DE10057773B4

DE10057773B4 - Näherungsschalter

Info

Publication number: DE10057773B4
Application number: DE10057773.3A
Authority: DE
Inventors: Michael Faber
Original assignee: Werner Turck GmbH and Co KG
Current assignee: Werner Turck GmbH and Co KG
Priority date: 2000-11-22
Filing date: 2000-11-22
Publication date: 2021-05-27
Anticipated expiration: 2020-11-23
Also published as: DE10057773A1; US20020093406A1; US6853182B2

Abstract

Näherungsschalter mit einer mindestens eine Spule aufweisenden Spulenanordnung und dieser nachgeordneten Auswerteschaltung zur Gewinnung eines Schaltsignales bei einer Feldstärkenänderung, wenn sich ein Auslöser der Spulenanordnung auf den gewünschten Ansprechabstand nähert, wobei die mindestens eine Spule von elektrisch in Reihe geschalteten, achsparallel einander zugeordneten Teilspulen (8) ausgebildet wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Teilspulen (8) mit gleichem Windungssinn in Reihe geschaltet in einer gemeinsamen Ebene nebeneinander angeordnet sind.

Description

Die Erfindung betrifft einen Näherungsschalter gemäß Gattungsbegriff des Anspruchs 1.
Ein derartiger Näherungsschalter ist aus der DE 699 25 573 T2 vorbekannt. Der dort beschriebene Näherungsschalter besitzt eine Erregerspule mit einem rechteckigen Querschnitt, die eine große Spulenfläche aufweist. Oberhalb der Erregerspule sind kreuzweise angeordnete Spulenkerne angeordnet. Unterhalb der Erregerspule befinden sich der Anordnung des gekreuzten Kernes entsprechend zwei Differenzspulenpaare. Es handelt sich dabei jeweils um zwei in Reihe geschaltete Erfassungsspulen.
Die DE 198 50 749 C1 beschreibt einen induktiv arbeitenden Näherungsschalter mit einer Erregerspule und zwei Empfangsspulen, wobei die beiden Empfangsspulen mit entgegengesetztem Windungssinn in Reihe geschaltet sind und übereinanderliegend angeordnet sind.
Induktive Näherungsschalter lassen sich in zwei Gruppen aufteilen. Es gibt sogenannte nicht bündig einbaubare Näherungsschalter, die bezogen auf den Gerät- und damit Spulendurchmesser, den größtmöglichen 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 Schaltfähigkeit. Der Vorteil an derartigen nicht bündig einbaubaren Näherungsschaltern ist ihr großer Schaltabstand.
Daneben gibt es bündig einbaubare Näherungsschalter. Bei diesen Näherungsschaltern sorgt eine interne Abschirmung des Spulensystems für eine Unempfindlichkeit gegenüber benachbart zum Näherungsschalter angeordnete Metallmassen. Diese Fehlbeeinflussungssicherung wird mit dem Nachteil erkauft, dass ihr Schaltabstand erheblich geringer ist gegenüber den nicht bündigen Näherungsschaltern.
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 Differenzspannung induziert, die an den Eingang eines Oszillatorverstärkers zurückgeführt wird. Diese Spannung wird gerade dann zur Null, wenn das Erfassungsobjekt sich genau in dem gewünschten Schaltabstand befindet. Die Spulenkombination muss hinsichtlich ihrer Windungszahl und ihrer räumlichen Lage auf den Schaltpunkt abgestimmt werden. Bei einem Näherungsschalter dieser Art ändert der Oszillator seinen Schwingungszustand sprunghaft, was eine Auswerteschaltung detektiert.
Des Weiteren sind im Stand der Technik induktive Näherungsschalter 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 Wirbelströme. Diese entziehen dem Oszillator Energie. Dies führt zu einer Reduzierung der Schwingungsamplitude des Oszillators. Dies wird von der Auswerteschaltung detektiert.
Allen vorbeschriebenen Näherungsschaltern ist das Problem gemein, dass die Anordnung in der Nähe von Metallmassen (bündiger Einbau) eine Abschirmung der Spulenanordnung bedarf, was den Nachteil mit sich bringt, dass der Schaltabstand sinkt.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, Mittel vorzusehen, diesem Nachteil entgegenzuwirken.
Gelöst wird die Aufgabe durch die in den Ansprüchen angegebene Erfindung.
Der Anspruch 1 schlägt vor, dass die Spule, die von einer Mehrzahl elektrisch in Reihe geschalteten achsparallel nebeneinander angeordneten Teilspulen ausgebildet ist, unmittelbar hinter der aktiven Fläche liegt, wobei der Windungssinn der Teilspulen gleichsinnig ist. Diese Anordnung bringt den überraschenden Vorteil, dass zumindest diese Spule nicht mehr abgeschirmt werden braucht. Trotzdem kann ein so ausgestatteter Näherungsschalter in der unmittelbaren Nachbarschaft (bündige Einbaulage) zu Metallmassen betrieben 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 geringer ist, als bei einer großen Spule. Anstatt einer großen Spule werden mehrere Spulen mit einem kleineren Durchmesser verwendet. In einer Weiterbildung der Erfindung 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 zumindest eine der beiden Differenzspulen eines eine Sendespule und zwei Differenzspulen aufweisenden Näherungsschalters 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 vorteilhaft. Der Durchmesser der Teilspulen ist erheblich kleiner, als der Durchmesser der aktiven Fläche. Die Spule, die von den mehreren Teilspulen ausgebildet wird, soll der aktiven Fläche am nächsten liegen. In einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass die aus mehreren Teilspulen bestehende Spule die Schwingkreisspule eines induktiven Näherungsschalters ist. Bei dieser Lösung kann jeder Teilspule ein individueller Ferritspulenkörper zugeordnet sein. Alle Teilspulen können gleichgestaltet sein.
Ausführungsbeinspiele der Erfindung werden nachfolgend anhand beigefügter Zeichnungen erläutert. Es zeigen:

1 eine schematische Schnittdarstellung eines nach dem Differenzprinzip arbeitenden Näherungsschalters,
2 die bündige Einbaulage eines derartigen Näherungsschalters,
3 die Platine einer Empfangsspule der Differenzspulenanordnung,
4 ein weiteres Ausführungsbeispiel in einer Darstellung gemäß 1 und
5 eine Schnittdarstellung gemäß der Linie V-V in 4.

Das in 1 dargestellte Ausführungsbeispiel entspricht seinem Aufbau und seiner Schaltung nach demjenigen Näherungsschalter, der von der DE 40 31 252 beschrieben wird, weshalb an dieser Stelle auf die dortigen 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 1 mit den Bezugsziffern 2 und 3 bezeichneten Empfangsspulen. Die Empfangsspule 2 liegt unmittelbar hinter der aktiven Fläche 10. Rückwärtig der Empfangsspule 2 liegt auf einem Spulenkörper die Sendespule 4, die ein elektromagnetisches Wechselfeld erzeugt. 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 elektromagnetische Wechselfeld wird in Radialrichtung von einem Dämpfungsring 13 gedämpft. Die axiale Erstreckung des Dämpfungsringes 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 3 zeigt.
Die 3 zeigt eine Platine 7, auf der vier Planarspulen 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 Rückseite 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 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 Näherungsschaltern mit einem Sensorflächendurchmesser von beispielsweise 40 mm, bei denen die gesamte Spulenanordnung in Radialrichtung abgeschirmt ist, lassen sich Schaltabstände bis etwa 20 mm erreichen. Bei nicht bündig einbaubaren 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 Sensorflächendurchmesser von beispielsweise 40 mm Schaltabstände 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 Kondensator und die zugeordneten, an sich bekannten Schaltungselemente fortgelassen worden.
Wesentlich ist, dass die unmittelbar hinter der aktiven Fläche 10 liegende Spule aus einer Vielzahl von Spulenwicklungen 12 besteht, die achsparallel nebeneinanderliegen. 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.

Claims

Näherungsschalter mit einer mindestens eine Spule aufweisenden Spulenanordnung und dieser nachgeordneten Auswerteschaltung zur Gewinnung eines Schaltsignales bei einer Feldstärkenänderung, wenn sich ein Auslöser der Spulenanordnung auf den gewünschten Ansprechabstand nähert, wobei die mindestens eine Spule von elektrisch in Reihe geschalteten, achsparallel einander zugeordneten Teilspulen (8) ausgebildet wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Teilspulen (8) mit gleichem Windungssinn in Reihe geschaltet in einer gemeinsamen Ebene nebeneinander angeordnet sind.
Näherungsschalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Teilspulen (8) auf einer Platine (7) angeordnete Planarspulen sind.
Näherungsschalter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Teilspulen (8) zumindest eine der beiden Differenzspulen (2, 3) eines eine Sendespule (4) und zwei Differenzspulen (2, 3) aufweisenden Näherungsschalters ausbilden.
Näherungsschalter nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass eine zwischen den beiden Differenzspulen (2, 3) liegende Sendespule (4) mittels eines Dämpfungsrings (13) abgeschirmt ist.
Näherungsschalter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die von den Teilspulen (8) gebildete Spule nicht abgeschirmt ist.
Näherungsschalter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Teilspulen (8) insbesondere in einer Anzahl von vier symmetrisch in einer Ebene angeordnet sind.
Näherungsschalter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Durchmesser der Teilspulen erheblich kleiner ist, als der Durchmesser der aktiven Fläche (10), hinter welcher sie angeordnet sind.
Näherungsschalter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die von Teilspulen (8) ausgebildete Spule der aktiven Fläche am nächsten liegt.
Näherungsschalter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die von den Teilspulen (8) ausgebildete Spule die Schwingkreisspule eines induktiven Näherungsschalters ist.
Näherungsschalter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass den Teilspulen (8) jeweils ein Ferritspulenkörper (11) zugeordnet ist.