. 2. Dort ist mit der Bezugsziffer 6 ein Metallwinkel bezeichnet, in dessen Winkelschenkel das rechteckige Gehäuse des Näherungsschalters derart liegt, dass die aktive Fläche 10 bündig mit dem Winkel abschließt.

Mit herkömmlichen, bündig einbaubaren Näherungsschal­ tern mit einem Sensorflächendurchmesser von beispiels­ weise 40 mm, bei denen die gesamte Spulenanordnung in Radialrichtung abgeschirmt ist, lassen sich Schaltab­ stände bis etwa 20 mm erreichen. Bei nicht bündig ein­ baubaren Näherungsschaltern gleicher Größe, bei denen die Spulenanordnung nicht abgeschirmt ist, lassen sich dagegen Schaltabstände von bis zu 40 mm erreichen.

Mit der Anordnung, wie sie die Erfindung vorschlägt, lassen sich bündige Einbausituationen bei einem Sensor­ flächendurchmesser von beispielsweise 40 mm Schaltab­ stände bis zu 30 mm realisieren.

Auch bei dem zweiten Ausführungsbeispiel lässt sich durch die Aufteilung einer Spule der Schaltabstand im bündigen Einbau vergrößern. Dieses Ausführungsbeispiel betrifft einen induktiven Näherungsschalter, bei dem die Spule 12 Teil eines LC-Oszillators ist. Derartige induktive Näherungsschalter beschreibt beispielsweise die DE-AS 12 86 099. In den Zeichnungen sind der Konden­ sator und die zugeordneten, an sich bekannten Schal­ tungselemente fortgelassen worden.

Wesentlich ist, dass die unmittelbar hinter der aktiven Fläche 10 liegende Spule aus einer Vielzahl von Spulen­ wicklungen 12 besteht, die achsparallel nebeneinander­ liegen. Jede der Spulenwicklungen 12 sitzt auf einem ihr zugeordneten Ferritkern 11. Die derartig gebildeten Teilspulen 8 sind in der zuvor beschriebenen Weise in Reihe geschaltet. Sie sind untereinander baugleich.

Alle offenbarten Merkmale sind (für sich) erfindungswe­ sentlich. In die Offenbarung der Anmeldung wird hiermit auch der Offenbarungsinhalt der zugehörigen/beigefügten Prioritätsunterlagen (Abschrift der Voranmeldung) voll­ inhaltlich mit einbezogen, auch zu dem Zweck, Merkmale dieser Unterlagen in Ansprüche vorliegender Anmeldung mit aufzunehmen.

Claims (10)

1. Näherungsschalter mit einer mindestens eine Spule aufweisenden Spulenanordnung und dieser nachgeordneten Auswerteschaltung zur Gewinnung eines Schaltsignales, wenn sich ein Auslöser der Spulenanordnung auf den gewünschten Ansprechabstand nähert, dadurch gekennzeich­ net, dass die mindestens eine Spule von elektrisch in Reihe geschalteten, vorzugsweise achsparallel mit glei­ chem Windungssinn nebeneinander angeordneten Teilspulen (8) ausgebildet wird.

2. Näherungsschalter nach Anspruch 1 oder insbesondere danach, dadurch gekennzeichnet, dass die Teilspulen (8) auf einer Platine (7) angeordnete Planarspulen sind.

3. Näherungsschalter nach einem oder mehreren der vor­ hergehenden Ansprüche oder insbesondere danach, dadurch gekennzeichnet, dass die Teilspulen (8) zumindest eine der beiden Differenzspulen (2, 3) eines eine Sendespule (4) und zwei Differenzspulen (2, 3) aufweisende Nähe­ rungsschalters ausbilden.

4. Näherungsschalter nach einem oder mehreren der vor­ hergehenden Ansprüche oder insbesondere danach, dadurch gekennzeichnet, dass die zwischen den beiden Differenz­ spulen (2, 3) liegende Sendespule (4) mittels eines Dämpfungsrings (13) abgeschirmt ist.

5. Näherungsschalter nach einem oder mehreren der vor­ hergehenden Ansprüche oder insbesondere danach, dadurch gekennzeichnet, dass die von den Teilspulen (8) gebilde­ te Spule nicht abgeschirmt ist.

6. Näherungsschalter nach einem oder mehreren der vor­ hergehenden Ansprüche oder insbesondere danach, dadurch gekennzeichnet, dass die Teilspulen (8) insbesondere in einer Anzahl von vier symmetrisch in einer Ebene ange­ ordnet sind.

7. Näherungsschalter nach einem oder mehreren der vor­ hergehenden Ansprüche oder insbesondere danach, dadurch gekennzeichnet, dass der Durchmesser der Teilspulen erheblich kleiner ist, als der Durchmesser der aktiven Fläche (10), hinter welcher sie angeordnet sind.

8. Näherungsschalter nach einem oder mehreren der vor­ hergehenden Ansprüche oder insbesondere danach, dadurch gekennzeichnet, dass die von Teilspulen (8) ausgebilde­ te Spule der aktiven Fläche am nächsten liegt.

9. Näherungsschalter nach einem oder mehreren der vor­ hergehenden Ansprüche oder insbesondere danach, dadurch gekennzeichnet, dass die von den Teilspulen (8) ausge­ bildete Spule die Schwingkreisspule eines induktiven Näherungsschalters ist.

10. Näherungsschalter nach einem oder mehreren der vor­ hergehenden Ansprüche oder insbesondere danach, dadurch gekennzeichnet, dass den Teilspulen (8) jeweils ein Ferritspulenkörper (11) zugeordnet ist.