DE102004032258A1

DE102004032258A1 - Induktiver Näherungssensor

Info

Publication number: DE102004032258A1
Application number: DE102004032258A
Authority: DE
Inventors: Norbert Schröder; Carsten Elschner
Original assignee: Balluff GmbH
Current assignee: Balluff GmbH
Priority date: 2004-06-11
Filing date: 2004-07-03
Publication date: 2006-01-05
Anticipated expiration: 2024-07-04
Also published as: DE102004032258B4

Abstract

Um einen induktiven Näherungssensor, umfassend eine Sensorspuleneinrichtung zur Detektion eines metallischen Targets und eine Referenzspuleneinrichtung mit mindestens einer Spule, so zu verbessern, daß er universell einsetzbar ist, ist vorgesehen, daß die Referenzspuleneinrichtung und die Sensorspuleneinnrichtung so angeordnet und so ausgebildet sind, daß eine definierte Differenz des Bedämpfungseinflusses einer metallischen Umgebungseinrichtung auf die Sensorspuleneinrichtung und die Referenzspuleneinrichtung eingestellt ist, mindestens wenn die Sensorspuleneinrichtung und die Referenzspuleneinrichtung in einer bestimmten Position zu der Umgebungseinrichtung sind, und daß der Einfluß der Umgebungseinrichtung auf ein Sensorausgangssignal eliminiert ist.

Description

Die Erfindung betrifft einen induktiven Näherungssensor, umfassend eine Sensorspuleneinrichtung zur Detektion eines metallischen Targets und eine Referenzspuleneinrichtung mit mindestens einer Spule.
Die Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zum Abgleichen eines induktiven Näherungssensors, welcher eine Referenzspuleneinrichtung und eine Sensorspuleneinrichtung umfaßt, wobei diese gegenüber einer metallischen Umgebungseinrichtung nicht abgeschirmt sind.

Aus der DE 196 11 810 C2 ist ein berührungslos arbeitender Näherungsschalter mit einem durch von außen herangeführte Gegenstände beeinflußten Schwingkreis und mit einer Auswerteeinrichtung zur Gewinnung eines Schaltsignals aus einem die Änderung des Schwingungszustandes des Schwingkreises beschreibenden Ausgangssignal bekannt, wobei der Schwingkreis eine Schwingkreisbrücke mit wenigstens zwei Kondensatoren und wenigstens zwei durch die von außen herangeführten Gegenstände unterschiedlich beeinflußbaren Spulen ist. In der Auswerteeinrichtung wird aus der Brückendiagonalspannung und der Eingangsspannung der Schwingkreisbrücke die Brückenübertragungsfunktion gebildet, deren Realteil unabhängig vom Imaginärteil zur Gewinnung des Schaltsignals dient.

Durch die unterschiedlich beeinflußbaren Spulen ist eine Sensorspuleneinrichtung und eine Referenzspuleneinrichtung gebildet.

Bei induktiven Näherungssensoren ist die Beeinflussung des Schwingkreises abhängig von elektromagnetischen Eigenschaften des metallischen Targets, welches zu detektieren ist. Beispielsweise bedämpfen ferromagnetische Metalle den Schwingkreis stärker, da zusätzliche Energieverluste durch die Umpolung des remanenten Magnetfelds entstehen. Bei paramagnetischen Metallen wird der Schwingkreis weniger stark bedämpft, jedoch wird die Schwingkreisinduktivität wesentlich stärker verändert (insbesondere reduziert) als bei ferromagnetischen Metallen.

Durch das Vorsehen einer Sensorspuleneinrichtung und einer Referenzspuleneinrichtung läßt sich ein Näherungssensor realisieren, welcher mindestens bezüglich eines Schaltabstands oder eines Schaltabstandsbereiches die gleiche Empfindlichkeit gegenüber einem Gegenstand aus einem ferromagnetischen Material und nicht-ferromagnetischen Material aufweist ("Faktor 1"-Näherungssensor).

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen induktiven Näherungssensor der eingangs genannten Art so zu verbessern, daß er universell einsetzbar ist.

Diese Aufgabe wird bei dem eingangs genannten induktiven Näherungssensor erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Referenzspuleneinrichtung und die Sensorspuleneinrichtung so angeordnet und so ausgebildet sind, daß eine definierte Differenz des Bedämpfungseinflusses einer metallischen Umgebungseinrichtung auf die Sensorspuleneinrichtung und die Referenzspuleneinrichtung eingestellt ist, mindestens wenn die Sensorspuleneinrichtung und die Referenzspuleneinrichtung in einer bestimmten Position zu der Umgebungseinrichtung sind, und daß der Einfluß der Umgebungseinrichtung auf ein Sensorausgangssignal eliminiert ist.

Eine metallische Umgebungseinrichtung beeinflußt die Sensorspuleneinrichtung und die Referenzspuleneinrichtung, wenn diese nicht abgeschirmt sind. Die Umgebungseinrichtung kann beispielsweise Teil einer Anwendung sein oder selber Teil des Näherungssensors sein. Wenn die Bedämpfungseinflußdifferenz (bezogen auf die Sensorspuleneinrichtung und die Referenzspuleneinrichtung) definiert eingestellt wird und der entsprechende Differenzwert bekannt ist, dann läßt sich der Bedämpfungseinfluß der metallischen Umgebungseinrichtung hardwaremäßig und/oder softwaremäßig eliminieren, so daß ein Sensorausgangssignal von der metallischen Umgebungseinrichtung nicht beeinflußt wird.

Das Sensorausgangssignal ist dabei ein Signal, welches von einer Auswerteeinrichtung abgegeben wird. Die Auswerteeinrichtung kann intern in einem Gehäuse des induktiven Näherungssensors angeordnet sein oder extern. Das Sensorausgangssignal ist beispielsweise ein Schaltsignal oder ein analoges (Abstands-)Signal.

Beispielsweise kann durch entsprechende Anordnung und Ausbildung der Referenzspuleneinrichtung die Bedämpfungseinflußdifferenz auf im wesentlichen Null gestellt werden, so daß der Bedämpfungseinfluß der Umgebungseinrichtung auf die Sensorspuleneinrichtung und die Referenzspuleneinrichtung kompensiert ist. Für einen solchen Näherungssensor ist dann die metallische Umgebungseinrichtung "unsichtbar", so daß diese das Detektionsergebnis für den eigentlichen Meßgegenstand, nämlich das metallische Target, im wesentlichen nicht beeinflußt.

Bei definiert eingestelltem Bedämpfungseinflußdifferenzwert ist es auch grundsätzlich möglich, daß in einer Auswerteeinrichtung des Näherungssensors beispielsweise eine softwaremäßige Kompensation erfolgt, um so den Einfluß der metallischen Umgebungseinrichtung zu eliminieren.

Erfindungsgemäß wird ein Näherungssensor bereitgestellt, welcher bezogen auf ein Sensorsignal ein zu detektierendes metallisches Target "sieht", während eine metallische Umgebungseinrichtung "unsichtbar" ist.

Insbesondere sind die Sensorspuleneinrichtung und die Referenzspuleneinrichtung so angeordnet und so ausgebildet, daß die Umgebungseinrichtung eine definierte Signaländerungsdifferenz zwischen der Sensorspuleneinrichtung und der Referenzspuleneinrichtung bewirkt. Das metallische Target beeinflußt die Sensorspuleneinrichtung und die Referenzspuleneinrichtung und es werden entsprechende Signale erzeugt. Die Umgebungseinrichtung beeinflußt die Sensorspuleneinrichtung und die Referenzspuleneinrichtung ebenfalls. Wenn die Signaländerungsdifferenz aufgrund der Beeinflussung durch die Sensorspuleneinrichtung und die Referenzspuleneinrichtung bekannt ist, dann läßt sich dadurch die Beeinflussung aufgrund des metallischen Targets (als eigentlichen Meßgegenstand) ermitteln. Insbesondere ist es vorgesehen, daß die Signaländerungsdifferenz auf im wesentlichen Null eingestellt wird, so daß Änderungen im Sensorsignal des Näherungssensors allein aufgrund von Abstandsänderungen des metallischen Targets zu einer aktiven Sensorfläche bestimmt sind und die Abstandsänderungen ermittelbar sind.

Insbesondere sind die Sensorspuleneinrichtung und die Referenzspuleneinrichtung so angeordnet und ausgebildet, daß die Umgebungseinrichtung eine definierte Induktivitätsänderungsdifferenz zwischen der Sensorspuleneinrichtung und der Referenzspuleneinrichtung bewirkt. Der wesentliche Bedämpfungseinfluß der metallischen Umgebungseinrichtung ist eine Induktivitätsänderung an der Sensorspuleneinrichtung und eine Induktivitätsänderung an der Referenzspuleneinrichtung. Der Bedämpfungseinfluß führt auch zu einer (direkten) Güteänderung, wobei die Induktivitätsänderung einen weiteren (in der Regel größeren) Beitrag in der Güteänderung darstellt. Wenn die Differenz dieser Induktivitätsänderungen definiert eingestellt wird und insbesondere auf im wesentlichen Null eingestellt wird, dann läßt sich der Einfluß der metallischen Umgebungseinrichtung auf das Sensorsignal eliminieren. (Bei einem Differenzwert, welcher ungleich Null ist, der jedoch bekannt ist, kann grundsätzlich beispielsweise softwaremäßig und/oder schaltungstechnisch der Einfluß aus dem Sensorsignal eliminiert werden.)

Wenn die Einstellung derart ist, daß die Bedämpfungsänderungen nicht gleich oder näherungsweise gleich sind (d.h. die Bedämpfungsänderungsdifferenz zwischen Sensorspuleneinrichtung und Referenzspuleneinrichtung nicht verschwindet), dann ist günstigerweise eine Auswerteeinrichtung vorgesehen, welche ein Sensorausgangssignal erzeugt, in dem der unterschiedliche Bedämpfungseinfluß auf die Sensorspuleneinrichtung und die Referenzspuleneinrichtung durch Berücksichtigung der bekannten Bedämpfungseinflußdifferenz herausgerechnet ist. Durch die Vorgabe der definierten Bedämpfungseinflußdifferenz kann die Auswerteeinrichtung aus den Signalen, die sie erhält, den unterschiedlichen Bedämpfungseinfluß herausrechnen und ein Sensorausgangssignal erzeugen, welches um den unterschiedlichen Bedämpfungseinfluß "bereinigt" ist, das heißt es läßt sich eine softwaremäßige Kompensation durchführen. Wenn die Bedämpfungseinflußdifferenz Null ist, ist eine solche Kompensation nicht notwendig.

Die Bedämpfungseinflußdifferenz läßt sich über die Anordnung der Referenzspuleneinrichtung in einem Gehäuse und/oder die Fläche der mindestens einen Spule der Referenzspuleneinrichtung und/oder die Windungszahl der mindestens einen Spule der Referenzspuleneinrichtung einstellen. Auch weitere Einstellungsmöglichkeiten können vorgesehen sein.

Über Abstand und/oder Winkellage der mindestens einen Spule der Referenzspuleneinrichtung zu einer Gehäuseseite läßt sich der Bedämpfungseinfluß der Umgebungseinrichtung auf die Referenzspuleneinrichtung einstellen und dadurch wiederum die Bedämpfungseinflußdifferenz definiert einstellen.

Es kann beispielsweise auch vorgesehen sein, daß um die mindestens eine Spule der Referenzspuleneinrichtung mindestens eine Leiterbahnschleife angeordnet ist. Diese kann eine Kurzschlußwindung bilden, über die eine Induktivitätseinstellung für die Referenzspuleneinrichtung möglich ist.

Es ist dann vorteilhaft, wenn ein Abgleichswiderstand in Reihe mit der mindestens einen Leiterbahnschleife geschaltet ist. Dadurch ergibt sich eine weitere Einstellungsmöglichkeit. Es kann dabei auch vorgesehen sein, daß der Abgleichswiderstand extern beeinflußbar ist, um so extern, beispielsweise über einen Teach-In-Vorgang, die Induktivität der Referenzspuleneinrichtung einzustellen und damit wiederum die Induktivitätsänderung aufgrund der Umgebungseinrichtung einstellen zu können. Dadurch wiederum läßt sich die Bedämpfungseinflußdifferenz einstellen.

Es kann auch vorgesehen sein, daß die mindestens eine Spule der Referenzspuleneinrichtung teilweise abgedeckt und/oder abgeschirmt ist und dabei insbesondere zu einer Umgebungseinrichtung hin abgeschirmt ist. Beispielsweise ist die entsprechende Abdeckungseinrichtung oder Abschirmungseinrichtung zu einer Montageseite des Näherungssensors hin angeordnet. Dadurch läßt sich wiederum die Induktivität der Referenzspuleneinrichtung definiert einstellen, um so wiederum die Induktivitätsänderung einstellen zu können und die Bedämpfungseinflußdifferenz.

Beispielsweise ist an einem Träger für die mindestens eine Spule der Referenzspuleneinrichtung eine Metallschicht angeordnet, um so für eine Abdeckung bzw. Abschirmung zu sorgen.

Es kann auch vorgesehen sein, daß eine Abdeckung oder Abschirmung verschieblich ist. Insbesondere ist diese Abdeckung oder Abschirmung von außerhalb eines Gehäuses des induktiven Näherungssensors feststellbar positionierbar. Dadurch läßt sich, je nach Positionierung der Abdeckung bzw. Abschirmung, der Bedämpfungseinfluß der Umgebungseinrichtung einstellen und somit die Bedämpfungseinflußdifferenz einstellen. Die Einstellung kann beispielsweise während eines Teach-in-Vorgangs erfolgen.

Ganz besonders vorteilhaft ist es, wenn die Sensorspuleneinrichtung und die Referenzspuleneinrichtung in einer Differenzschaltung angeordnet sind und/oder eine Differenzauswertung von Signalen der Referenzspuleneinrichtung und der Sensorspuleneinrichtung erfolgt. Dadurch läßt sich die Referenzspuleneinrichtung eben als Referenz nutzen, um so beispielsweise einen Faktor 1-Näherungsschalter zu realisieren.

Die Sensorspuleneinrichtung und die Referenzspuleneinrichtung können dazu in einer Brückenschaltung angeordnet sein wie beispielsweise einer L-C-Brückenschaltung oder in einer L-R-Brückenschaltung, wie sie in der nicht vorveröffentlichten deutschen Patentanmeldung Nr. 10 2004 020 978.2 vom 22. April 2004 beschrieben ist.

Es ist möglich, daß die metallische Umgebungseinrichtung Teil des Näherungssensors ist und dabei insbesondere einen nichtabschirmenden Teil eines Gehäuses des Näherungssensors bildet.

Es kann auch vorgesehen sein, daß die metallische Umgebungseinrichtung eine Montagebasis für den Näherungssensor bildet. Die metallische Umgebungseinrichtung ist dann Teil einer Anwendung, wie beispielsweise ein Maschinenteil, an dem der Näherungssensor zu montieren ist.

Um eine unterschiedliche Beeinflussung der Sensorspuleneinrichtung und der Referenzspuleneinrichtung durch das metallische Target (als eigentlicher Meßgegenstand) zu erzielen, sind diese vorzugsweise zueinander beabstandet.

Es kann vorgesehen sein, daß die Sensorspuleneinrichtung und die Referenzspuleneinrichtung parallel beabstandet sind. Es läßt sich dann ein flacher Näherungssensor realisieren.

Es ist auch möglich, daß die Sensorspuleneinrichtung und die Referenzspuleneinrichtung oder eine oder mehrere Spulen der Referenzspuleneinrichtung in einem Winkel zueinander angeordnet sind. Dies kann für bestimmte Anwendungen vorteilhaft sein. Beispielsweise läßt sich dadurch ein Näherungssensor realisieren, welcher mehr als eine Montageseite aufweist.

Es ist dann günstig, wenn die mindestens eine Spule der Referenzspuleneinrichtung in einem Winkel zu einer Montageseite des Näherungssensors angeordnet ist. Je nach Montageseite kann dann die Referenzspuleneinrichtung durch die Umgebungseinrichtung beeinflußt werden, wobei der definierte Differenzwert eingestellt ist.

Universelle Einsatzmöglichkeiten ergeben sich, wenn mindestens zwei Montageseiten vorgesehen sind.

Günstigerweise ist die Referenzspuleneinrichtung bezogen auf eine aktive Sensorfläche hinter der Sensorspuleneinrichtung angeordnet. Die Sensorspuleneinrichtung dient zur Detektion des metallischen Targets, um beispielsweise eine Schaltfunktion bereitzustellen. Damit hier eine große Empfindlichkeit vorliegt, sollte sie in der Nähe eines aktiven Sensorendes angeordnet sein.

Aus dem gleichen Grund ist es günstig, wenn die Sensorspuleneinrichtung bezogen auf eine Montageseite des Näherungssensors (in Richtung von der Montageseite zu der Sensorspuleneinrichtung) vor der Referenzspuleneinrichtung angeordnet ist.

Es kann auch vorgesehen sein, daß die Sensorspuleneinrichtung seitlich zu der Referenzspuleneinrichtung angeordnet ist.

Bei einer Ausführungsform ist es vorgesehen, daß die Referenzspuleneinrichtung mindestens teilweise zwischen einem Schaltungsträger und der Sensorspuleneinrichtung angeordnet ist. Dadurch ergibt sich eine leichte Herstellbarkeit. Beispielsweise ist es dadurch auch möglich, die relative Position der Referenzspuleneinrichtung in einem Gehäuse zu ändern, um so auch extern den Bedämpfungseinfluß ändern zu können.

Es ist auch möglich, daß die Referenzspuleneinrichtung mindestens teilweise auf einem Schaltungsträger angeordnet ist. Dadurch erleichtert sich die Montage, da sich die Referenzspuleneinrichtung integral auf dem Schaltungsträger (welcher die weiteren Komponenten eines Schwingkreises und eine Auswerteeinrichtung trägt) herstellen läßt.

Weitere Einstellungsmöglichkeiten ergeben sich, wenn die Referenzspuleneinrichtung eine Mehrzahl von Spulen umfaßt. Dadurch ergeben sich Einstellungsmöglichkeiten für die Gesamt-Spulenfläche, die Windungszahlen, die geometrische Anordnung usw. Ferner ist eine Anpassung an bestimmte Anwendungen möglich.

Es können dabei mehrere Spulen in einer Ebene angeordnet sein oder unterschiedliche Spulen auch in unterschiedlichen Ebenen angeordnet sein.

Insbesondere sind dann Spulen der Referenzspuleneinrichtung in Reihe geschaltet, um so eine Gesamtinduktivität für die Referenzspuleneinrichtung bereitzustellen. Auch eine zumindest partielle Parallelschaltung ist grundsätzlich möglich.

Es ist auch möglich, daß Spulen der Referenzspuleneinrichtung zu unterschied lichen Seiten des Näherungssensors ausgerichtet sind. Dies kann für bestimmte Anwendungen vorteilhaft sein, beispielsweise für Anwendungen, bei denen der Näherungssensor bündig in eine Ausnehmung oder dergleichen eingebaut wird.

Für bestimmte Anwendungen ist es vorteilhaft, wenn die mindestens eine Spule der Referenzspuleneinrichtung mit ihrer Windungsachse im wesentlichen parallel zu einer Sensorachse angeordnet ist; insbesondere dann, wenn die Sensorspuleneinrichtung und die Referenzspuleneinrichtung parallel zueinander ausgerichtet sind und eine Montageseite einer aktiven Sensorfläche parallel gegenüberliegt.

Ein Näherungssensor mit kleinen Abmessungen läßt sich realisieren, wenn die mindestens eine Spule der Referenzspuleneinrichtung eine Flachspule ist. Gleiches gilt grundsätzlich auch, wenn die Spule oder Spulen der Sensorspuleneinrichtung Flachspulen sind.

Durch die erfindungsgemäße Lösung läßt sich ein Näherungssensor mit einem quaderförmigen Gehäuse realisieren.

Insbesondere ist das Gehäuse nichtabschirmend ausgebildet. Es läßt sich beispielsweise aus einem Kunststoffmaterial herstellen. Dadurch wiederum ist die Herstellung vereinfacht und die Herstellungskosten sind verringert.

Es kann vorgesehen sein, daß die Bedämpfungsbeeinflussung der Referenzspuleneinrichtung extern einstellbar ist. Ein Nutzer kann dann den Näherungssensor an einer Anwendung so anpassen, daß die metallische Umgebungseinrichtung für den Näherungssensor bezogen auf ein Sensorsignal "unsichtbar" ist. Dies kann beispielsweise im Rahmen eines Teach-In-Vorgangs erfolgen.

Es ist beispielsweise möglich, die Position der Referenzspuleneinrichtung in einem Gehäuse einzustellen, um eine externe Einstellung der Bedämpfungsbeeinflussung zu ermöglichen.

Es ist auch denkbar, daß die magnetischen Eigenschaften der mindestens einen Spule der Referenzspuleneinrichtung über die Einstellung einer Position eines Spulenkerns einstellbar sind. Beispielsweise ist der Spulenkern als Ferritkern stiftförmig ausgebildet und seine Stellung ist feststellbar variierbar. Je nach Stellung wiederum ergeben sich unterschiedliche Induktivitätswerte für die Spule oder Spulen. Es ist dann wiederum der Bedämpfungseinfluß einstellbar und dadurch die Bedämpfungseinflußdifferenz.

Insbesondere ist der Näherungssensor als Faktor 1-Schalter ausgebildet, d. h. als Schalter, bei dem das Detektionsergebnis mindestens bezogen auf einen bestimmten Schaltabstand und einen bestimmten Schaltabstandsbereich unabhängig vom Material des metallischen Targets ist.

Der erfindungsgemäße Näherungssensor umfaßt mindestens einen Schwingkreis, welcher durch Annäherung des Targets beeinflußbar ist; der mindestens eine Schwingkreis ist mittels der Sensorspuleneinrichtung und der Referenzspuleneinrichtung gebildet. Beispielsweise umfaßt ein Schwingkreis die Sensorspuleneinrichtung und die Referenzspuleneinrichtung oder es sind zwei getrennte, aber aneinander gekoppelte Schwingkreise vorgesehen, wobei der eine die Sensorspuleneinrichtung umfaßt und der andere die Referenzspuleneinrichtung.

Günstigerweise weist die Referenzspuleneinrichtung eine kleinere Spulenfläche auf als die Sensorspuleneinrichtung. Dadurch ergibt sich ein gutes Nutzsignal.

Der Erfindung liegt ferner die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der eingangs genannten Art bereitzustellen, um ein Sensorausgangssignal zu erhalten, welches im wesentlichen unbeeinflußt von der metallischen Umgebungseinrichtung ist.

Dies wird bei dem eingangs genannten Verfahren erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Referenzspuleneinrichtung so modifiziert wird oder eine Signalauswertung durch eine Auswerteeinrichtung so eingestellt wird, daß ein unterschiedlicher Bedämpfungseinfluß der Umgebungseinrichtung auf die Sensorspuleneinrichtung und die Referenzspuleneinrichtung bezogen auf ein Sensorausgangssignal im wesentlichen eliminiert ist.

Es ist dann der unterschiedliche Bedämpfungseinfluß im wesentlichen kompensiert, so daß für ein Differenzsignal der Sensorspuleneinrichtung und der Referenzspuleneinrichtung die metallische Umgebungseinrichtung im wesentlichen "unsichtbar" ist. Die Kompensation kann direkt am Bedämpfungseinfluß erfolgen, so daß Signale der Sensorspuleneinrichtung und Referenzspuleneinrichtung im wesentlichen gleich beeinflußt sind, oder die Kompensation kann rechnerisch durch die Auswerteeinrichtung erfolgen.

Der Abgleich wird insbesondere dann durchgeführt, wenn die Sensorspuleneinrichtung in einer bestimmten Position zur metallischen Umgebungseinrichtung ist. Beispielsweise ist der abzugleichende induktive Näherungssensor an der metallischen Umgebungseinrichtung montiert.

Die Modifikation des Bedämpfungseinflusses kann durch Positionierung der Referenzspuleneinrichtung an einem Gehäuse und/oder Einstellung der Induktivität der Referenzspuleneinrichtung und/oder Einstellung der Abdeckung oder Abschirmung einer oder mehrerer Spulen der Referenzspuleneinrichtung erfolgen. Es läßt sich beispielsweise in einem Teach-In-Vorgang die Referenzspuleneinrichtung so beeinflussen, daß ein bestimmter Bedämpfungseinfluß der metallischen Umgebungseinrichtung eingestellt wird, und zwar derart, daß dieser Bedämpfungseinfluß sich mit dem Bedämpfungseinfluß auf die Sensorspuleneinrichtung kompensiert. Die Referenzspuleneinrichtung ist dazu vorzugsweise von außen modifizierbar, indem beispielsweise deren Position innerhalb eines Gehäuses feststellbar einstellbar ist und/oder die Induktivität einstellbar ist und/oder die Abdeckung bzw. Abschirmung einstellbar ist. Die entsprechenden Einstellungsparameter werden dann modifiziert, bis man eine Kompensation der Bedämpfungseinflüsse erhält.

Die nachfolgende Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen dient im Zusammenhang mit der Zeichnung der näheren Erläuterung der Erfindung. Es zeigen:
1 eine schematische Darstellung eines ersten Ausführungsbeispiels eines Näherungssensors, welcher auf einer Metallplatte montiert ist;
2 ein zweites Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Näherungssensors;
3 ein drittes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Näherungssensors;
4 ein viertes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Näherungssensors;
5 ein Ausführungsbeispiel einer Leiterschleife (Kurzschlußspule), welche um eine Spule einer Referenzspuleneinrichtung angeordnet ist und
6 eine seitliche Schnittansicht eines Spulenträgers.
Ein erstes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Näherungssensors, welches in 1 schematisch gezeigt und dort als Ganzes mit 10 bezeichnet ist, umfaßt ein Gehäuse 12. In diesem Gehäuse 12 ist eine Sensorspuleneinrichtung 14 angeordnet. Diese Sensorspuleneinrichtung 14 weist mindestens eine Spule auf, welche beispielsweise als Flachspule ausgebildet ist, die auf einem Träger 16 angeordnet ist. Die Sensorspuleneinrichtung 14 dient zur Detektion eines metallischen Targets 18. Beispielsweise ist der Näherungssensor 10 als Näherungsschalter ausgebildet, welcher ein Schaltsignal liefert, wenn das Target 18 einen bestimmten Schaltabstand (Abstand zwischen einer aktiven Sensorfläche 20 und dem Target 18) erreicht hat.
Der Näherungssensor 10 ist ein induktiver Näherungssensor. Seine Funktion beruht auf der Wechselwirkung des metallischen Targets 18 mit dem elektromagnetischen Wechselfeld des Näherungssensors 10. In dem Target 18, welches ein metallisches Bedämpfungsmaterial ist, werden durch das elektromagnetische Wechselfeld Wirbelströme induziert, die dem Wechselfeld Energie entziehen. Dadurch wird unter anderem die Höhe der Schwingungsamplitude in einem Oszillator des Näherungssensors 10 reduziert. Diese Änderung wiederum kann ausgewertet werden.
Das Gehäuse 12 ist nichtabschirmend ausgebildet. Beispielsweise ist das Gehäuse 12 aus einem Kunststoffmaterial hergestellt. Es ist auch grundsätzlich möglich, daß das Gehäuse 12 metallische Teile aufweist, welche nicht geschlossen sind, so daß die Sensorspuleneinrichtung 14 nicht abgeschirmt ist und insbesondere nicht nach hinten bezüglich einer Gehäuseseite 22 abgeschirmt ist, welche der aktiven Sensorfläche 20 gegenüberliegt.
Das Gehäuse 12 ist beispielsweise quaderförmig mit einem rechteckförmigen Querschnitt ausgebildet.
In dem Gehäuse 12 ist beabstandet zu der Sensorspuleneinrichtung 14 eine Referenzspuleneinrichtung 24 angeordnet. Die Referenzspuleneinrichtung 24 ist parallel zu der Sensorspuleneinrichtung 14 ausgerichtet und weist beispielsweise eine (Referenz-)Spule auf. Die Spulenachsen der Sensorspuleneinrichtung 14 und der Referenzspuleneinrichtung 24 sind parallel ausgerichtet und liegen im wesentlichen parallel zu einer Sensorachse 26.
Die Sensorachse 26 steht dabei im wesentlichen senkrecht zu der aktiven Sensorfläche 20 und die Abstandsrichtung zwischen dem Target 18 und dem Näherungssensor 10 ist parallel zur Sensorachse 26.
Die Referenzspuleneinrichtung 24 liegt bezogen auf die aktive Sensorfläche 20 hinter der Sensorspuleneinrichtung 14.
Die Fläche der Spule der Referenzspuleneinrichtung 24 ist kleiner als die Fläche der Spule der Sensorspuleneinrichtung 14.
Die Referenzspuleneinrichtung 24 weist einen anderen Abstand zu dem Target 18 als die Sensorspuleneinrichtung 14 auf. Mittels der Referenzspuleneinrichtung 24 läßt sich ein Näherungssensor bzw. Näherungsschalter realisieren, welcher die gleiche Empfindlichkeit gegenüber einem Gegenstand aus einem ferromagnetischen und nicht-ferromagnetischen Material aufweist ("Faktor 1"-Näherungssensor). Die Sensorspuleneinrichtung 14 und die Referenzspuleneinrichtung 24 sind dazu in einer Differenzschaltung geschaltet und/oder es wird eine Differenzauswertung von entsprechenden Spulensignalen vorgenommen.
Weitere Schaltungskomponenten des Näherungssensors 10 und insbesondere eine Auswertungseinrichtung sind auf einem Schaltungsträger 28 angeordnet, welcher in dem Gehäuse 12 sitzt. Bei dem gezeigten Ausführungsbeispiel sitzt der Schaltungsträger 28 der Gehäuseseite 22 zugewandt. Der Näherungssensor 10 liefert ein Ausgangssignal, welches durch die Auswerteeinrichtung bereitgestellt wird. Es handelt sich dabei insbesondere um ein Schaltsignal oder ein analoges (Abstands-)Signal.
Die Spule der Sensorspuleneinrichtung 14 (Sensorspule) und die Spule der Referenzspuleneinrichtung 24 (Referenzspule) bilden einen Teil eines Schwingkreises, wobei der Rest des Schwingkreises auf dem Schaltungsträger 28 angeordnet ist.
Die Sensorspuleneinrichtung 14 und die Referenzspuleneinrichtung 24 können beispielsweise in einer Brückenschaltung angeordnet sein. In der nicht vorveröffentlichten deutschen Anmeldung Nr. 10 2004 020 978 vom 22. April 2004 der gleichen Anmelderin ist eine L-R-Brückenschaltung beschrieben, bei der die Spule der Sensorspuleneinrichtung (Sensorspule) und die Spule der Referenzspuleneinrichtung (Referenzspule) mit Widerstandselementen in einer L-R-Brückenschaltung angeordnet sind, wobei ein Spannungsabgriff jeweils im Spulenzweig und im Widerstandszweig der L-R-Brückenschaltung vorgesehen ist. Auf diese Anmeldung wird ausdrücklich Bezug genommen.
Beispielsweise ist es auch möglich, ein Signal dadurch zu gewinnen, daß bei einem Schwingkreis mit einer Sensorspule und einer Referenzspule ein Schwingkreisspannungssignal und ein Spulenspannungssignal einem subtrahierenden Verstärker zugeführt werden. Dies ist ebenfalls in der genannten nicht vorveröffentlichten Anmeldung beschrieben.
Es ist beispielsweise auch möglich, den Schwingkreis als Schwingkreisbrücke mit wenigstens zwei Kondensatoren und wenigstens zwei durch von außen herangeführten Gegenstände (Target 18) unterschiedlich beeinflußbaren Spulen auszubilden, nämlich den Spulen der Sensorspuleneinrichtung 14 und der Referenzspuleneinrichtung 24. In einer Auswerteeinrichtung (welche insbesondere auf dem Schaltungsträger 28 angeordnet ist) kann aus einer Brückendiagonalspannung und der Eingangsspannung der Schwingkreisbrücke die Brückenübertragungsfunktion gebildet werden, deren Realteil unabhängig vom Imaginärteil zur Gewinnung eines Schaltsignals dient. Ein solcher berührungslos arbeitender Näherungsschalter mit einem durch ein von außen herangeführtes Target 18 beeinflußten Schwingkreis und mit einer Auswerteeinrichtung zur Gewinnung eines Schaltsignals aus einem die Änderung des Schwingzustands des Schwingkreises beschreibenden Ausgangssignal ist aus der DE 196 11 810 C2 bekannt, auf die ausdrücklich Bezug genommen wird.
Es kann vorgesehen sein, daß der Näherungssensor 10 selber metallische Teile aufweist wie beispielsweise ein metallisches Gehäuseteil oder an einem Metallteil wie einer Metallplatte 30 montiert werden soll. Solche metallischen Teile bilden eine metallische Umgebungseinrichtung 32, welche aufgrund der nichtabschirmenden Ausbildung des Gehäuses 12 die Sensorspuleneinrichtung 14 und die Referenzspuleneinrichtung 24 beeinflussen und insbesondere einen Bedämpfungseinfluß ausüben.
Bei dem in 1 gezeigten Ausführungsbeispiel ist der Näherungssensor 10 auf der metallischen Umgebungseinrichtung mit der Gehäuseseite 22 (Montageseite) montiert. Die Umgebungseinrichtung 32 ist beispielsweise ein Maschinenteil einer Anwendung.
Da die Sensorspuleneinrichtung 14 und die Referenzspuleneinrichtung 24 in Richtung der Sensorachse 26 beabstandet sind, ist der Abstand zwischen der Sensorspuleneinrichtung 14 zu der Umgebungseinrichtung 32 und der Referenzspuleneinrichtung 24 zu der Umgebungseinrichtung 32 unterschiedlich. Der Bedämpfungseinfluß der Umgebungseinrichtung 32 auf Spulen ist ortsabhängig.
Erfindungsgemäß ist es vorgesehen, daß in Relation zu der Sensorspuleneinrichtung 14 die Referenzspuleneinrichtung 24 so angeordnet und so ausgebildet ist, daß die Änderungsdifferenz in der Bedämpfung zwischen der Sensorspuleneinrichtung 14 und der Referenzspuleneinrichtung 24 aufgrund der metallischen Umgebungseinrichtung 32, wenn der Näherungssensor 10 an dieser montiert ist, definiert eingestellt ist. Die metallische Umgebungseinrichtung 32 übt auf die Sensorspuleneinrichtung 14 einen bestimmten Bedämpfungseinfluß aus und ändert insbesondere die Induktivität der Sensorspuleneinrichtung 14. Ferner übt sie auf die Referenzspuleneinrichtung 24 einen bestimmten – aber im Vergleich zu der Sensorspuleneinrichtung 14 unterschiedlichen – Bedämpfungseinfluß auf die Referenzspuleneinrichtung 24 aus und erzeugt dort eine Induktivitätsänderung. Diese Bedämpfungseinflüsse führen wiederum zu Signaländerungen der Sensorspuleneinrichtung 14 und der Referenzspuleneinrichtung 24 für die Detektion des metallischen Targets 18, bezogen auf den Fall, wenn die Umgebungseinrichtung 32 nicht vorhanden ist.
Erfindungsgemäß wird der Bedämpfungseinfluß so eingestellt, daß mindestens, wenn der Näherungssensor 10 an der Umgebungseinrichtung 32 positioniert ist, d. h. die Sensorspuleneinrichtung 14 und die Referenzspuleneinrichtung 24 jeweils in einem definierten Abstand zu der Umgebungseinrichtung 32 liegen, eine bekannte Bedämpfungseinflußdifferenz vorliegt und insbesondere eine bekannte Induktivitätsänderungsdifferenz vorliegt. Der Unterschied der Induktivitätsänderungen an der Sensorspuleneinrichtung 14 und der Referenzspuleneinrichtung 24 ist also bekannt und wird insbesondere eingestellt, und zwar durch Anordnung und Ausbildung der Referenzspuleneinrichtung 24 in Relation zu der Sensorspuleneinrichtung 14. Dadurch ist der Signalunterschied bekannt und kann beispielsweise durch die Auswerteeinrichtung berücksichtigt werden und insbesondere kompensiert werden. Es ist also möglich, den Einfluß der Umgebungseinrichtung 32 herauszurechnen, so daß die Targetdetektionsfunktion des Näherungssensors 10 durch die Umgebungseinrichtung 32 nicht beeinflußt ist und insbesondere die Schaltfunktion des Näherungssensors 10 nicht beeinflußt ist.
Insbesondere ist es erfindungsgemäß vorgesehen, daß die Sensorspuleneinrichtung 14 und die Referenzspuleneinrichtung 24 so angeordnet und ausgebildet sind, daß, wenn der Näherungssensor 10 über seine Gehäuseseite 22 (Montageseite) an der Umgebungseinrichtung 32 montiert ist, die Differenz der Bedämpfungseinflüsse auf die Sensorspuleneinrichtung 14 und die Referenzspuleneinrichtung 24 im wesentlichen Null ist, d. h. die Umgebungseinrichtung 32 an der Sensorspuleneinrichtung 14 und der Referenzspuleneinrichtung 24 die gleiche Induktivitätsänderung erzeugt, so daß die Differenz der Induktivitätsänderungen an der Sensorspuleneinrichtung 14 und der Referenzspuleneinrichtung 24 im wesentlichen verschwindet. Dies bedeutet dann, daß der Näherungssensor mit der Sensorspuleneinrichtung 14 und der Referenzspuleneinrichtung 24 "nach hinten" zu der Umgebungseinrichtung 32 die Umgebungseinrichtung "nicht sieht", da deren Einfluß auf den Schwingkreis des Näherungssensors über die Anordnung und Ausbildung der Sensorspuleneinrichtung 14 und der Referenzspuleneinrichtung 24 kompensiert ist. Nach "vorne", d. h. an der aktiven Sensorfläche 20, ist der Einfluß des metallischen Targets 18 auf die Sensorspuleneinrichtung 14 und die Referenzspuleneinrichtung 24 jedoch unterschiedlich, so daß insbesondere ein Näherungssensor bzw. ein Näherungsschalter realisierbar ist, welcher die gleiche Empfindlichkeit gegenüber einem Gegenstand aus einem ferromagnetischen Material und nicht-ferromagnetischen Material aufweist, mindestens bezogen auf einen bestimmten Schaltabstand oder Schaltabstandsbereich des Targets 18 zu der aktiven Sensorfläche 20.
Die Einstellung einer definierten Bedämpfungseinflußdifferenz für die Sensorspuleneinrichtung 14 und die Referenzspuleneinrichtung 24 (und damit für einen Schwingkreis des Näherungssensors 10) läßt sich durchführen, wenn die Umgebungseinrichtung Teil des Näherungssensors 10 ist (in diesem Fall übt die metallische Umgebungseinrichtung eine Vordämpfung aus) oder wenn die Umgebungseinrichtung 32 extern angeordnet ist, zumindest dann, wenn die Sensorspuleneinrichtung 14 und die Referenzspuleneinrichtung 24 in einem bestimmten Abstand zu der Umgebungseinrichtung 32 positioniert sind.
Die Einstellung der Bedämpfungseinflußdifferenz, wenn von einer gegebenen Sensorspuleneinrichtung 14 ausgegangen wird, kann beispielsweise über die Anordnung der Referenzspuleneinrichtung 24 in dem Gehäuse 12 und/oder die Fläche der Spule bzw. Spulen der Referenzspuleneinrichtung 24 und/oder die Windungszahl dieser Spule oder Spulen der Referenzspuleneinrichtung 24 erfolgen. Die Anordnung der Referenzspuleneinrichtung 24 kann über den Abstand zu der Gehäuseseite 22 bzw. zu der Umgebungseinrichtung, wenn diese fester Bestandteil des Näherungssensors 10 ist, und/oder der Winkellage der Spule der Spulen der Referenzspuleneinrichtung 24 bezogen auf die aktive Sensorfläche 20 eingestellt werden.
Es ist dabei auch möglich, daß die Referenzspuleneinrichtung 24 mehrere (Teil-)Spulen umfaßt, die in unterschiedlichen Abständen und/oder Winkellagen beispielsweise zu der Gehäuseseite 22 angeordnet sind. Dies wird untenstehend noch näher erläutert.
Eine Bedämpfungsbeeinflussung (zur Einstellung der Bedämpfungseinflußdifferenz) ist auch möglich, wie schematisch in 5 gezeigt, wenn um eine Spule und insbesondere eine (Referenz-)Spule 34 der Referenzspuleneinrichtung 24 eine oder mehrere Leiterbahnschleifen 36 als Kurzschlußwindungen angeordnet sind. Eine solche Leiterbahnschleife kann beispielsweise auch in Reihe mit einem Abgleichswiderstand 38 geschaltet sein. Es läßt sich dadurch ein Bedämpfungseinfluß ausüben und über den Abgleichswiderstand 38 auch einstellen und insbesondere läßt sich die Induktivität einstellen, so daß damit wiederum die Bedämpfungseinflußdifferenz zwischen der Sensorspuleneinrichtung 14 und der Referenzspuleneinrichtung 24 einstellbar ist und insbesondere so einstellbar ist, daß sie im wesentlichen Null ist.
Eine weitere Einstellungsmöglichkeit besteht darin, eine oder mehrere Spulen der Referenzspuleneinrichtung 24 teilweise abzudecken und/oder abzuschirmen, und zwar bezogen auf die Umgebungseinrichtung 32; dies bedeutet eine Abdeckung bzw. Abschirmung nach "hinten", d. h. zu der Gehäuseseite 22 zu. Diese Abschirmung ist dann bezogen auf den Bedämpfungseinfluß des Targets 18 auf die Referenzspuleneinrichtung 24 nicht wirksam.
Eine solche Abschirmungsmöglichkeit ist schematisch in 6 dargestellt. Dort ist ein Träger 40 für eine Referenzspule 42 in einer schematischen Schnittansicht gezeigt. Der Träger 40 ist mehrschichtig aufgebaut mit einer ersten Schicht 44a, einer zweiten Schicht 44b und einer dritten Schicht 44c. Die Schichten 44a, 44b tragen beispielsweise die Referenzspule 42. Die Schicht 44c weist eine zu der Referenzspule 42 elektrisch isoliert angeordnete Metallschicht 46 auf, welche beispielsweise aus Kupfer hergestellt ist. Diese deckt die Referenzspule 42 nach "hinten", d. h. zu der Gehäuseseite 22 hin, teilweise ab und beeinflußt damit den Bedämpfungseinfluß der Umgebungseinrichtung 32. Dadurch wiederum läßt sich die Bedämpfungseinflußdifferenz insbesondere im Zusammenhang mit der weiteren Anordnung und Ausbildung der Referenzspuleneinrichtung 24 einstellen und insbesondere auf Null einstellen.
Es kann eine verschiebliche Abdeckung bzw. Abschirmung 47 vorgesehen sein. Die Position dieser Abdeckung bzw. Abschirmung ist extern feststellbar einstellbar, so daß über die Positionierung der Abdeckung bzw. Abschirmung der Bedämpfungseinfluß der Umgebungseinrichtung 32 einstellbar ist. Eine eingestellte Position ist dabei fixierbar, so daß der Bedämpfungseinfluß fixiert ist. Die Einstellung kann in einem Teach-In-Vorgang erfolgen.
Es ist grundsätzlich möglich, daß die definierte Einstellung der Bedämpfungseinflußdifferenz in dem Schwingkreis, bezogen auf die Sensorspuleneinrichtung 14 und die Referenzspuleneinrichtung 24 bei der Herstellung erfolgt und dann fest ist. Dies ist vorteilhaft, wenn die Umgebungseinrichtung Teil des Näherungssensors ist oder wenn die externe Umgebungseinrichtung 32 bekannt ist und auch die Positionierung bekannt ist.
Grundsätzlich kann es auch vorgesehen sein, daß die Bedämpfungseinflußdifferenz von außen einstellbar ist. Eine solche Beeinflussung ist beispielsweise über Einstellung des Widerstandswerts des Abgleichswiderstands 38 (siehe 5) möglich. Beispielsweise ist der Widerstandswert des Abgleichswiderstands 38 über einen externen Zugang zu dem Näherungssensor 10 einstellbar. Es ist möglich, eine Teach-In-Funktion vorzusehen.
Es ist auch alternativ oder zusätzlich möglich, die Einstellung der Bedämpfungseinflußdifferenz über Änderung der mechanischen Position der Referenzspuleneinrichtung 24 durchzuführen. Dies ist in 1 schematisch gezeigt. Der Näherungssensor 10 weist ein Einstellelement 48 auf, welches extern zugänglich ist. Beispielsweise ist das Einstellelement 48 als Schraube ausgebildet. Ein Träger 50 der Referenzspuleneinrichtung 24 ist parallel zur Sensorachse 26 feststellbar verschieblich in dem Gehäuse 12 angeordnet, wobei die Verschiebungsbewegung durch das Einstellelement 48 betätigbar ist.
Beispielsweise ist das Einstellelement 48 von einer Querseite zugänglich und über einen entsprechenden Umsetzungstrieb 52 kann der Träger 50 an der Führung 54 verschoben werden.
Beispielsweise ist eine Einstellbarkeit auch dadurch möglich, daß die (mindestens eine) Referenzspule der Referenzspuleneinrichtung 24 einen Spulenkern wie beispielsweise einen Ferritkern aufweist und die Position des Spulenkerns in der Referenzspule einstellbar ist. Dazu kann ein Einstellelement vorgesehen sein, über das eben dieser Spulenkern weiter in die Referenzspule hineingeschoben werden kann oder aus dieser herausgeschoben werden kann. Je nach Stellung eines solchen beispielsweise stiftförmig oder pilzförmig oder schalenförmig ausgebildeten Spulenkerns ändert sich die Induktivität der Referenzspule, so daß der Bedämpfungseinfluß je nach Stellung des Spulenkerns unterschiedlich ist und somit wiederum die Bedämpfungseinflußdifferenz einstellbar ist.
Auch über die Positionierung der Abdeckung bzw. Abschirmung 47 ist ein Abgleich möglich.
Es ist beispielsweise auch möglich, den Bedämpfungseinfluß auf die Referenzspuleneinrichtung 24 – und damit die Bedämpfungseinflußdifferenz an dem Schwingkreis, welche mit der Sensorspuleneinrichtung 14 und der Referenzspuleneinrichtung 24 gebildet ist – dadurch einzustellen, daß eine Mehrzahl von Spulen für die Referenzspuleneinrichtung 24 vorgesehen ist, d. h. daß die Referenzspuleneinrichtung 24 eine Mehrzahl von Teilspulen aufweist.
In 2 ist ein zweites Ausführungsbeispiel eines Näherungssensors, welcher als Ganzes mit 56 bezeichnet ist, schematisch gezeigt, wobei dieser eine Mehrzahl von Spulen aufweist. Gleiche Teile wie bei dem ersten Ausführungsbeispiel gemäß 1 sind dabei mit gleichen Bezugszeichen versehen.
Es ist eine Referenzspuleneinrichtung 58 vorgesehen, welche auf einem Schaltungsträger 60 für die weiteren Teile des Schwingkreises und für eine Auswerteeinrichtung angeordnet ist. Die Referenzspuleneinrichtung 58 umfaßt dabei eine Mehrzahl von (Teil-)Spulen 62a, 62b, 62c. Dadurch läßt sich die Windungszahl und die Spulenfläche für die Referenzspuleneinrichtung 58 gezielt einstellen, um so wiederum den Bedämpfungseinfluß der Umgebungseinrichtung 32 auf die Referenzspuleneinrichtung 58 gezielt einstellen zu können und infolge davon die Bedämpfungseinflußdifferenz zwischen der Sensorspuleneinrichtung 14 und der Referenzspuleneinrichtung 58 gezielt auf einen definierten Wert einstellen zu können und insbesondere auf den Wert Null einstellen zu können.
Diese Einstellung erfolgt insbesondere bei der Herstellung des Näherungssensors 56. Es ist aber grundsätzlich auch denkbar, daß Teilspulen dort so auf dem Schaltungsträger 60 ausgebildet sind, daß sie von der Referenzspuleneinrichtung 58 entkoppelbar sind, wobei diese Entkoppelbarkeit über einen externen Schaltvorgang wie beispielsweise einen Teach-In-Vorgang möglich sein kann. Dadurch läßt sich extern der Bedämpfungseinfluß auf die Referenzspuleneinrichtung 58 einstellen.
Bei dem in 2 gezeigten Ausführungsbeispiel liegen die Teilspulen 62a, 62b, 62c in einer Ebene, nämlich in der Ebene des Schaltungsträgers 60. Es kann aber auch grundsätzlich möglich sein, daß unterschiedliche Teilspulen der Referenzspuleneinrichtung in unterschiedlichen Ebenen liegen. Dies wird untenstehend noch erläutert.
Ferner liegen bei den Ausführungsbeispielen gemäß 1 und 2 die Windungsachsen von Spulen der Referenzspuleneinrichtung 24 bzw. 58 im wesentlichen parallel zur Sensorachse 26. Es kann auch vorgesehen sein, daß diese in einem Winkel zu der Sensorachse 26 liegen.
Bei einem dritten Ausführungsbeispiel, welches in 3 schematisch gezeigt und dort als Ganzes mit 64 bezeichnet ist, ist ein Gehäuse 66 vorgesehen. Der Näherungssensor 64 weist eine aktive Sensorfläche 68 und eine Sensorachse 70 auf, wobei die Sensorachse 70 im wesentlichen senkrecht zu der aktiven Sensorfläche 68 liegt.
Der Näherungssensor 64 weist eine erste Montageseite 72 und eine zweite Montageseite 74 auf. Je nach Anwendung kann eine der aktiven Sensorfläche 68 beispielsweise gegenüberliegende Gehäuseseite 76 (welche die Montageseite 72 bildet) an einer Anwendung positioniert werden oder eine Gehäuseseite 78, welche die zweite Montageseite 74 bildet, an einer Anwendung positioniert werden. Die Gehäuseseite 78 liegt beispielsweise parallel zur Sensorachse 70, insbesondere wenn das Gehäuse 66 quaderförmig ausgebildet ist. Bei der Anwendung kann es sich um eine metallische Umgebungseinrichtung 80a bzw. 80b handeln.
In dem Gehäuse 66 ist eine Sensorspuleneinrichtung 82 zur Detektion eines metallischen Targets 84 angeordnet. Diese ist grundsätzlich gleich ausgebildet wie oben beschrieben. Eine Windungsachse der Sensorspule der Sensorspuleneinrichtung 82 ist im wesentlichen parallel zu der Sensorachse 70 ausgerichtet. Die Sensorspule ist vorzugsweise als Flachspule ausgebildet.
In dem Gehäuse 66 ist ferner eine Referenzspuleneinrichtung 86 angeordnet, welche eine oder mehrere (Referenz-)Spulen umfaßt, die auf einem Träger 88 angeordnet sind. Der Träger liegt dabei in einem Winkel von beispielsweise 45° zu der Sensorachse 70. Eine Windungsachse von (Referenz-)Spulen der Referenzspuleneinrichtung 86 liegt dann in einem entsprechenden Winkel zu der Sensorachse 70.
Die Referenzspuleneinrichtung 86 ist so angeordnet und ausgebildet, daß je nach Anordnung des Näherungssensors 64 an einer Anwendung eine definierte Bedämpfungseinflußdifferenz zwischen der Sensorspuleneinrichtung 82 und der Referenzspuleneinrichtung 86 eingestellt ist, wobei die Umgebungseinrichtung 80a und/oder 80b eine Bedämpfungsbeeinflussung für die Sensorspuleneinrichtung 82 und die Referenzspuleneinrichtung 86 darstellt.
Die Referenzspuleneinrichtung 86 kann so angeordnet und ausgebildet sein, daß die definierte Bedämpfungseinflußdifferenz (beispielsweise Null) eingestellt ist, wenn der Näherungssensor 64 mit seiner Montageseite 72 an der Umgebungseinrichtung 80a montiert ist oder mit seiner Montageseite 74 an der Umgebungseinrichtung 80b montiert ist. Vorzugsweise ist die Einstellung derart, daß in beiden Fällen eine definierte Differenz (und insbesondere die Differenz Null) eingestellt ist, so daß ein Nutzer beide Montagemöglichkeiten wählen kann.
Es kann auch vorgesehen sein, daß eine definierte Bedämpfungseinflußdifferenz eingestellt ist, wenn sowohl die Umgebungseinrichtung 80a und die Umgebungseinrichtung 80b vorhanden sind und jeweils einen Bedämpfungseinfluß auf die Sensorspuleneinrichtung 82 und die Referenzspuleneinrichtung 86 ausüben.
Ein weiteres Ausführungsbeispiel eines Näherungssensors, welches in 4 schematisch gezeigt und dort als Ganzes mit 90 bezeichnet ist, weist ein Gehäuse 92 auf. Eine Sensorspuleneinrichtung 94 definiert eine aktive Sensorfläche 96. Ein metallisches Target 98 ist über die Sensorspuleneinrichtung 94 detektierbar. Insbesondere ist ein Schaltabstand vorgebbar.
Die Sensorspuleneinrichtung 94 umfaßt beispielsweise eine (Sensor-)Spule, deren Windungsachse parallel zu einer Sensorachse 100 ausgerichtet ist. Die Sensorachse 100 ist im wesentlichen senkrecht zu der aktiven Sensorfläche 96.
Es ist eine Referenzspuleneinrichtung 102 vorgesehen, welche beispielsweise eine erste Teilspule 104, eine zweite Teilspule 106 und eine dritte Teilspule 107 umfaßt. Die beiden Teilspulen 104 und 106 sind parallel ausgerichtet und weisen Windungsachsen auf, welche im wesentlichen zusammenfallen. Die Windungsachsen der beiden Teilspulen 104, 106 liegen bei der in 4 gezeigten Ausführungsform im wesentlichen senkrecht zu der Sensorachse 100. Die Teilspule 107 ist quer dazu orientiert und weist eine Windungsachse auf, welche senkrecht zu den anderen Windungsachsen liegt.
Die Teilspule 104 liegt benachbart zu einer Gehäuseseite 108 und die Teilspule 106 liegt benachbart zu einer Gehäuseseite 110, wobei die beiden Gehäuseseiten 108, 110 gegenüberliegen und quer zu der aktiven Sensorfläche 96 liegen. Die Teilspule 107 liegt benachbart zu einer Gehäuseseite 111, welche die beiden Gehäuseseiten 108 und 110 verbindet.
Die Sensorspuleneinrichtung 94 liegt seitlich zu den Teilspulen 104, 106, 107 und damit seitlich zu der Referenzspuleneinrichtung 102.
Der Näherungssensor 90 läßt sich in eine Anwendung 112 einbauen, wobei die Anwendung eine metallische Umgebungseinrichtung 114 aufweist, welche eine erste Metallplatte 116 und eine zweite Metallplatte 118 umfaßt. Die Metallplatten 116 und 118 liegen gegenüber. Diese beeinflussen die Referenzspuleneinrichtung 102 und die Sensorspuleneinrichtung 94.
Die Referenzspuleneinrichtung 102 ist so angeordnet und ausgebildet und insbesondere sind die Teilspulen 104, 106 und 107 so angeordnet und ausgebildet, daß die Bedämpfungseinflußdifferenz der Umgebungseinrichtung 114 auf die Referenzspuleneinrichtung 102 und die Sensorspuleneinrichtung 94 auf einen definierten Wert eingestellt ist. Dieser definierte Wert kann beispielsweise der Wert Null sein, so daß der Bedämpfungseinfluß kompensiert ist.
Ansonsten funktioniert der Näherungssensor 90 wie oben anhand der anderen Ausführungsbeispiele beschrieben.
Erfindungsgemäß ist es vorgesehen, daß bezogen auf eine vorgegebene Sensorspuleneinrichtung die Referenzspuleneinrichtung definiert angeordnet und ausgebildet wird, um eine bestimmte Bedämpfungseinflußdifferenz zu der Sensorspuleneinrichtung einzustellen. Vorzugsweise wird diese Differenz auf den Wert Null eingestellt. Dadurch "sieht" der Näherungssensor die metallische Umgebungseinrichtung nicht, während er ein zu detektierendes metallisches Target sieht. Nach "vorne", d. h. zu der aktiven Sensorfläche hin, läßt sich also ein Detektionsvorgang durchführen. Nach "hinten", d. h. zu der metallischen Umgebungseinrichtung hin, ist eine Kompensation durchgeführt.
Diese Kompensation kann dabei auch, wenn ein bekannter, definierter Wert der Bedämpfungseinflußdifferenz eingestellt ist, über die Auswerteeinrichtung beispielsweise softwaremäßig und/oder schaltungstechnisch erfolgen.
Es ist dadurch möglich, erfindungsgemäße Näherungssensoren teilbündig auf eine Metallplatte aufzuschrauben, ohne daß eine Abschirmung des Näherungssensors notwendig ist.
Es ist möglich, die Einstellung des definierten Werts der Bedämpfungseinflußdifferenz bei der Herstellung durchzuführen. Es ist aber auch möglich, eine externe Einstellmöglichkeit für einen hergestellten Näherungssensor vorzusehen, um beispielsweise über einen Teach-In-Vorgang den Gesamteinfluß (d. h. den kombinierten Einfluß auf die Sensorspuleneinrichtung und die Referenzspuleneinrichtung) zu "eliminieren". Es läßt sich dann die Beeinflussung der Spulen des Näherungssensors (d. h. Sensorspulen und Referenzspulen) durch Metallteile einer Anwendung oder des Sensors selber eliminieren.
Insbesondere ist es möglich, einen erfindungsgemäßen Näherungssensor über eine der aktiven Sensorfläche gegenüberliegende Montageseite an einer metallischen Anwendung zu montieren.

Claims

Induktiver Näherungssensor, umfassend eine Sensorspuleneinrichtung (14; 82; 94) zur Detektion eines metallischen Targets (18; 84; 98) und eine Referenzspuleneinrichtung (24; 58; 86; 102) mit mindestens einer Spule, dadurch gekennzeichnet, daß die Referenzspuleneinrichtung (24; 58; 86; 102) und die Sensorspuleneinrichtung (14; 82; 94) so angeordnet und so ausgebildet sind, daß eine definierte Differenz des Bedämpfungseinflusses einer metallischen Umgebungseinrichtung (32; 80a, 80b; 114) auf die Sensorspuleneinrichtung (14; 82; 94) und die Referenzspuleneinrichtung (24; 58; 86; 102) eingestellt ist, mindestens wenn die Sensorspuleneinrichtung (14; 82; 94) und die Referenzspuleneinrichtung (24; 58; 86; 102) in einer bestimmten Position zu der Umgebungseinrichtung (32; 80a, 80b; 114) sind, und daß der Einfluß der Umgebungseinrichtung (32; 80a, 80b; 114) auf ein Sensorausgangssignal eliminiert ist.
Induktiver Näherungssensor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Sensorspuleneinrichtung (14; 82; 94) und die Referenzspuleneinrichtung (24; 58; 86; 102) so angeordnet und ausgebildet sind, daß die Umgebungseinrichtung (32; 80a, 80b; 114) eine definierte Signaländerungsdifferenz zwischen der Sensorspuleneinrichtung (14; 82; 94) und der Referenzspuleneinrichtung (24; 58; 86; 102) bewirkt.
Induktiver Näherungssensor nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Sensorspuleneinrichtung (14; 82; 94) und die Referenzspuleneinrichtung (24; 58; 86; 102) so angeordnet und ausgebildet sind, daß die Umgebungseinrichtung (32; 80a, 80b; 114) eine definierte Induktivitätsänderungsdifferenz zwischen der Sensorspuleneinrichtung (14; 82; 94) und der Referenzspuleneinrichtung (24; 58, 86; 102) bewirkt.
Induktiver Näherungssensor nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Bedämpfungsänderungen an der Sensorspuleneinrichtung (14; 82; 94) und an der Referenzspuleneinrichtung (24; 58; 86; 102) aufgrund der Umgebungseinrichtung (32; 80a, 80b; 114) gleich oder näherungsweise gleich sind.
Induktiver Näherungssensor nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß eine Auswerteeinrichtung vorgesehen ist, welche ein Sensorausgangssignal erzeugt, in dem der unterschiedliche Bedämpfungseinfluß auf die Sensorspuleneinrichtung und die Referenzspuleneinrichtung durch Berücksichtigung der bekannten Bedämpfungseinflußdifferenz herausgerechnet ist.
Induktiver Näherungssensor nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Bedämpfungseinflußdifferenz über die Anordnung der Referenzspuleneinrichtung (24; 58; 8b; 102) in einem Gehäuse (12; 66; 92) und/oder die Fläche der mindestens einen Spule der Referenzspuleneinrichtung (14; 82; 94) und/oder die Windungszahl der mindestens einen Spule der Referenzspuleneinrichtung (24; 58; 86; 102) eingestellt ist.
Induktiver Näherungssensor nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Abstand und/oder die Winkellage der mindestens einen Spule der Referenzspuleneinrichtung (24; 58; 86; 102) zu einer oder mehreren Gehäuseseiten (22, 76, 78; 108; 110) eingestellt ist.
Induktiver Näherungssensor nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß um die mindestens eine Spule (34) der Referenzspuleneinrichtung (24; 58; 86; 102) mindestens eine Leiterbahnschleife (36) angeordnet ist.
Induktiver Näherungssensor nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß ein Abgleichswiderstand (38) in Reihe mit der mindestens einen Leiterbahnschleife (36) geschaltet ist.
Induktiver Näherungssensor nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die mindestens eine Spule (42) der Referenzspuleneinrichtung (24; 58; 86; 102) teilweise abgedeckt und/oder abgeschirmt ist.
Induktiver Näherungssensor nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß an einem Träger (40) für die mindestens eine Spule (42) eine Metallschicht (46) angeordnet ist.
Induktiver Näherungssensor nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, daß eine Abdeckung (47) oder Abschirmung (47) verschieblich ist.
Induktiver Näherungssensor nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Sensorspuleneinrichtung (14; 82; 94) und die Referenzspuleneinrichtung (24; 58; 86; 102) in einer Differenzschaltung angeordnet sind und/oder eine Differenzauswertung von Signalen der Referenzspuleneinrichtung (24; 58; 86; 102) und der Sensorspuleneinrichtung (14; 82; 94) erfolgt.
Induktiver Näherungssensor nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Sensorspuleneinrichtung (14, 82; 94) und die Referenzspuleneinrichtung (24; 58; 86; 102) in einer Brückenschaltung angeordnet sind.
Induktiver Näherungssensor nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die metallische Umgebungseinrichtung Teil des Näherungssensors ist.
Induktiver Näherungssensor nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Umgebungseinrichtung an einem Gehäuse angeordnet ist oder einen Teil des Gehäuses bildet.
Induktiver Näherungssensor nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die metallische Umgebungseinrichtung (32; 80a, 80b; 114) eine Montagebasis für den Näherungssensor bildet.
Induktiver Näherungssensor nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Sensorspuleneinrichtung (14; 82; 94) und die Referenzspuleneinrichtung (24; 58; 86; 102) beabstandet zueinander sind.
Induktiver Näherungssensor nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß die Sensorspuleneinrichtung (14) und die Referenzspuleneinrichtung (24; 58) parallel beabstandet sind.
Induktiver Näherungssensor nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Sensorspuleneinrichtung (82; 94) und die Referenzspuleneinrichtung (86) oder eine oder mehrere Spulen (104, 106, 107) der Referenzspuleneinrichtung (102) in einem Winkel zueinander angeordnet sind.
Induktiver Näherungssensor nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die mindestens eine Spule der Referenzspuleneinrichtung (86) in einem Winkel zu einer Montageseite (72; 74) des Näherungssensors angeordnet ist.
Induktiver Näherungssensor nach Anspruch 20 oder 21, gekennzeichnet durch mindestens zwei Montageseiten (72, 74).
Induktiver Näherungssensor nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Referenzspuleneinrichtung (24; 58; 86; 102) bezogen auf eine aktive Sensorfläche (20; 68; 96) hinter der Sensorspuleneinrichtung (14; 82) angeordnet ist.
Induktiver Näherungssensor nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Sensorspuleneinrichtung (14; 82) bezogen auf eine Montageseite (22; 72; 74; 108; 110; 111) des Näherungssensors vor der Referenzspuleneinrichtung (24; 58; 86; 102) angeordnet ist.
Induktiver Näherungssensor nach einem der Ansprüche 1 bis 24, dadurch gekennzeichnet, daß die Sensorspuleneinrichtung (94) seitlich zu der Referenzspuleneinrichtung (102) angeordnet ist.
Induktiver Näherungssensor nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Referenzspuleneinrichtung (24) mindestens teilweise zwischen einem Schaltungsträger (28) und der Sensorspuleneinrichtung (14) angeordnet ist.
Induktiver Näherungssensor nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Referenzspuleneinrichtung (58) mindestens teilweise auf einem Schaltungsträger (60) angeordnet ist.
Induktiver Näherungssensor nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Referenzspuleneinrichtung (58; 102) eine Mehrzahl von Spulen (62a, 62b, 62c; 104, 106, 107) umfaßt.
Induktiver Näherungssensor nach Anspruch 28, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere Spulen (62a, 62b, 62c) in einer Ebene angeordnet sind.
Induktiver Näherungssensor nach Anspruch 28 oder 29, dadurch gekennzeichnet, daß Spulen (104, 106, 107) in unterschiedlichen Ebenen angeordnet sind.
Induktiver Näherungssensor nach einem der Ansprüche 28 bis 30, dadurch gekennzeichnet, daß Spulen (62a, 62b, 62c; 104, 106) der Referenzspuleneinrichtung in Reihe geschaltet sind.
Induktiver Näherungssensor nach einem der Ansprüche 27 bis 31, dadurch gekennzeichnet, daß Spulen (104; 106; 107) der Referenzspuleneinrichtung (102) zu unterschiedlichen Seiten (108; 110; 111) des Näherungssensors ausgerichtet sind.
Induktiver Näherungssensor nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die mindestens eine Spule der Referenzspuleneinrichtung (24) mit ihrer Windungsachse im wesentlichen parallel zu einer Sensorachse (26) angeordnet ist.
Induktiver Näherungssensor nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die mindestens eine Spule der Referenzspuleneinrichtung (24; 58; 86; 102) eine Flachspule ist.
Induktiver Näherungssensor nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß ein Gehäuse (12) quaderförmig ausgebildet ist.
Induktiver Näherungssensor nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß ein Gehäuse (12) nichtabschirmend ausgebildet ist.
Induktiver Näherungssensor nach Anspruch 36, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse (12) aus einem Kunststoffmaterial hergestellt ist.
Induktiver Näherungssensor nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Bedämpfungsbeeinflussung der Referenzspuleneinrichtung (24; 58; 86; 102) extern einstellbar ist.
Induktiver Näherungssensor nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Position der Referenzspuleneinrichtung (24; 58; 86; 102) in einem Gehäuse (12) einstellbar ist.
Induktiver Näherungssensor nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die magnetischen Eigenschaften der mindestens einen Spule der Referenzspuleneinrichtung (24; 58; 86; 102) über die Einstellung einer Position eines Spulenkerns einstellbar sind.
Induktiver Näherungssensor nach einem der vorangehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine Ausbildung, bei der das Detektionsergebnis mindestens bezogen auf einen bestimmten Schaltabstand oder einen bestimmten Schaltabstandsbereich unabhängig vom Material des metallischen Targets ist.
Induktiver Näherungssensor nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens ein Schwingkreis, welcher durch Annäherung des Targets (18; 84; 98) beeinflußbar ist, mittels der Sensorspuleneinrichtung (14; 82; 94) und der Referenzspuleneinrichtung (24; 58; 86; 102) gebildet ist.
Induktiver Näherungssensor nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Referenzspuleneinrichtung (24; 58; 86; 102) eine kleinere Spulenfläche aufweist als die Sensorspuleneinrichtung (14; 82; 94).
Verfahren zum Abgleichen eines induktiven Näherungssensors, welcher eine Referenzspuleneinrichtung und eine Sensorspuleneinrichtung umfaßt, wobei diese gegenüber einer metallischen Umgebungseinrichtung nicht abgeschirmt sind, bei dem die Referenzspuleneinrichtung so modifiziert wird oder eine Signalauswertung durch eine Auswerteeinrichtung so eingestellt wird, daß ein unterschiedlicher Bedämpfungseinfluß der Umgebungseinrichtung auf die Sensorspuleneinrichtung und die Referenzspuleneinrichtung bezogen auf ein Sensorausgangssignal im wesentlichen eliminiert ist.
Verfahren nach Anspruch 44, dadurch gekennzeichnet, daß der Abgleich durchgeführt wird, wenn die Sensorspuleneinrichtung in einer bestimmten Position zur metallischen Umgebungseinrichtung ist.
Verfahren nach Anspruch 44 oder 45, dadurch gekennzeichnet, daß der Bedämpfungseinfluß auf die Referenzspuleneinrichtung durch Positionierung der Referenzspuleneinrichtung in einem Gehäuse und/oder Einstellung der Induktivität der Referenzspuleneinrichtung und/oder Einstellung der Abdeckung oder Abschirmung einer oder mehrerer Spulen der Referenzspuleneinrichtung erfolgt.