DE102014213405A1

DE102014213405A1 - Näherungsschalter mit einem magnetischen Drehschalter

Info

Publication number: DE102014213405A1
Application number: DE102014213405.6A
Authority: DE
Inventors: Thomas Schmid
Original assignee: IFM Electronic GmbH
Current assignee: IFM Electronic GmbH
Priority date: 2014-07-10
Filing date: 2014-07-10
Publication date: 2016-01-14
Anticipated expiration: 2034-07-11
Also published as: DE102014213405B4

Abstract

Näherungsschalter mit einem Gehäuse 1, einen Sensor 2 zur Erfassung eines Objekts in einem Überwachungsbereich, einer elektronischen Schaltung 3 zur Auswertung des Sensorsignals und zur Erzeugung eines Schaltsignals, sowie einem Magnetschalter 4 mit einem drehbaren Magneten 5 und einem Magnetsensor 6 zur Parametrierung des Näherungsschalters, wobei der Magnet 5 drehbar in einer äußeren Vertiefung im Gehäuse 1 gelagert ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Magnet 5 zusätzlich axial verschiebbar ist und Magnetsensor 6 neben der Drehung auch den Abstand des Magneten 5 erfasst und ein weiteres vom Abstand des Magneten 5 abhängiges Signal erzeugt, wobei der Magnet 5 mit einer Schnappscheibe 7 zu seiner Rückstellung und zur haptischen Wahrnehmung eines Tastendrucks verbunden ist.

Description

Die Erfindung betrifft einen Näherungsschalter gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1. Elektronische Näherungsschalter werden in Abhängigkeit von den physikalischen Eigenschaften der zu detektierenden Objekte vorzugsweise als induktive, kapazitive oder auch als optische Näherungsschalter ausgeführt und u. a. von der Anmelderin in hohen Stückzahlen hergestellt und vertrieben. Neben Näherungsschaltern mit festem Schaltabstand werden auch solche mit einstellbarem Schaltabstand hergestellt, was, wenn man von drahtloser Kommunikation oder Programmierung über die Anschlussleitungen absieht, Bedienelemente und damit Gehäusedurchbrüche erfordert. Die Abdichtung der für die i. A. drehbaren Bedienelemente erforderlichen Gehäusedurchbrüche erhöhen den Herstellungsaufwand und stellen besonders beim Langzeiteinsatz eine häufige Fehlerquelle dar.
Die DE 196 02 681 C1 offenbart einen Näherungsschalter mit einem magnetischen Drehschalter zur Parametrierung und Einstellung durch die Gehäusewand hindurch.
Die DE 196 07 199 C2 zeigt einen hierfür geeigneten Drehschalter oder Drehwinkelsensor mit einem drehbaren Permanentmagneten und einem zweidimensionalen Magnetsensor zur Auswertung der Winkelstellung des Permanentmagneten.
DE 10 2011 116 910 A1 zeigt eine Vorrichtung zur Erfassung der Winkelposition einer Welle, die sowohl die Drehung als auch die axiale Position der Welle mit einem Hall-Sensor erfasst.
Als nachteilig beim bekannten Stand der Technik erscheinen die Gefahr einer Fehlbedienung durch unbeabsichtigtes Verdrehung des Schalters, sowie die fehlende Quittierung eines Eingabevorgangs.
Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, diese Nachteile zu überwinden. Die erfindungsgemäße Anordnung soll die Betriebssicherheit ohne Mehraufwand verbessern. Sie soll eine Möglichkeit zur Quittierung der Eingabe bieten und trotzdem per se mediendicht sein.
Diese Aufgabe wird mit den kennzeichnenden Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst. Die abhängigen Ansprüche betreffen die vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung.
Der wesentliche Erfindungsgedanke besteht darin, den bekannten magnetischen Drehschalter oder Winkelsensor um eine Tastenfunktion zu erweitern, wobei zunächst in bekannter Weise die Rotation und erfindungsgemäß zusätzlich auch die Translation, d. h. der Abstand des Magneten zum zweidimensionalen Magnetsensor erfasst und ausgewertet wird. Erfindungsgemäß wird der Gebermagnet mit einer an sich bekannten Schnappscheibe verbunden, um neben der Rückstellung des Gebermagneten eine haptische Rückmeldung zur Quittierung des Tastendrucks zu erreichen. Die Anordnung wird vorteilhaft so gewählt, dass der Druckpunkt der Schnappscheibe mit dem erfindungsgemäß eingeführten axialen Schaltpunkt des o. g. Magnetsensors zusammenfällt.
Mit dem so entstandenen Dreh-Druckschalter kann die Betriebssicherheit des Näherungsschalters ohne eine zusätzliche Taste wesentlich verbessert werden.
Die Erfindung wird anhand der Zeichnung näher erläutert
1 zeigt das Schnittbild eines Näherungsschalters mit zwei gleichartigen Dreh-Druckschaltern.
2 zeigt eine perspektivische Darstellung mit dem Dreh-Druckschalter in Explosionsdarstellung.
3 zeigt den erfindungsgemäßen Dreh-Druckschalter in einem vergrößerten Schnittbild.
Die 1 zeigt das Schnittbild eines erfindungsgemäßen Näherungsschalters mit zwei gleichen Dreh-Druckschaltern. Die Bezugszeichen 4 und 5 sind aus Platzgründen nur einmal angegeben. Der hier schematisch dargestellte Sensor 2 befindet sich am vorderen Ende des Gehäuses 1. Hierbei kann es sich um einen induktiven, kapazitiven, optischen Sensor oder um einen Ultraschallsensor handeln. Prinzipiell ist die Erfindung für alle parametrierbaren Näherungsschalter anwendbar. Die zumindest elektrisch mit dem Sensor 2 verbundene Auswerteeinheit 3 wird über die beiden Dreh-Druckschalter 4 parametriert, wobei die mechanische Bewegung der Dreh-Druckschalter 4 von den magnetischen Winkelsensoren 6 erfasst und in sowohl von der Winkelstellung des Magneten 5 als auch von seinem Abstand abhängige elektrische Steuerbefehle umgewandelt wird. Das vom Abstand des Magneten 5 abhängige vorzugsweise binäre Drucktastensignal wird vorteilhaft bei Überschreiten des Druckpunktes der Schnappscheibe 7 erzeugt.
Die 2 zeigt den Näherungsschalter mit einem erfindungsgemäßen Dreh-Druckschalter 4 in Explosionsdarstellung. Der Magnet 5 ist mit einer Schnappscheibe 7 verbunden, die sowohl für die haptische Rückmeldung an den Bediener als auch für das rücktreibende Moment nach jedem Tastendruck sorgt. Die Schnappscheibe 7 ist zwischen dem Magneten 5 und dem hier nicht dargestellten magnetischen Winkelsensor 6 angeordnet. Um das Magnetfeld möglichst wenig zu beeinflussen, wird die Schnappscheibe 7 vorteilhaft aus schwach magnetisierbarem Chrom-Nickel Stahl gefertigt.
Ein Mitnehmer 8 dient zur Führung des Magneten 5. Er weist wie der Magnet 5 an seiner Oberseite einen Schlitz zur formschlüssigen Aufnahme eines Schraubendrehers auf.
Er ist weiterhin von einem O-Ring 9 umgeben, der als Schutz gegen Verlieren und zur Dämpfung des Tastendrucks dient.
Der Magnet 5 ist vorzugsweise ein im Spritzgussverfahren hergestellter Permanentmagnet, der auch die äußere Kontur des Mitnehmers 8 aufweisen kann, so dass dieser überflüssig wird.
Die 3 zeigt den erfindungsgemäßen Dreh-Druckschalter in einem vergrößerten Schnittbild. Der Magnet 5 ist axial beweglich in einem selbst radial beweglichen Mitnehmer 8 gelagert, in diesem Fall verrastet, was die Montage erleichtern soll.
Der Magnet 5 weist einen Schlitz zur formschlüssigen Aufnahme eines Schraubendrehers oder eines anderen entsprechend geformten Werkzeugs auf, wobei der Schlitz ohne die Erfindung zu verlassen, auch nur am Mitnehmer 8 angebracht sein kann.
Der Mitnehmer 8 trägt weiterhin den bereits oben erwähnten O-Ring 9, der den beweglichen Teil des Dreh-Druckschalters in der Vertiefung festhält und zur Dämpfung der Drehbewegung dient.
Der radial und axial bewegliche Magnet 5 drückt bei Belastung auf die Schnappscheibe 7 und erzeugt beim Umschlagen der Schnappscheibe 7 durch die vorzugsweise aus Kunststoff bestehende, jedenfalls nicht magnetisierbare Gehäusewand hindurch eine plötzliche Änderung der magnetischen Feldstärke an dem im Inneren des Gehäuses 1 befindlichen Magnetsensor 6, der wie oben erläutert, auch die Drehbewegungen des Magneten 5 auswertet und als analoge oder digitale Parametrier- und/oder Steuersignale an die elektrische Schaltung 3 weitergibt.
Unter den genannten Parametrier- und/oder Steuersignalen soll jegliche Kommunikation mit der elektronischen Schaltung 3 zur Steuerung des Näherungsschalters, insbesondere die elektronische Verriegelung des magnetischen Winkelsensors 6 für weitere unbeabsichtigte Eingaben verstanden werden.
Bezugszeichenliste

1: Gehäuse
2: Sensor zur Erfassung eines Objekts, einer Schaltfahne oder eines sonstigen Targets
3: Elektronische Schaltung zur Erzeugung eines Schaltsignals
4: Magnetischer Drehschalter zur Parametrierung, magnetische Winkelsensor
5: Magnet, vorzugsweise spritzgegossener Permanentmagnet aus Hartferrit
6: Magnetsensor, magnetisches Potentiometer, vorzugsweise mit einem GMR-Sensor
7: Schnappscheibe (Knackfrosch)
8: Mitnehmer zur Führung des Magneten 5
9: O-Ring zur Dämpfung (Bremsmoment) aus einem Elastomer

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

DE 19602681 C1 [0002]
DE 19607199 C2 [0003]
DE 102011116910 A1 [0004]

Claims

Näherungsschalter mit einem Gehäuse (1), einem Sensor (2) zur Erfassung eines Objekts in einem Überwachungsbereich, einer elektronischen Schaltung (3) zur Auswertung des Sensorsignals und zur Erzeugung eines Schaltsignals, sowie einem Magnetschalter (4) mit einem drehbaren Magneten (5) und einem Magnetsensor (6) zur Parametrierung des Näherungsschalters, wobei der Magnet (5) drehbar in einer äußeren Vertiefung im Gehäuse (1) gelagert ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Magnet (5) zusätzlich axial verschiebbar ist und der Magnetsensor (6) neben der Drehung auch den Abstand des Magneten (5) erfasst und ein weiteres vom Abstand des Magneten (5) abhängiges Parametriersignal erzeugt, wobei unterhalb des Magneten (5) eine Schnappscheibe (7) zur haptischen Wahrnehmung eines Tastendrucks und zur Erzeugung einer rücktreibenden Kraft angeordnet ist.
Näherungsschalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Magnetsensor (6) das Parametriersignal bei Überschreiten des Druckpunktes der Schnappscheibe (7) erzeugt.
Näherungsschalter nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, der Magnet (5) an seiner Oberseite eine Ausnehmung zur formschlüssigen Aufnahme eines Werkzeugs zu seiner Verdrehung aufweist.
Induktiver Näherungsschalter nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Magnet (5) axial beweglich in einem selbst radial beweglichen Mitnehmer (8) gelagert ist, wobei der Mitnehmer (8) von einem O-Ring (9) umgeben ist, der den beweglichen Teil des Dreh-Druckschalters in der Gehäusevertiefung festhält und zur Dämpfung der Drehbewegung dient.
Induktiver Näherungsschalter nach einem der vorigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Magnet (5) ein im Spritzgussverfahren hergestellter Permanentmagnet ist.
Induktiver Näherungsschalter nach einem der vorigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Schnappscheibe (7) aus eine nicht oder nur sehr gering magnetisierbarem Werkstoff besteht.