DE19636742C2 - Einrichtung zur Einstellung eines definierten elektrischen Potentials auf einem Ferritkern eines induktiven Bauelementes und/oder zur Verringerung einer Bedämpfung des induktiven Bauelementes durch von dessen Magnetfeld induzierte Wirbelströme - Google Patents

Description

Einrichtung zur Einstellung eines definierten elektrischen Potentials auf einem Ferritkern eines induktiven Bauelementes und/oder zur Verringerung einer Bedämpfung des induktiven Bauelementes durch von dessen Magnetfeld induzierte Wirbelströme.

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Einrichtung zur Ein­ stellung eines definierten elektrischen Potentials auf einem Ferritkern eines induktiven Bauelementes und/oder zur Verrin­ gerung einer Bedämpfung des induktiven Bauelementes durch von dessen Magnetfeld induzierte Wirbelströme nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Bei induktiven Bauelementen können Probleme sowohl aufgrund eines undefinierten elektrischen Potentials auf dem Ferrit­ kern des Bauelementes als auch durch Bedämpfung des Bauele­ mentes durch von dessen Magnetfeld induzierte Wirbelstromverluste, auftreten. Dies ist bei­ spielsweise bei Induktivitäten für Schwingkreise von indukti­ ven Annäherungsschaltern der Fall. Derartige induktive Annä­ herungsschalter bzw. Sensoren enthalten als aktives Element ein induktives System aus einer elektrischen Wicklung und ei­ nem Ferritkern, der als Schalenkern ausgebildet ist. Durch den Schalenkern wird das durch den in der Wicklung fließenden elektrischen Strom erzeugte Magnetfeld so geführt und gerich­ tet, daß es nur an einer Seite aus dem Kern austritt. Befin­ det sich in der Nähe dieser Seite, d. h. der aktiven Fläche des Näherungsschalters ein Gegenstand aus elektrisch oder ma­ gnetisch leitendem Material, so wird das Magnetfeld defor­ miert. Aus dieser Deformation bzw. Beeinflussung wird ein elektrisches Schaltsignal des Näherungsschalters abgeleitet.

Für die Funktion des Näherungsschalters ist es entscheidend, daß sich der Ferritkern auf einem definierten elektrischen Potential befindet. Da Ferrite eine schlechte elektrische Leitfähigkeit besitzen (was aus dem Gesichtspunkt von Verlu­ sten im Kern an sich erwünscht ist), kommen übliche Methoden zur Potentialdefinition, beispielsweise das Anlöten von elek­ trischen Leitern, nicht in Betracht.

Man hat diesem Problem dadurch zu begegnen versucht, daß ein Metallstück unter Druck mit der Oberfläche des Ferritkerns in Kontakt gebracht wird. Dies hat jedoch den Nachteil, daß auf­ grund von unterschiedlichen Oberflächeneigenschaften von Fer­ riten undefinierte Oberflächenwiderstände entstehen. Die Streuung des Übergangswiderstandes von Ferrit zum Leiter ist dabei relativ groß. Es kann sich etwa eine Standardabweichung von 1,8 kOhm ergeben.

Aus der US 3 835 370 ist eine gedämpfte Spule bekannt, bei der die Spule parallel zu einem Widerstand geschaltet ist, der in Form einer die Spule umgebenden Röhre ausgebildet ist.

Ein weiteres Problem bei induktiven Annäherungsschaltern tritt dann auf, wenn als Gehäuse ein Metallrohr, insbesondere ein Edelstahlrohr, verwendet wird. Die in einem derartigen Gehäuserohr induzierten Wirbelströme bewirken eine Vorbedämp­ fung des Spulensystems des Näherungsschalters und senken da­ durch den maximalen Schaltabstand ab. Um die durch diese Wir­ belströme bedingte Bedämpfung des Spulensystems zu verrin­ gern, kann zwischen Spulensystem und Gehäuse ein Kupferring angeordnet werden, wodurch die Wirbelstromverluste wesentlich verringert werden, weil die elektrische Leitfähigkeit von Kupfer um Größenordnungen höher als die des üblicherweise verwendeten Gehäusematerials ist. Damit wird die Vorbedämp­ fung des Spulensystems gesenkt und in Folge dessen auch der mögliche Schaltabstand des Annäherungsschalters erhöht. Zu einer derartigen Ausgestaltung von induktiven Annäherungsschaltern wird auf "Sensoren in der Automatisierungstechnik" von G. Schnell, Vieweg Verlag, Braunschweig 1991, Seiten 5 bis 10 verwiesen.

Dabei tritt jedoch der Nachteil auf, daß die relativ großen Toleranzen des Ferrits - etwa 2 bis 3% - immer zu einem Spalt zwischen dem Metallring und der Ferritwand führen. Da­ durch wird ein unerwünschter Streufluß hervorgerufen und der Schaltabstand gesenkt. Da der Metallring eine bestimmte Min­ destdicke besitzen muß, werden darüber hinaus unter Berück­ sichtigung der vorgenannten Toleranzendes Ferritkerns die Ge­ samtabmessungen des Näherungsschalters vergrößert.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine die vorgenannten Nachteile nicht aufweisende Möglichkeit zur Potentialeinstellung und/oder Bedämpfungsverringerung von in­ duktiven Bauelementen anzugeben.

Diese Aufgabe wird bei einer Einrichtung der eingangs genann­ ten Art erfindungsgemäß durch die Maßnahme des kennzeichnen­ den Teils des Schutzanspruchs 1 gelöst.

Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand von Unteran­ sprüchen.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand von in den Figuren der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläu­ tert. Es zeigt:

Fig. 1 eine erste Ausführungsform eines Ferritkerns mit auf­ geklebter Metallschicht; und

Fig. 2 eine weitere Ausführungsform eines Ferritkerns mit aufgeklebter Metallfolie.

Fig. 1 zeigt schematisch einen Ferritkern 1 mit Mittelloch 2, wie er für eine Induktivität eines induktiven Näherungs­ schalters verwendbar ist.

Auf diesen Kern 1 ist erfindungsgemäß eine Metallschicht 3 mittels eines elektrisch leitfähigen und, im Betriebstempera­ turbereich des induktiven Bauelementes haftenden und tempera­ turbeständigen Klebers (aus Fig. 1 aus Übersichtlichkeits­ gründen nicht ersichtlich) aufgeklebt. Ein derartiger Kleber mit extrem hoher Leitfähigkeit, hoher Haftung sowie Tempera­ turbeständigkeit ist an sich bekannt und kommerziell erhält­ lich.

Die Metallschicht 3 kann ein kreisförmig ausgebildetes Kup­ ferplättchen vorgegebenen Durchmessers sein. Natürlich sind auch andere Formen, beispielsweise rechteckige Formen, unter­ schiedlicher Größe möglich.

Die erfindungsgemäße Maßnahme besitzt die folgenden Vorteile:

Es besteht eine sehr gute Haftung der Metallschicht auf der Ferritoberfläche.

Der Übergangswiderstand zwischen der elektrisch leitfähigen Metallschicht und dem Ferrit ist relativ gering. Praktische Messungen des Übergangswiderstandes zwischen einem Kupfer­ plättchen mit einem Durchmesser von 6 mm und Ferrit ergibt einen Wert von 3,67 kOhm gegenüber einem Wert von 5,39 kOhm bei der bisher verwendeten Methode des Anpressens eines Me­ tallplättchens.

Eine elektrische Verbindung kann durch thermische Verfahren, z. B. durch Löten, hergestellt werden.

Die Streuung des Übergangswiderstandes zwischen Ferrit und der Metallschichtoberfläche ist gering. Messungen des Über­ gangswiderstandes zwischen einem Kupferplättchen mit 6 mm Durchmesser und Ferrit haben eine Standardabweichung von 0,56 kOhm gegenüber einem Wert von 1,83 kOhm bei der bekannten Me­ thode ergeben.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Neuerung nach Fig. 2, in der gleiche Teile wie in Fig. 1 mit gleichen Bezugs­ zeichen versehen sind, wird auf die Oberfläche des Ferrit­ kerns 1 mittels eines Klebers 21 eine Metallfolie 20 aufge­ klebt. Damit ist das Problem der oben erläuterten Bedämpfung des induktiven Systems durch Wirbelströme gut beherrschbar. Durch den Kleber 21 ist die Metallfolie 20 praktisch direkt auf die Oberfläche des Ferritkerns aufgebracht. Daraus ergibt sich der Vorteil, daß keine Toleranzprobleme wie bei der be­ kannten Maßnahme der Verwendung eines Metallrings auftreten. Darüber hinaus können sehr dünne Schichten bis hinunter zu einigen 10 µm aufgebracht werden. In der Praxis kann die Dic­ ke z. B. 0,01 bis 0,1 mm betragen.

Claims (5)

1. Einrichtung zur Einstellung eines definierten elektrischen Potentials auf einem Ferritkern (1) eines induktiven Bauele­ mentes und/oder zur Verringerung einer Bedämpfung des induk­ tiven Bauelementes durch von dessen Magnetfeld induzierte Wirbelströme in Form einer auf dem Ferritkern (1) vorgesehen Me­ tallschicht (3; 20), dadurch gekennzeichnet, daß die Metallschicht (3; 20) mittels eines elektrisch leit­ fähigen und im Betriebstemperaturbereich des induktiven Bau­ elementes haftenden und temperaturbeständigen Klebers (21) auf den Ferritkern (1) geklebt ist.

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Metallschicht (3; 20) aus Kupfer besteht.

3. Einrichtung nach Anspruch 1 und/oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß als Metallschicht (3) ein Metallplättchen vorgesehen ist.

4. Einrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Metallplättchen (3) kreisförmig ausgebildet ist.

5. Einrichtung nach Anspruch 1 und/oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Metallschicht (20) in Form einer Folie ausgebildet ist.