DE102015221342A1

DE102015221342A1 - Induktiver Näherungsschalter

Info

Publication number: DE102015221342A1
Application number: DE102015221342.0A
Authority: DE
Inventors: Manfred Strobel; Kai Hingst
Original assignee: IFM Electronic GmbH
Current assignee: IFM Electronic GmbH
Priority date: 2015-10-30
Filing date: 2015-10-30
Publication date: 2017-05-04
Anticipated expiration: 2035-10-31
Also published as: DE102015221342B4

Abstract

Induktiver Näherungsschalter mit einer Sensorspule 1 zur Erzeugung eines magnetischen Wechselfeldes zum Nachweis eines elektrisch leitfähigen Targets in einem Überwachungsbereich, mit einer Oszillatorschaltung 2 zur Speisung der Sensorspule 1 und einer mit der Sensorspule 1 verbundenen Auswerteschaltung 3 zur Erzeugung eines binären Schaltsignals, wobei der Hochpunkt 4 der Sensorspule 1 mit dem Ruhekontakt 5 eines Relais 6 verbunden ist, wobei das Relais 6 bei Anliegen einer Betriebsspannung Ub stets geöffnet und im gegenteiligen Fall stets geschlossen ist, und so im ausgeschalteten Zustand als innerer Blitzschutz wirkt.

Description

Die Erfindung betrifft einen berührungslos arbeitenden induktiven Näherungsschalter gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Berührungslos arbeitende Näherungsschalter werden als elektronische Schaltgeräte vor allem in der Automatisierungstechnik eingesetzt. Sie sind seit langem bekannt und werden u. a. auch von der Anmelderin hergestellt und vertrieben.
Sie bestehen im Wesentlichen aus einem Sensor zur Erfassung von vorzugsweise elektrischen, aber auch optischen oder sonstigen physikalischen Eigenschaften von beweglichen Objekten, wobei die Änderung der betreffenden physikalischen Größe als Maß für die Annäherung eines Objekts dient, und einer Steuereinheit, die bei Erreichen eines Schwellwertes ein vorzugsweise binäres Schaltsignal erzeugt.
Induktive Näherungsschalter weisen mindestens eine Sensorspule auf und können sowohl mit Stromimpulsen als auch mit kontinuierlichem, meist sinusförmigen Wechselstrom betrieben werden. Dabei kann die Spule Bestandteil eines Oszillators sein und so die Frequenz bestimmen. Die Sendespule kann aber auch von einem Generator mit pulsförmigem oder sinusförmigem Strom versorgt werden.
Der Sensor kann auch als Transformator, insbesondere als Differentialtransformator aufgebaut sein, und somit weitere Sende- oder Empfangsspulen aufweisen.
Ausgewertet wird die Änderung der Induktivität und/oder die Impedanz einer Spule, bzw. der Koppelfaktor zwischen zwei oder mehreren Spulen.
Obwohl induktive Näherungsschalter meistens in geschlossenen Räumen eingesetzt werden, gibt es Anwendungen im Freien, insbesondere bei Seilbahnen oder Skiliften, wo sie die Lage der Stahlseile überwachen und besonders im Hochgebirge Gewittern und damit auch Blitzschlägen ausgesetzt sind.
Wie sich gezeigt hat, kann es dabei zu induktiven oder auch kapazitiven Kopplungen mit Signalleitungen und damit zu Schäden an empfindlichen Bauelementen kommen. Besonders gefährdet sind mit Sensorspulen verbundene Verstärkereingänge, weil hier durch deren Induktivität hohe transiente Überspannungen entstehen können.
Als Randbedingung sei vermerkt, dass Gewitter meistens nachts auftreten, wenn die Seilbahn geschlossen ist, oder die Seilbahn wegen der Gewitter geschlossen wird, so dass der induktive Sensor auf jeden Fall problemlos abgeschaltet werden kann.
Die DE 20 2004 020 723 U1 zeigt eine Blitzschutzvorrichtung mit einem Relais. Sie mit einer ist mit einer Steuereinrichtung verbunden, so dass ein Verbraucher bei Gefahr oder aus anderen Gründen vom Wechselstromnetz getrennt werden kann. Ihre Steuerung ist programmierbar, so dass der Benutzer verschiedene Programme mit unterschiedlichen Zeitvorgaben einstellen kann.
Diese Anordnung mit einem im Freien montierten induktiven Näherungsschalter zu verbinden, würde nichts nützen weil die o. g. Verstärkereingänge nicht ausreichend geschützt wären.
Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, den Blitzschutz für im Freien montierte induktive Näherungsschalter zu verbessern.
Diese Aufgabe wird mit den kennzeichnenden Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst. Die Unteransprüche betreffen die vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung.
Der wesentliche Erfindungsgedanke besteht darin, die Sensorspule als innerer Blitzschutz galvanisch mit Relaiskontakten kurzzuschließen, wobei vorteilhaft ein Ruhekontakt verwendet wird, der beim Abschalten oder bei Stromausfall von selbst in den sicheren Zustand übergeht.
Natürlich kann dieser Vorgang auch gesteuert ablaufen, oder ein stromsparendes, bistabiles Relais, oder auch ein Stromstoß-Relais mit der entsprechenden Steuerung eingesetzt werden.
Nachfolgend wird die Erfindung anhand Die Erfindung anhand der Zeichnung näher erläutert.
Es zeigen schematisch:
1 einen induktiven Näherungsschalter mit einem Blitzschutzrelais,
2 die Anwendung eines Blitzschutzrelais mit einem Wechselschalter,
3 ein für einen erfindungsgemäßen Näherungsschalter geeignetes Gehäuse.
Die 1 zeigt die wesentlichen Baugruppen des induktiven Näherungsschalters. Die Sensorspule 1 bildet mit dem Kondensator C einen Schwingkreis, der von einer als negativer Widerstand wirkenden Oszillatorschaltung 2 gespeist, d. h. entdämpft wird. Dargestellt ist eine Stromspiegelschaltung, die keine Spulenanzapfung benötigt und im unteren Stromspiegel eine komfortable Abgleichmöglichkeit durch einen Widerstand RA bietet. Der obere Stromspiegel dient zur Rückkopplung. Näheres ist in der DE 196 50 793 C1 offenbart.
Die Auswerteschaltung 3 steuert die Oszillatorschaltung 2, insbesondere deren Amplitude über den Abgleichwiderstand RA, beispielsweise mit einem elektronischen Potentiometer 8 oder auch einer Widerstandsmatrix.
Die Oszillatorschaltung 2 und die Auswerteschaltung 3 sind gemeinsam in einem kundenspezifischen Schaltkreis 7 (ASIC) untergebracht, ohne die Erfindung darauf zu beschränken. Wie oben erwähnt, enthält der ASIC 7 eine Steuerbaugruppe 3 mit einem Schwellwertschalter (Trigger) und einen nicht dargestellten Logik-Baustein, beispielsweise einen Mikrocontroller.
Da der Oszillatorstrom durch den Abgleichwiderstand RA festgelegt ist, fällt die Amplitude bei Anwesenheit einer Schaltfahne im Überwachungsbereich, was bei Unterschreitung einer vorgegeben Schaltschwelle zur Erzeugung eines binären Schaltsignals führt, das über elektronische Schalter 9 ausgegeben wird, die am Ausgang A ein antivalentes Schaltsignal erzeugen, ohne die Erfindung darauf zu beschränken. Der Anschluss S dient zur Kommunikation mit einer Steuereinheit.
Darüber hinaus können mit Hilfe verschiedenfarbiger LEDs Lichtsignale erzeugt werden, die den Schaltzustand, einen Fehler, oder ein sonstiges Signal ausgeben.
Das Relais 6 dient erfindungsgemäß als inneren Blitzschutz für den induktiven Näherungsschalter, insbesondere für die empfindliche Oszillatorschaltung 2 und damit auch für den Schaltkreis 7.
Zu diesem Zweck ist der Ruhekontakt 5 des Blitzschutzrelais 6 ist mit dem Hochpunkt der Sensorspule 1 verbunden. Somit ist der Relaiskontakt 5 bei fehlender Betriebsspannung stets geschlossen, und der Hochpunkt der Sensorspule 1 geerdet.
Erst nach Freigabe durch den ASIC 7 wird der Kurzschluss über der Sensorspule 1 aufgehoben, und der Sensor damit in den Betriebszustand versetzt. So kann der Blitzschutzkontakt 5 durch ein Signal über den Steuereingang S geöffnet oder auch geschlossen werden.
In einer ersten Ausgestaltung wird der Basiswiderstand RB des Schalttransistors T1 mit Masse verbunden, so dass die Sensorspule bei Anlegen der Betriebsspannung sofort freigegeben wird.
In einer weiteren Ausgestaltung kommt ein bistabiles Relais 6 zu Einsatz, was den Betriebsstrom erheblich senkt, allerdings einen weiteren Schalttransistor und einen Speicherkondensator erforderlich macht, um das Relais 6 bei fallender oder sogar fehlender Betriebsspannung sicher umzuschalten.
Das Gehäuse ist vorzugsweise quaderförmig und weist Befestigungsbohrungen auf.
2 zeigt die Anwendung eines Blitzschutzrelais 6 mit einem Wechselschalter, bei dem der Hochpunkt der Sensorspule 2 mit der Kontaktzunge des Relais 6 verbunden ist. Der Ruhekontakt 5 (NC) ist wie in 1 mit Masse, und der Arbeitskontakt NO mit den ASIC 7 verbunden.
So ist der Hochpunkt der Sensorspule 2 nicht nur im Ruhezustand geerdet, sondern auch von der übrigen Schaltung, insbesondere vom ASIC 7, getrennt.
Die Bewegung der Kontaktzunge 5 des Relais 6 erfolgt vorteilhaft rechtwinklig zu der bevorzugten mechanischen Bewegungsrichtung 10 am Einsatzort des Gerätes, und wirkt so einem unerwünschten Kontaktschluss bei Erschütterung entgegen.
3 zeigt ein für einen erfindungsgemäßen Näherungsschalter geeignetes Gehäuse in perspektivischer Darstellung. Die Frontfläche mit der Sensorspule befindet sich unten. Weiterhin erkennt man Kabeldosen für die elektrischen Anschlüsse, sowie diverse Befestigungsbohrungen.
Bezugszeichenliste

1: Sensorspule
2: Oszillatorschaltung
3: Auswerteschaltung mit einem Trigger und einer Steuereinheit
4: Hochpunkt der Sensorspule 1
5: Ruhekontakt des (Blitzschutz) – Relais 6
6: (Blitzschutz) – Relais, vorzugsweise bistabil
7: Auswerteschaltkreis mit Oszillator, Trigger und Logik-Baustein (ASIC, FPGA)
8: Elektronisches Potentiometer zur Einstellung des Oszillatorstroms
9: Elektronische Schalter zur Erzeugung des (antivalenten) binären Schaltsignals
10: Mechanische Bewegungsrichtung

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 202004020723 U1 [0010]
DE 19650793 C1 [0021]

Claims

Induktiver Näherungsschalter mit einer Sensorspule (1) zur Erzeugung eines magnetischen Wechselfeldes zum Nachweis eines elektrisch leitfähigen Targets in einem Überwachungsbereich, mit einer Oszillatorschaltung (2) zur Speisung der Sensorspule (1) und einer mit der Sensorspule (1) verbundenen Auswerteschaltung (3) zur Erzeugung eines binären Schaltsignals, dadurch gekennzeichnet, dass der Hochpunkt (4) der Sensorspule (1) mit dem Ruhekontakt (5) eines Relais (6) verbunden ist, wobei das Relais (6) bei Anliegen einer Betriebsspannung Ub stets geöffnet und im gegenteiligen Fall stets geschlossen ist, und so im ausgeschalteten Zustand als innerer Blitzschutz wirkt.
Induktiver Näherungsschalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Relais (6) ein bistabiles Relais ist, und derart angesteuert wird, dass es beim dem Anlegen der Betriebsspannung Ub geöffnet und beim Abschalten geschlossen wird.
Induktiver Näherungsschalter nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Relais (6), so angeordnet ist, dass die Bewegungsrichtung der Kontaktzunge des Kontakts (5) rechtwinklig zu der bevorzugten Bewegungsrichtung (10) am Einbauort des Näherungsschalters verläuft.
Induktiver Näherungsschalter nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass zwei Relais (6) vorhanden sind, deren Ruhekontakte (5) parallel und deren Arbeitskontakte seriell miteinander verknüpft sind.
Induktiver Näherungsschalter nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Relais (6), genauer deren Kontaktzungen, rechtwinklig zueinander angeordnet sind.