DE10353990B4

DE10353990B4 - Induktiver Näherungssensor

Info

Publication number: DE10353990B4
Application number: DE10353990A
Authority: DE
Inventors: Olaf Dr. Machul; Torsten Neuhäuser; Frank Gutmann
Original assignee: Sick AG
Current assignee: Sick AG
Priority date: 2003-11-19
Filing date: 2003-11-19
Publication date: 2008-02-14
Anticipated expiration: 2023-11-20
Also published as: DE10353990A1

Abstract

Induktiver Näherungssensor mit einer Spule und einem weichmagnetischen Kern, wobei der Kern aus einem funktionalen Kunststoff besteht, der weichmagnetische Eigenschaften besitzt, dadurch gekennzeichnet, dass die Spule mit diesem Kunststoff umspritzt ist und dass der Kern eine oberflächlich freiliegende aktive Sensorfläche bildet.

Description

Die Erfindung betrifft einen induktiven Näherungssensor gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Induktive Näherungssensoren weisen einen Schwingkreis mit einer Spule auf, in der Regel einen LC-Schwingkreis. Die Spule dieses Schwingkreises erzeugt ein hochfrequentes elektromagnetisches Wechselfeld. Dieses Feld tritt an der aktiven Oberfläche des Sensors aus. Nähert sich ein metallisches Objekt der aktiven Sensoroberfläche oder nähert sich diese Sensorfläche einem metallischen Objekt, so wird dem Schwingkreis Energie entzogen und die Schwingungen werden gedämpft. Diese Dämpfung wird durch eine elektronische Signalauswertung umgesetzt, um z.B. ein Schalt- oder Steuersignal zu erzeugen.
Die bekannten induktiven Näherungssensoren weisen eine Spule mit einem weichmagnetischen Kern auf, die im allgemeinen zusammen mit einer Leiterplatte, die die Elektronik der Signalauswertung trägt, in einem Gehäuse vereinigt sind. Der weichmagnetische Kern ist vorzugsweise ein gesinteter Ferrit-Kern.
Der Ferrit-Kern ist eine Standard-Komponente, die für einen universellen Verwendungszweck konzipiert ist. Die Verwendung eines Ferrit-Kerns macht den Näherungssensor sowohl in Bezug auf die Materialkosten als auch in Bezug auf die Montage aufwendig. Das Sintermaterial des Ferrit-Kernes ist spröde, so dass der Näherungssensor stoßanfällig ist. Die Spule mit dem Ferrit-Kern wird daher in ein Kunststoff-Gehäuse eingegossen. Die Wandstärke der Kunststoff-Umhüllung verringert den wirksamen Schaltabstand zwischen dem Näherungssensor und dem Objekt und beschränkt dadurch die Verwendungsmöglichkeiten.
Als Stand der Technik werden die DE 101 39 707 A1 , DE 100 06 422 A1 und DE 196 21 003 A1 genannt.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen induktiven Näherungssensor zu schaffen, der kostengünstig hergestellt werden kann und eine flexible Anpassung an den Anwendungsfall ermöglicht.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch einen induktiven Näherungssensor mit den Merkmalen des Anspruchs 1.
Vorteilhafte Ausführungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.
Bei dem erfindungsgemäßen Näherungssensor wird für den weichmagnetischen Kern der Spule ein funktionaler Kunststoff mit weichmagnetischen Eigenschaften verwendet, mit welchem die Spule umspritzt wird. Der Kunststoff ist vorzugsweise ein mit einem weichmagnetischen Füllstoff beladener Kunststoff, insbesondere ein thermoplastischer Kunststoff. Der weichmagnetische Füllstoff kann insbesondere aus Ferrit-Partikeln bestehen.
Die Spule wird im Spritzgussverfahren mit dem weichmagnetischen Kern umspritzt. Dadurch ist es möglich, die Form der Spule und die Form des Kernes der jeweiligen Anwendung optimal anzupassen. Die Geometrie des Kernes kann flexibel ausgelegt werden und kann praktisch ausschließlich nach dem gewünschten Feldlinienverlauf des elektromagnetischen Feldes optimiert werden.
Der den Kern bildende Kunststoff ist mechanisch widerstandsfähig und nicht empfindlich gegen Schlag oder sonstige mechanische Beschädigung. Außerdem ist der Kunststoff gegen chemische und insbesondere korrodierende Einflüsse unempfindlich. Dadurch ist es möglich, die durch den Kern gebildete aktive Sensorfläche an die freiliegende Oberfläche des Näherungssensors zu verlegen. Da kein abdeckendes Material auf der aktiven Sensoroberfläche aufgebracht werden muss, können die Abmessungen des Näherungssensors verkleinert werden. Außerdem reduziert keine solche abdeckende Materialschicht den möglichen Schaltabstand zwischen der Sensorfläche und dem abzutastenden Objekt. Es können somit größere Schaltabstände realisiert werden, was zusätzlich durch die freie Gestaltungsmöglichkeit des Kerns und der Spule begünstigt wird. Auch eine unmittelbare Annäherung von abzutastendem Objekt und freiliegender aktiver Sensorfläche ist möglich, so dass auch Näherungssensoren für geometrisch minimierte Anwendungen gebaut werden können.
Die Herstellung und die Montage des Näherungssensors sind äußerst kostengünstig. Anstelle eines kostenaufwendigen gesinterten Ferrit-Kernes kann ein preisgünstiger Kunststoff verwendet werden. Der Kern und die Spule müssen nicht gesondert montiert werden, da die Spule im Spritzgussverfahren mit dem Kunststoffmaterial des Kerns umspritzt wird.
Die Spule kann als gewickelte Spule ausgebildet sein, die in die Spritzgussform eingelegt und umspritzt wird.
Ebenso ist es möglich, die Spule als Flachspule auszubilden, die auf eine Leiterplatte aufgedruckt wird. Diese Leiterplatte trägt vorzugsweise auch die Elektronik für die Signalauswertung und -verstärkung. Die Leiterplatte mit der aufgedruckten Spule wird in die Spritzgussform eingelegt, um die Spule mit dem weichmagnetischen Kunststoff zu umspritzen. Hierbei kann die Leiterplatte im Inneren der Spule einen Durchbruch aufweisen, der durch das weichmagnetische Kunststoffmaterial ausgefüllt wird. Dadurch kann eine ausreichende Masse des weichmagnetischen Kerns erhalten werden, ohne dass die Stärke der Leiterplatte wesentlich vergrößert wird.
Ein weiterer Vorteil ergibt sich, wenn der den Kern bildende Kunststoff gleichzeitig einstückig als Gehäuse oder Gehäuseteil des Näherungssensors ausgebildet ist. Dadurch wird ein gesondertes Gehäuse eingespart. Außerdem können hierbei in demselben Spritzguss-Arbeitsgang sowohl der Kern der Spule als auch das Gehäuse des Näherungssensors hergestellt werden.
In einer weiteren vorteilhaften Ausführung kann der aus Kunststoff bestehende Kern oder auch das einstückig mit dem Kern ausgebildete Gehäuse oder Gehäuseteil materialeinheitlich mit Montagehilfsmitteln ausgebildet sein. Solche Montagehilfsmittel können Schnappverbindungen beispielsweise Rastfedern oder Rastzungen, Steckstifte oder dergleichen sein, mit welchen die Spule mit dem Kern mit weiteren Bauteilen montagemäßig verbunden werden kann. Beispielsweise können die Spule und der Kern mittels dieser Verbindungsmittel mit der die Elektronik tragenden Leiterplatte verbunden, z.B. verrastet werden. Auch eine entsprechende Verbindung mit anderen Gehäuseteilen ist möglich, in die der Näherungssensor eingesetzt wird. Die Integrierung von Verbindungsmitteln in den Kern bzw. das Gehäuse der Spule dient zur weiteren Minimierung der Bauabmessungen und zur Reduzierung der Herstellungs- und Montagekosten.

Claims

Induktiver Näherungssensor mit einer Spule und einem weichmagnetischen Kern, wobei der Kern aus einem funktionalen Kunststoff besteht, der weichmagnetische Eigenschaften besitzt, dadurch gekennzeichnet, dass die Spule mit diesem Kunststoff umspritzt ist und dass der Kern eine oberflächlich freiliegende aktive Sensorfläche bildet.
Näherungssensor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Kunststoff ein mit einem weichmagnetischen Füllstoff beladener thermoplastischer Kunststoff ist.
Näherungssensor nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Füllstoff aus Ferrit-Partikeln besteht.
Näherungssensor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Kunststoff des Kerns einstückig ein Gehäuse oder Gehäuseteil des Näherungssensors bildet.
Näherungssensor nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse materialeinheitlich integrierte mechanische Verbindungs- oder Befestigungsmittel aufweist.
Näherungssensor nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbindungsmittel Bestandteile einer Schnappverbindung sind.
Näherungssensor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Spule als Flachspule auf eine Leiterplatte gedruckt ist und dass die Spule und zumindest die die Spule tragenden Teile der Leiterplatte mit dem Kunststoff umspritzt sind.
Näherungssensor nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Leiterplatte die Elektronik der Signalauswertung trägt und diese mit der Spule verschaltet.