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Die
Erfindung betrifft einen Näherungsschalter,
insbesondere einen induktiven Näherungsschalter,
mit zumindest einem Sensorteil und mit einem von dem Sensorteil
körperlich
getrennten Elektronikteil. Weiter betrifft die Erfindung ein Verfahren
zum Abgleichen eines elektronischen Näherungsschalters, insbesondere
eines induktiven Näherungsschalters
mit einem Sensorteil und einem von dem Sensorteil körperlich
getrennten Elektronikteil.
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Näherungsschalter,
und zwar sowohl induktive als auch kapazitive Näherungsschalter, haben für den industriellen
Einsatz nahezu ideale Voraussetzungen. Ihre Arbeitsweise ist berührungslos
und damit verschleißfrei,
sie ermöglichen
hohe Schaltfrequenzen und Schaltgenauigkeiten und sind unempfindlich
gegenüber
Vibrationen, Staub und Feuchtigkeit. Aus diesem Grunde sind Näherungsschalter
millionenfach im Einsatz und beweisen seit Jahrzehnten ihre Zuverlässigkeit
in allen Bereichen. Diese geradezu universelle Einsatzmöglichkeit
von Näherungsschaltern
bedingt jedoch eine Vielzahl von unterschiedlichen Näherungsschaltertypen,
die auf den jeweiligen Anwendungsfall hin optimiert sind.
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Ein
Hersteller von Näherungsschaltern
ist somit gezwungen, den Wünschen
der unterschiedlichen Kunden entsprechend eine Vielzahl von unterschiedlichen
Näherungsschaltertypen
anzubieten. Mit der Anzahl der unterschiedlichen Näherungsschaltertypen
steigt auch der Aufwand bei der Montage und Fertigung der einzelnen
Näherungsschalter sowie
die Anzahl der sich auf Lager vorrätig befindlichen Näherungsschalter.
Um die Anzahl der zu fertigen Bauteile zu reduzieren, wird versucht,
einzelne Bauteile so auszugestalten, daß sie für verschiedene Näherungsschaltertypen
verwendet werden können. So
werden beispielsweise die gleichen Gehäuse für verschiedene Näherungsschaltertypen
verwendet, oder es werden Gehäuse
modulartig aus einem hülsenförmigen Gehäuseteil
und einem Deckel oder Endstück
zusammengesetzt (vgl. deutsches Gebrauchsmuster 296 11 527).
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Aus
der deutschen Offenlegungsschrift 42 13 926 sind Näherungssensoren
bekannt, die in Kraftfahrzeugstoßstangen Verwendung finden.
Diese Näherungssensoren
sind zweiteilig aufgebaut und weisen insofern ein Sensorteil und
ein von dem Sensorteil getrenntes Elektronikteil auf. Sowohl das
Elektronikteil als auch das Sensorteil weisen jeweils ein Abgleichelement
auf, wobei das im Sensorteil des Näherungsschalters befindliche
Abgleichelement zum Ableich der Resonanzfrequenz des Sensorsteils
auf die Resonanzfrequenz eines Oszillators des Elektronikteils dient
und das Abgleichelement im Elektronikteil des Näherungsschalters zur Einstellung
des Schaltabstandes dient; der Schaltabstand kann folglich ausschließlich vom
Elektronikteil des Näherungsschalters
aus eingestellt werden.
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Der
vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Fertigung
und Montage von unterschiedlichen Näherungsschaltertypen zu vereinfachen.
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Die
zuvor hergeleitete und aufgezeigte Aufgabe ist nach einer ersten
Lehre der Erfindung dadurch gelöst,
daß bei
dem eingangs beschriebenen Näherungsschalter
das Sensorteil und das Elektronikteil jeweils ein Abgleichelement
zum separaten Einstellen eines Schaltabstandes aufweisen. Gemäß einer
zweiten Lehre der Erfindung ist bei dem eingangs beschriebenen Verfahren
zum Abgleich eines elektronischen Näherungsschalters die zuvor
aufgezeigte Aufgabe gelöst,
indem das Sensorteil und das Elektronikteil jeweils ein Abgleichelement
aufweisen, wobei der Schaltabstand über das Sensorteil und das Elektronikteil
separat eingestellt wird.
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Näherungsschalter,
die bekanntermaßen
berührungslos
arbeiten, indizieren, ob sich ein Beeinflussungselement, für das der
entsprechende Näherungsschalter
sensitiv ist, dem Näherungsschalter hinreichend
weit genähert
hat. Hat sich das Beeinflussungselement hinreichend weit genähert, so
wird der elektronische Schalter umgesteuert. Das, was mit hinreichend
weit genähert
umschrieben ist, wird allgemein als Schaltabstand bezeichnet. Der
Schaltabstand, der ein typischer Kennwert für einen Näherungsschalter ist, ist für den Benutzer
ein entscheidendes Kriterium für
die Auswahl des optimalen Näherungsschaltertyps.
Somit ist es notwendig, von Seiten des Herstellers den Schaltabstand
möglichst genau
angeben zu können.
Da die einzelnen, zum Näherungsschalter
gehörenden
Bauteile gewisse Abweichungen von ihren Nennwerten aufweisen können (Toleranzen),
ist es notwendig, durch einen Abgleichvorgang diese Abweichungen
zumindest teilweise zu kompensieren, um den gewünschten Schaltabstand innerhalb
bestimmter Grenzwerte einstellen zu können.
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Üblicherweise
weist die zu dem Näherungsschalter
gehörende
Elektronik aus diesem Grunde einen veränderlichen Abgleichwiderstand
auf, dessen Wert entsprechend dem gewünschten Schaltabstand eingestellt
wird. Dadurch, daß bei
dem erfindungsgemäßen Näherungsschalter
sowohl das Sensorteil als auch das Elektronikteil jeweils mindestens
ein Abgleichelement zum separaten Abgleich aufweisen, können das
Sensorteil und das Elektronikteil getrennt gefertigt werden, und
es kann durch unterschiedliche Kombinationen unterschiedlicher Sensor-
und Elektronikteile eine große
Anzahl von Näherungsschaltertypen
realisiert werden.
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Bei
einem induktiven Näherungsschalter,
bei dem die Lehre der Erfindung besonders vorteilhaft anwendbar
ist, umfaßt
das Sensorteil zumindest eine Schwingkreisspule, die gegebenenfalls
in einem Spulenkern eingelegt ist, und das Elektronikteil enthält die für den Näherungsschalter
notwendige Elektronik, in der Regel insbesondere einen Oszillator und
einen elektronischen Schalter.
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Im
einzelnen gibt es nun eine Vielzahl von Möglichkeiten, den erfindungsgemäßen Näherungsschalter
auszugestalten, insbesondere das im Sensorteil integrierte Abgleichelement
anzuordnen. Dazu wird verwiesen einerseits auf die dem Patentanspruch
1 nachgeordneten Patentansprüche,
andererseits auf die Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele
in Verbindung mit der Zeichnung. In der Zeichnung zeigen
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1 eine
stark vereinfachte Schaltung eines erfindungsgemäßen Näherungsschalters,
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2 eine
vereinfachte Schaltung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels des Sensorteils
eines erfindungsgemäßen Näherungsschalters,
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3 eine
im Vergleich zur Schaltung nach 2 leicht
abgewandelte Schaltung des Sensorteils,
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4 zwei
Ausführungsbeispiele
alternativer elektrischer Anschlußmöglichkeiten des Abgleichelements
im Sensorteil und
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5 zwei
Ausführungsbeispiele
weiterer alternativer elektrischer Anschlußmöglichkeiten eines Abgleichelements
im Sensorteil.
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Der
in 1 vereinfacht dargestellte erfindungsgemäße Näherungsschalter
besteht zunächst aus
einem Sensorteil 1 und einem Elektronikteil 2. Sowohl
das Sensorteil 1 als auch das Elektronikteil 2 weisen
jeweils ein Abgleichelement 3 bzw. 4 auf.
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Die 1 bis 5 zeigen
allesamt vereinfachte Schaltungen, wie sie zu einem induktiven Näherungsschalter
gehören,
ohne daß die
Erfindung auf einen solchen induktiven Näherungsschalter beschränkt ist.
Demzufolge gehört
zu dem Sensorteil 1 immer auch eine Schwingkreisspule 5,
die in der 1 einerseits und den 2 bis 5 andererseits
durch unterschiedliche Symbole dargestellt ist. Zu dem Elektronikteil 2 gehört neben
dem Abgleichelement 4 noch ein Schwingkreiskondensator 6 und ein
IC 7, welcher insbesondere auch einen Oszillatortransistor
enthält.
Weitere elektrische oder elektronische Bauteile, die üblicherweise
zu einem Näherungsschalter
gehören,
sind hier der Einfachheit halber nicht dargestellt. Die Bauteile
des Elektronikteils 2 können
beispielsweise auf einem Leiterfilm oder einer Platine aufgebracht
sein. Bei den Abgleichelementen 3 und 4 handelt
es sich in der Regel um Abgleichwiderstände, die vorzugsweise quaderförmig und
in Dickschichttechnik ausgeführt
sind. Ebenso können
die Abgleichwiderstände
jedoch auch in Dünnschichttechnik
hergestellt sein, oder es können abgleichbare
Kondensatoren verwendet werden.
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Der
Abgleich eines solchen quaderförmigen Abgleichwiderstandes
erfolgt durch Einbringen von Einschnitten in eine ebene, flächenhafte
Widerstandsschicht des Abgleichwiderstandes, was durch einen Laser-,
Sand- oder Elektronenstrahl realisiert werden kann. Sind das Sensorteil 1 und
das Elektronikteil 2 miteinander kontaktiert, so wie dies
in 1 dargestellt ist, so sind die beiden Abgleichelemente 3, 4 parallel
geschaltet. Das Abgleichelement 3 und die Schwingkreisspule 5 sind
elektrisch einpolig miteinander verbunden, liegen nämlich gemeinsam
einseitig auf Masse 8. Als Abgleichelement 4 wird
vorteilhafterweise der Emitter- oder Kollektorwiderstand des Oszillatortransistors
benutzt, der mit einem Pol ebenso an Masse 8 liegt wie
der Schwingkreiskondensator 6.
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Durch
den separaten Abgleich von Sensorteil 1 und Elektronikteil 2 können beide
Module einschließlich
Abgleichvorgang in einem Montageablauf gefertigt werden, so daß eine Endmontage
ohne großen
Bedarf an Betriebsmittel und in relativ kurzer Zeit möglich ist,
wobei zusätzlich
eine große
Kombinationsmöglichkeit
unterschiedlicher Sensorteile 1 und Elektronikteile 2 gegeben
ist.
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Die 2 bis 5 zeigen
unterschiedliche Ausführungsbeispiele
der Anordnung des Abgleichelements 3 im Sensorteil 1.
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In
der Schaltung gemäß 2 ist
das Abgleichelement 3 elektrisch einpolig mit der Schwingkreisspule 5 verbunden,
so daß das
Sensorteil 1 drei Anschlüsse 9 aufweist, wobei
das Abgleichelement 3 und die Schwingkreisspule 5 bevorzugt
gemeinsam mit einem Pol an Masse 8 angeschlossen sind.
Bei einer gestrichelt eingezeichneten Ausführungsmöglichkeit ist der Schwingkreiskondensator 6 parallel zur
Schwingkreisspule 5 im Sensorteil 1 angeordnet.
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3 zeigt
ein alternatives Ausführungsbeispiel
des Sensorteils 1. Wie bei der Schaltungsanordnung gemäß 2 ist
auch hier das Abgleichelement 3 elektrisch einpolig mit
der Schwingkreisspule 5 verbunden. Im Unterschied zum Ausführungsbeispiel nach 2 ist
jedoch der Schwingkreiskondensator 6 in Reihe zu der Schwingkreisspule 5 geschaltet. Das
Abgleichelement 3 kann nun entweder mit einem Pol des Schwingkreiskondensators 6 oder – in 3 gestrichelt
gezeichnet – mit
einem Pol der Schwingkreisspule 5 verbunden sein. Auch
kann, wie in 3 strichpunktiert dargestellt,
der Mittenabgriff 10 zwischen der Schwingkreisspule 5 und
dem Schwingkreiskondensator 6 als zusätzlicher vierter Anschluß 9 herausgeführt sein.
Die Schaltung gemäß 3 weist
somit entweder drei oder vier Anschlüsse 9 auf.
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Vorteilhaft
bei den Ausführungsbeispielen des
Sensorteils 1 gemäß den 2 und 3 ist
es, daß durch
die elektrisch einpolige Verbindung des Abgleichelements 3 mit
der Schwingkreisspule 5 nur ein "indirekter Abgleich" des Sensorteils 1 erfolgt. Durch
diesen "indirekten
Abgleich" werden
die elektrischen Eigenschaften des Schwingkreises bzw. der Schwingkreisspule 5 nicht
verändert
bzw. auf einen definierten Wert eingestellt, sondern es werden die elektrischen
Eigenschaften des Oszillatorverstärkers, der sich in dem IC 7 des
Elektronikteils 2 befindet, verändert bzw. eingestellt. Somit
erfolgt auch keine Verkleinerung des für das Gesamtverhalten des Näherungsschalters
wichtigen Gütewertes
des Schwingkreises.
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4 zeigt
zwei Ausführungsbeispiele
eines Sensorteils 1, bei dem das Abgleichelement 3 elektrisch
zweipolig mit der Schwingkreisspule 5 verbunden ist. Auch
hier kann, wie das in 4a) gestrichelt gezeichnet ist,
ein Schwingkreiskondensator 6 parallel zur Schwingkreisspule 5 geschaltet
sein. Demgegenüber
zeigt 4b) ein Ausführungsbeispiel, bei dem der
Schwingkeiskondensator 6 in Reihe zu der Schwingkreisspule 5 angeordnet
ist und das Abgleichelement 3 entweder parallel zu der
Reihenschaltung von Schwingkreisspule 5 und Schwingkreiskondensator 6,
nur parallel zu der Schwingkreisspule 5 (gestrichelt eingezeichnet)
oder ebenfalls in Reihe zu der Schwingkreisspule 5 und
dem Schwingkreiskondensator 6 (strichpunktiert eingezeichnet)
angeschlossen ist. Je nachdem, ob auch hier ein Mittenabgriff 10 zwischen
der Schwingkreisspule 5 und dem Schwingkreiskondensator 6 als
zusätzlicher
Anschluß 9 herausgeführt ist,
weist die Schaltung nach 4b) entweder
zwei oder drei Anschlüsse 9 auf.
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5 zeigt
eine dritte alternative Anschlußmöglichkeit
des Abgleichelements 3, bei dem das Abgleichelement 3 elektrisch
nicht mit der Schwingkreisspule 5 verbunden ist. Entsprechend
der Schaltung gemäß 4a)
zeigt auch 5a) die Möglichkeit, einen Schwingkreiskondensator 6 parallel
zu der Schwingkreisspule 5 anzuschließen. Demgegenüber zeigt 5b)
die Möglichkeit,
den Schwingkreiskondensator 6 in Reihe zu der Schwingkreisspule 5 anzuordnen.
Wie bei der Schaltungsanordnung gemäß 4b) ist
auch bei der Schaltungsanordnung gemäß 5b) die
Möglichkeit
vorhanden, einen Mittenabgriff 10 zwischen der Schwingkreisspule 5 und dem
Schwingkreiskondensator 6 als zusätzlichen Anschluß 9 herauszuführen. Somit
weist die Schaltungsanordnung gemäß 5 entweder
vier oder fünf
Anschlüsse 9 auf.
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Auch
wenn in allen Figuren der Zeichnung jeweils nur ein Abgleichelement 3 im
Sensorteil 1 dargestellt ist, so kann es für manche
Näherungsschaltertypen
vorteilhaft sein, wenn zwei oder mehr Abgleichelemente 3 im
Sensorteil 1 integriert sind. Dies kann besonders bei solchen
Näherungsschaltertypen
vorteilhaft sein, die mehr als nur eine Schwingkreisspule 5 aufweisen.
Ebenfalls lediglich aus Gründen
der Vereinfachung in den Figuren nicht dargestellt ist ein bei den
meisten Näherungsschaltern
vorhandener Spulenkern.