-
Die Erfindung bezieht sich auf einen
induktiven Näherungsschalter
zur Bestimmung des Abstandes zwischen diesem und einem elektrisch
leitfähigen
Bauteil, bestehend aus mindestens einer von Wechselstrom durchflossener
Sendespule, durch die ein Magnetfeld gebildet ist, und aus mindestens
zwei Empfangsspulen, die durch das Magnetfeld der Sendespule jeweils
eine Spannung induziert erhalten.
-
Aus der
DE 100 03 913 A1 ist eine
Vorrichtung für
einen induktiven Näherungsschalter
mit großem
Schaltabstand bekannt, die aus einer Primärspule und einer Sekundärspule besteht.
Die Stirnflächen
der beiden Spulen sind fluchtend zueinander ausgerichtet. Beeinflusst
ein elektrisch leitfähiges Bauteil
das Magnetfeld der Primärspule,
entsteht ein Stromimpuls, mittels dem die Spannung in der Sekundärspule verändert wird.
Die Änderung
der beiden Magnetfelder an den Stirnseiten der Sekundärspule dient
als Differenzsignal und wird zur Steuerung von Funktionen verwendet.
-
Als nachteilig bei einer solchen
Vorrichtung hat es sich gezeigt, dass die Magnetfelder an den beiden
Stirnseiten der Sekundärspule
nicht nur durch das elektrisch leitfähige Bauteil, dessen Abstand
zu der Sekundärspule
zu messen ist, beeinflusst wird, sondern möglicherweise auch durch andere
elektrische leitfähige
Bauteile, die im Bereich dieser Magnetfelder unbeabsichtigt gelangen.
Folglich wird durch solche Störeinflüsse das
Differenzsignal negativ verändert,
so dass u.U. ein fehlerhafter Schaltabstand gemessen wird.
-
Des weiteren wird zwar das Magnetfeld
an einer Stirnseite der Sekundärspule
durch das elektrisch leitfähige
Bauteil verändert,
so dass die Schaltung unabhängig
von dem Material des Bauteiles erfolgt, jedoch kann der Schaltabstand
ausschließlich über das
Differenzsignal bestimmt werden, das jedoch für verschiedene Bauteile völlig unterschiedlich ausfällt. Es
ist demnach eine Einstellung der Steuerfunktionen erforderlich,
durch diese das Material des anzunähernden Bauteiles zu berücksichtigen
ist. Darüber
hinaus ist das elektrisch leitfähige
Bauteil exakt axial in Richtung auf die Stirnfläche der Sekundärspule zu
bewegen, damit das Magnetfeld in diesem Bereich verändert wird,
um eine Spannung in der Sekundärspule
zu erzielen.
-
Es ist daher Aufgabe der Erfindung,
den eingangs genannten induktiven Näherungsschalter derart weiterzubilden,
dass dieser exakt in die Annäherungsrichtung
des elektrisch leitfähigen
Bauteiles ausgerichtet ist und dass auf der gegenüberliegenden
Seite des Näherungsschalters
negative Störeinflüsse vermieden
sind. Des weiteren soll der Schaltabstand unabhängig vom Material des Bauteiles
einstellbar sein, und die Auswertung des erzeugten bzw. ermittelten
Schaltsignals soll sowohl analog als auch digital bewerkstelligt
werden können.
-
Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung
dadurch gelöst,
dass die Wicklungen der beiden Empfangsspulen entgegengesetzt zueinander
ausgerichtet sind, dass jeweils zwei Empfangsspulen an ein Messinstrument
angeschlossen sind und dass das Messinstrument mit einer Auswerteschaltung
verbunden ist.
-
Dadurch, dass dem Messinstrument
ein Signalverstärker
nachgeschaltet ist, der Bestandteil der Auswerteschaltung ist, und
dass der Signalverstärker an
einen Demodulator in der Auswerteschaltung angeschlossen ist, der
mit der Digitalschaltung verbunden ist, wird ein auswertbares digitales
Schaltsignal gewonnen, das an eine dritte Schaltung weitergegeben
werden kann.
-
Um aus dem Messsignal ein analoges
Signal zu erzeugen, ist dieses an einen Digitalsignalprozessor oder
an eine Analogrechenschaltung angeschlossen. Zur Verstärkung des
derart gewonnenen Messsignals ist zwischen dem Messinstrument und dem
Signalprozessor bzw. der Analogrechnerschaltung ein Signalverstärker und
ein Signaldemulator vorgesehen, so dass das derart gewonnene analoge Messsignal
einer Triggerschaltung zugeführt
wird und diese durch das Messsignal geschaltet werden kann.
-
Es ist besonders vorteilhaft, wenn
das Messinstrument als Pontentiometer oder als Halbleiterschaltung
ausgebildet ist.
-
Um für die Auswerteschaltung einen
verwertbaren Signalwert zu erhalten, sind die von den Empfangsspulen
erzeugten Wechselspannungen durch das Messinstrument aufsummierbar.
Es ist zweckmäßig, den
Wert des Wechselsignals, der am Messinstrument durch die Empfangsspulen
anliegt, auf einen festgelegten Wert einzustellen, so dass durch den
eingestellten Wert vorgegeben ist, aus welcher Richtung der Abstand
des elektrisch leitfähigen
Bauteils zu dem Näherungsschalter
zu messen ist.
-
Weitere vorteilhafte Weiterbildungen
der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.
-
Durch den erfindungsgemäßen induktiven Näherungsschalter
kann in vorteilhafter Weise der Schaltabstand zwischen diesem und
dem elektrisch leitfähigen
Bauteil bestimmt werden, ohne dass Störeinflüsse, die beispielsweise das
Magnetfeld der Empfangsspule, die entgegengesetzt zu der Abstandsmessungsrichtung
angeordnet ist, das Messergebnis negativ beeinflussen. Aufgrund
des eingestellten Vorspannungswertes am Messinstrument ist es nämlich möglich, den
Ausschlag, der durch das Einführen
des Bauteils in das Magnetfeld der ersten Empfangsspule erfolgt,
unverzüglich
zu messen, so dass der Wert zur Schaltung am Ende der Auswerteschaltung überschritten
wird. Wird dagegen das Magnetfeld der zweiten Empfangsspule beeinflusst, muß der Vorspannungswert
zunächst
ausgeglichen und darüber
hinaus auch ein weiterer Spannungswert erzeugt werden, um erneut
den Wert, der die Schaltung auslöst,
zu erreichen. Dies bedeutet jedoch, dass an der zweiten Empfangsspule
ein elektrisch leitfähiges
Bauteil sehr nahe an diese heranzuführen ist.
-
Darüber hinaus ist es vorteilhaft,
dass der Schaltabstand zwischen dem Näherungsschalter und dem elektrisch
leitfähigen
Bauteil unabhängig von
der Materialbeschaffenheit des Bauteiles ist, da sowohl Kupfer als
auch Stahl sowie andere metallische Bauteile das Magnetfeld der
jeweiligen Empfangsspule beeinflussen und eine Spannung induzieren,
die am Messinstrument verwertet wird. Folglich kann die Schaltung
derart eingestellt werden, dass diese ausschließlich abhängig ist vom Abstand, also von
der induzierten Spannung im Magnetfeld der jeweiligen Empfangsspule
und nicht von der Materialbeschaffenheit des in das Magnetfeld einzuführenden
Bauteils.
-
In der Zeichnung sind zwei erfindungsgemäße Ausführungsbeispiele
dargestellt, die nachfolgend näher
erläutert
werden. Im einzelnen zeigt:
-
1 ein
erstes Ausführungsbeispiel
eines induktiven Näherungsschalters
mit einer Sende- und zwei Empfangsspulen sowie einem an einer Auswerteschaltung
angeschlossenen Messinstrument, das elektrisch mit dem Näherungsschalter
verbunden ist,
-
2 ein
zweites Ausführungsbeispiel
eines induktiven Näherungsschalters,
der mit einem Messinstrument elektrisch verbunden ist, das an eine
Auswerteschaltung angeschlossen ist, die ein analoges Schaltsignal
erzeugt,
-
3 das
von der Auswerteschaltung gemäß 1 erzeugte Spannungssignal
in Abhängigkeit
von dem Abstand des zu erfassenden Bauteils zu der Empfangsspule
und
-
4 das
von der Auswerteschaltung gemäß 2 erzeugte analogen Signal
in Abhängigkeit von
der zu induzierten Spannung und dem Abstand des zu erfassenden Bauteils.
-
Aus 1 ist
ein induktiver Näherungsschalter 1 zur
Bestimmung des Abstandes zwischen diesem und einem elektrisch leitfähigen Bauteil 4 zu
entnehmen. Der induktive Näherungsschalter 1 besteht hierbei
aus einer von Wechselstrom durchflossenen Sendespule 2,
durch die ein Magnetfeld 12 gebildet ist und aus mindestens
zwei Empfangsspulen 3, die durch das Magnetfeld 12 der
Sendespule 2 eine Spannung induziert erhalten.
-
Die beiden Empfangsspulen 3 sind
zusammen mit der Sendespule 2 auf einer ihrer Stirnseiten geerdet
angeschlossen und mit der anderen abgehenden Leitung mit einem Messinstrument 5 elektrisch
gekoppelt. Das Messinstrument 5 ist an eine Auswerteschaltung 6 angeschlossen,
die aus einem Signalverstärker 7,
einem Demodulator 8 und einer Triggerschaltung 9 besteht
und die in Reihe zueinander geschaltet sind. Das aus der Auswerteschaltung 6 abgegebene
Signal wird einem Gerät 10 zugeführt, das
durch das Signal der Auswerteschaltung 6 zwischen zwei
Positionen geschaltet werden kann.
-
Die Funktionsweise des induktiven
Näherungsschalters 1 und
die Verwertung des derart gewonnenen Messsignals wird nachfolgend
wie folgt beschrieben: Die beiden Empfangsspulen 3 weisen jeweils
eine Wicklung 11 auf, die zueinander entgegengesetzt ausgerichtet
sind. Das durch die Sendespule 2 erzeugte Magnetfeld beeinflusst
die beiden Empfangsspulen 3 derart, dass in diese eine
gegenpolige Spannung induziert wird. Idealisiert betrachtet, ist
der induzierte Spannungswert in den beiden Empfangsspulen 3 betragsmäßig gleich
groß. Aufgrund
von Herstellungs- und Fertigungsfehlern ist jedoch davon auszugehen,
dass die induzierten Spannungswerte an den Empfangsspulen 3 unterschiedlich
sind. Somit misst das Messinstrument 5 einen bestimmten
Spannungswert, der als Summe der beiden an den Empfangsspulen 3 induzierten
Spannungen gebildet ist.
-
Dieser Spannungswert am Messinstrument 5 kann
jedoch auch voreingestellt werden, so dass die Empfangsspule 3 einen
höheren
induzierten Spannungswert aufweist, die den Abstand zu dem Bauteil 4 messen
soll; in 1 und 2 ist dies die Empfangsspule 3,
die am nächsten
zu dem Bauteil 4 angeordnet ist.
-
Wird nunmehr das Bauteil 4 in
das Magnetfeld dieser Empfangsspule 3 eingeführt, erhöht sich der
am Messinstrument 5 zu messende Spannungswert, der in der
Auswerteschaltung 6 durch den Signalverstärker 7 vergrößert wird.
Der Demodulator 8 in der Auswerteschaltung 6 wandelt
das Wechselstromsignal in ein Gleichstromsignal um, so dass dieses
einen Wert erhält,
der unterhalb einem an der Triggerschaltung 9 einzustellenden
Grenzwertsignal liegt. Verändert
nunmehr das Bauteil 4 den Spannungswert an der dieser gegenüberliegenden
Empfangsspule 3, überschreitet
der demodulierte Triggerschaltungswert 9 den eingestellten
Grenzwert, so dass ein Signal zur Schaltung an das Gerät 10 weitergegeben wird.
Somit erfolgt eine Schaltung und das elektrisch leitfähige Bauteil 4 wird,
beispielsweise aufgrund der Umschaltung der Drehungsrichtung des
Antriebsmotors für
das Bauteil 4, von dem induktiven Näherungsschalter 1 wegbewegt.
-
Negative Störeinflüsse, die beispielsweise in dem
Magnetfeld der Empfangsspule 3 absichtlich oder unabsichtlich
auftreten, führen
nicht zu einer Schaltung des Gerätes 10,
denn die dem Bauteil 4 am weitesten entfernt angeordnete
Empfangsspule 3 beeinflußt zwar den am Messinstrument 5 eingestellten
Spannungswert, jedoch ist zunächst
der Nullpunkt am Messinstrument 5 aufgrund einer Annäherung an
dieser Empfangsspule 3 zu durchlaufen und weiter zu erhöhen, um
einen Schaltungsvorgang an der Triggerschaltung 9 zu erreichen.
Dies bedeutet, dass ein störendes
Bauteil sehr nahe an die Empfangsspule 3 heranzuführen ist,
um eine solche Schaltung am Gerät 10 zu
bewirken.
-
In 2 ist
der identische Näherungsschalter 1 gemäß 1 dargestellt, jedoch ist
die Auswerteschaltung 6' mit
einem Signalprozessor 13 ausgestattet. Das vom Messinstrument 5 abgegebene
Signal wird erneut durch den Verstärker 7 und den Demodulator 8 verstärkt bzw.
in ein Gleichstromsignal umgewandelt, bevor dieses dem Signalprozessor 13 zugeführt wird.
-
Der Signalprozessor 13 bzw.
eine Analogrechenschaltung erzeugt aus dem nicht linearen, analogen
Messsignal ein analoges, lineares Messsignal, das wiederum einem
Verstärker 7 zugeführt wird. Durch
das analoge Messsignal ist eine exakte Zuordnung zwischen dem Abstand
des Bauteils 4 und der am nächsten liegenden Empfangsspule 3 des
induktiven Näherungsschalters 1 in
Abhängigkeit
des gemessenen Spannungswertes möglich.
-
In 3 ist
das an den Demudulator 8 vorhandene Messsignal in Abhängigkeit
vor den Abstand und der ermittelten Spannung dargestellt. Es wird
deutlich, dass durch das nicht lineare, analoge Messsignal nur sehr
schwer ein bestimmter Abstandswert zwischen dem Bauteil 4 und
der am nächsten
liegenden Empfangsspule 3 ermittelbar ist, da es sich hierbei
um eine parabolische Funktion handelt. Folglich ist dieses Messsignal
lediglich für zwei
bestimmte Positionen aussagekräftig,
die an der Triggerschaltung anhand einer Grenzwertspannung eingestellt
werden können.
Liegt demnach der Abstand des Bauteiles 4 unter einem vorbestimmten Abstandswert,
wird die Triggerschaltung 9 nicht aktiviert. Übersteigt
jedoch das Messsignal einen voreingestellten Spannungswert, schaltet
die Triggerschaltung 9, so dass das Gerät 10 in umgekehrte
Richtung, also vom Näherungsschalter 1 wegbewegt wird.
-
In 4 ist
das Messsignal der Auswerteschaltung 6' gemäß 2 dargestellt. Der Signalprozessor 13 hat
das nicht lineare, analoge Messsignal in ein analoges, lineares
Messsignal umgewandelt. Aus einer derart erzeugten linearen Funktion
kann der Benutzer ohne weiteres anhand der ermittelten Messsignalspannungswerten
den Abstand zwischen dem Bauteil 4 und dem induktiven Näherungsschalter 1 ablesen.
Die Umwandlung des Messsignals in ein analoges Signal ermöglicht damit
einen wesentlich größeren Einsatzbereich
des induktiven Näherungsschalters 1.