DE20108904U1 - Induktiver Näherungsschalter zum materialunabhängigen Nachweis von metallischen Gegenständen - Google Patents
Induktiver Näherungsschalter zum materialunabhängigen Nachweis von metallischen GegenständenInfo
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Description
Induktiver Näherungsschalter zum materialunabhängigen Nachweis von metallischen Gegenständen
Die Erfindung betrifft einen induktiven Näherungsschalter zum materialunabhängigen Nachweis von metallischen Gegenständen nach dem Oberbegriff des Anspruches 1.
Ein gattungsgemäßer induktiver Näherungsschalter weist eine Sensoreinrichtung auf, in welcher mindestens ein von einem metallischen Gegenstand beeinflussbarer Schwingkreis mit mindestens einer Spule vorgesehen ist, zur Erzeugung eines abstandsabhängigen Sensorsignals bei relativer Abstandsänderung zwischen metallischem Gegenstand und Sensoreinrichtung sowie eine Auswerteeinrichtung, die mit der Sensoreinrichtung in Wirkverbindung steht, zur Auswertung des Sensorsignals und zur Erzeugung eines Schaltsignals.
Solche Näherungsschalter, die in der Automatisierungs- und Fertigungstechnik in einer Vielzahl von Anwendungen eingesetzt werden, sind beispielsweise aus der DE 40 21 164 Cl, EP 0 393 359 A3 sowie der EP 0 537 7 47 A2 bekannt.
Bei induktiven Näherungsschaltern wird die Güteänderung bei Annäherung eines metallischen Objekts ausgewertet, welche im Allgemeinen je nach den Materialeigenschaften des Objekts variiert. Dies hat zur Folge, dass auch der Schaltabstand des Näherungsschalters abhängig von den Materialeigenschaften des nachzuweisenden Objekts ist. Beispielsweise kann der Schaltabstand für ein Objekt aus Aluminium etwa 60 % des Schaltabstands für ein
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Objekt aus Eisen betragen. Ein solcher Schalter hätte für Aluminium also einen Reduktionsfaktor von 0,6.
Näherungsschalter der genannten Art, bei denen ein Mess- oder Sensorsignal im Wesentlichen unabhängig vom Material des nachzuweisenden metallischen Gegenstands ist, werden auch als Schalter mit Reduktionsfaktor 1 bezeichnet. Mit Hilfe solcher Näherungsschalter kann insbesondere für Nichteisen- oder NE-Metalle und ferroelektrische Fe-Metalle ein Schalten bei demselben Schaltabstand ermöglicht werden.
Allerdings sind bei allen im Stand der Technik bekannten Näherungsschaltern zur Erzielung eines Reduktionsfaktors = 1 aufwendige zusätzliche konstruktive und schaltungstechnische Maßnahmen notwendig.
Beispielsweise werden bei der in der DE 40 21 164 Cl vorgeschlagenen Schaltung zur Erzielung der gewünschten Eigenschaften insgesamt drei Spulen sowie weitere aktive und passive Bauelemente benötigt.
Bei der EP 0 393 359 A3 wird einem Sensorschwingkreis mit Hilfe eines frequenz- und amplitudenkonstanten Oszillators, beispielsweise eines Quarzoszillators, eine Frequenz aufgeprägt. Auch hier ist der Bauteileaufwand entsprechend hoch, was bei der Fertigung hoher Stückzahlen nachteilig ist.
Um einen Reduktionsfaktor = 1 zu erreichen ist bei der EP 0 537 747 A2 ein in Reihe zum Schwingkreis geschalteter ohmscher Widerstand vorgesehen. Der Abstand eines sich nähernden Objektes wird bei dieser Anordnung durch eine Frequenzauswertung gewonnen, die jedoch sehr aufwändig ist.
Eine weitere Möglichkeit, einen Näherungsschalter mit Reduktionsfaktor = 1- Eigenschaften zu erhalten, besteht darin, eine
Sensorspule mit einer sehr hohen Windungszahl vorzusehen. Hierbei ergibt sich aber ebenfalls aufgrund des hohen ohmschen Widerstands der Sensorspule eine vergleichsweise große Temperaturdrift, die nur sehr schwer zu kompensieren ist.
Aufgabe der Erfindung ist es, einen induktiven Näherungsschalter der genannten Art anzugeben, bei welchem ein materialunabhängiger Nachweis von Nichteisen- und ferromagnetischen Metallen mit besonders einfachen Mitteln erreicht wird und welcher außerdem besonders einfach und kostengünstig herstellbar ist.
Diese Aufgabe wird durch einen induktiven Näherungsschalter mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.
Vorteilhafte Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen induktiven Näherungsschalters sind Gegenstand der Unteransprüche.
Ein induktiver Näherungsschalter der oben angegebenen Art ist erfindungsgemäß dadurch weitergebildet, dass die mindestens eine Spule des Schwingkreises mit einer Spulenwicklung, insbesondere aus einem Draht- und/oder einer Litze, versehen ist, welche zumindest teilweise aus einer Widerstandslegierung gefertigt ist.
Ein Kerngedanke der Erfindung kann darin gesehen werden, dass im Unterschied zu den Näherungsschaltern im Stand der Technik die Spulenwicklung nicht mehr aus hochleitfähigem Kupferdraht oder Kupferlitze besteht, sondern dass im Gegensatz dazu nunmehr eine Spulenwicklung aus einer Widerstandslegierung vorgesehen ist.
Unter einer Widerstandslegierung soll eine Legierung von Materialien, insbesondere von Metallen, verstanden werden, deren spezifischer Widerstand deutlich größer ist als derjenige von bisher eingesetzten Materialien, insbesondere als der von Kupfer.
Ein weiterer Kerngedanke der Erfindung kann darin gesehen werden, dass zur Reduzierung der Variation des Schaltabstands die Güte der Spule reduziert wird.
Ein wesentlicher Vorteil der Erfindung besteht darin, dass in besonders einfacher Weise ein Näherungsschalter mit Reduktionsfaktor = 1 aufgebaut werden kann. Insbesondere sind im Unterschied zum Stand der Technik zum Erreichen dieser Eigenschaften keine zusätzlichen schaltungstechnischen Maßnahmen erforderlich.
Die Erfindung basiert auf der überraschenden Erkenntnis, dass sich bei Einsatz einer Spule mit einer Wicklung aus einer Widerstandslegierung in sehr einfacher Weise bereits hervorragende Reduktionsfaktor = 1-Eigenschaften erzielen lassen.
Als Grund hierfür kann angesehen werden, dass bei Verwendung eines stark verlustbehafteten Spulensystems die Leitfähigkeit der Metallfahne nur noch eine untergeordnete Rolle spielt.
Wenn der Näherungsschalter bei Betriebsfreguenzen in der Größenordnung von MHz betrieben werden soll, wird bevorzugt eine Spulenwicklung aus verseilten Drähten, d.h. mit einer Litze eingesetzt.
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung ist die Spulenwicklung der mindestens einen Spule aus einer Widerstandslegierung mit sehr geringem Temperaturbeiwert, insbesondere aus einer Kupfer-Nickel-Legierung oder einer Konstantan-Legierung, gefertigt. Somit kann der Nachteil bei den bisherigen Näherungsschaltern, dass der Spulenwiderstand und damit die Güte temperaturabhängig ist, vermieden werden und es ist auch kein Kompensationswiderstand zum Ausgleich des Temperaturgangs der Spule notwendig.
Ein weiterer Vorteil ist, dass der Näherungsschalter aufgrund
der vernachlässigbar kleinen Temperaturdrift auch in Umgebungen mit stark veränderlicher Temperatur eingesetzt werden kann, d.h. die Temperatur muss nicht konstant gehalten werden. Inbesondere kann der Näherungsschalter auch als schweißfester Schalter ausgebildet werden.
der vernachlässigbar kleinen Temperaturdrift auch in Umgebungen mit stark veränderlicher Temperatur eingesetzt werden kann, d.h. die Temperatur muss nicht konstant gehalten werden. Inbesondere kann der Näherungsschalter auch als schweißfester Schalter ausgebildet werden.
Vorteilhaft kann der Näherungsschalters somit auch als Hochtemperatursensor eingesetzt werden.
Bevorzugt ist in diesem Zusammenhang insbesondere, dass die Widerstandslegierung zwischen 2O0C und 1050C einen Temperaturbeiwert des elektrischen Widerstands von kleiner als
10"Vk aufweist.
10"Vk aufweist.
Die Spulenwicklung der mindestens einen Spule kann aus
NiCr20AlSi, NiCr8020, CuNi44, CuMnl2Ni und/oder CuNi30Mn als Widerstandslegierung gefertigt sein. Es handelt sich bei diesen
Materialien, die hier in ihrer DIN-Bezeichnung angegeben sind, um gut verfügbare Standardlegierungen, deren thermische und
elektrische Eigenschaften sehr gut bekannt sind.
NiCr20AlSi, NiCr8020, CuNi44, CuMnl2Ni und/oder CuNi30Mn als Widerstandslegierung gefertigt sein. Es handelt sich bei diesen
Materialien, die hier in ihrer DIN-Bezeichnung angegeben sind, um gut verfügbare Standardlegierungen, deren thermische und
elektrische Eigenschaften sehr gut bekannt sind.
Bei einer besonders einfachen Ausführungsform der Erfindung ist in der Sensoreinrichtung genau eine Spule vorgesehen. Auf diese Weise lässt sich ein induktiver Näherungsschalter mit Reduktionsfaktor = 1 mit einfachen Mitteln und daher äußerst kostengünstig aufbauen.
Weitere Vorteile dieser Ausgestaltung können darin gesehen werden, dass der Näherungsschalter für den Schwingkreis nur eine
sehr einfache Mechanik benötigt und dass Bauteile mit sehr guten Toleranzen nicht benötigt werden.
sehr einfache Mechanik benötigt und dass Bauteile mit sehr guten Toleranzen nicht benötigt werden.
Wenn eine höhere Messgenauigkeit und/oder ein höherer Schaltabstand erforderlich ist, können aber auch zwei Spulen vorgesehen
sein, die jeweils eine Spulenwicklung aus einer Widerstandslegierung aufweisen.
Für zahlreiche Anwendungen ist ein binäres Schaltsignal erwünscht, das heißt, dass das von der Auswerteeinrichtung erzeugte Schaltsignal unterhalb eines bestimmten Schaltabstands des nachzuweisenden metallischen Gegenstands von der Sensoreinrichtung einen ersten und oberhalb davon einen zweiten Wert einnimmt.
Mindestens eine Spule kann als Luftspule oder als Spule mit einem Kern oder Schalenkern ausgebildet sein.
Weiterhin kann die Spule in einem Einkammerspulensystem oder als kammerlose Spule vorgesehen sein. Der Näherungsschalter kann dann in einfacher Weise, insbesondere auch in sehr kleinen Baugrößen dimensioniert werden.
Zweckmäßig sind darüber hinaus Ausgestaltungen der Erfindung, bei denen mittels der Auswerteeinheit zur Erzeugung des Schaltsignals eine Frequenz, eine Amplitude und/oder eine Impedanz des mindestens einen Schwingkreises auswertbar ist. Dabei kann bei Auswertung der Frequenz eine besonders hohe Genauigkeit erreicht werden. Bei einer Auswertung von Amplitude und/oder Impedanz des Schwingkreises kann ein wesentlicher Vorteil darin gesehen werden, dass dies bereits mit einer sehr geringen Zahl von Bauelementen möglich ist.
Claims (10)
1. Induktiver Näherungsschalter zum materialunabhängigen Nachweis von metallischen Gegenständen
mit einer Sensoreinrichtung, in welcher mindestens ein von einem metallischen Gegenstand beeinflussbarer Schwingkreis
mit mindestens einer Spule vorgesehen ist, zur Erzeugung eines abstandsabhängigen Sensorsignals bei relativer Abstandsänderung zwischen metallischem Gegenstand und Sensoreinrichtung, und
mit einer Auswerteeinrichtung, die mit der Sensoreinrichtung in Wirkverbindung steht, zur Auswertung des Sensorsignals und zur Erzeugung eines Schaltsignals,
dadurch gekennzeichnet,
dass die mindestens eine Spule des Schwingkreises mit einer Spulenwicklung, insbesondere aus einem Draht- und/oder einer Litze, versehen ist, welche zumindest teilweise aus einer Widerstandslegierung gefertigt ist.
mit einer Sensoreinrichtung, in welcher mindestens ein von einem metallischen Gegenstand beeinflussbarer Schwingkreis
mit mindestens einer Spule vorgesehen ist, zur Erzeugung eines abstandsabhängigen Sensorsignals bei relativer Abstandsänderung zwischen metallischem Gegenstand und Sensoreinrichtung, und
mit einer Auswerteeinrichtung, die mit der Sensoreinrichtung in Wirkverbindung steht, zur Auswertung des Sensorsignals und zur Erzeugung eines Schaltsignals,
dadurch gekennzeichnet,
dass die mindestens eine Spule des Schwingkreises mit einer Spulenwicklung, insbesondere aus einem Draht- und/oder einer Litze, versehen ist, welche zumindest teilweise aus einer Widerstandslegierung gefertigt ist.
2. Näherungsschalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Spulenwicklung der mindestens einen Spule aus einer Widerstandslegierung mit sehr geringem Temperaturbeiwert, insbesondere aus einer Kupfer-Nickel-Legierung, gefertigt ist.
3. Näherungsschalter nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Widerstandslegierung einen Temperaturbeiwert kleiner als 10-4/K aufweist.
4. Näherungsschalter nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Spulenwicklung der mindestens einen Spule aus NiCr20AlSi, NiCr8020, GuNi44, CuMn12Ni und/oder CuNi30Mn als Widerstandslegierung gefertigt ist.
5. Näherungsschalter nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass in der Sensoreinrichtung eine Spule vorgesehen ist.
6. Näherungsschalter nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass in der Sensoreinrichtung zwei Spulen vorgesehen sind, die jeweils eine Spulenwicklung aus einer Widerstandslegierung aufweisen.
7. Näherungsschalter nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das von der Auswerteeinrichtung erzeugte Schaltsignal unterhalb eines bestimmten Schaltabstands des nachzuweisenden metallischen Gegenstands von der Sensoreinrichtung einen ersten und oberhalb davon einen zweiten Wert einnimmt.
8. Näherungsschalter nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine Spule als Luftspule oder als Spule mit einem Kern oder Schalenkern ausgebildet ist.
9. Näherungsschalter nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass mittels der Auswerteeinheit zur Erzeugung des Schaltsignals eine Frequenz, eine Amplitude und/oder eine Impedanz des mindestens einen Schwingkreises auswertbar ist.
10. Näherungsschalter nach einem der Ansprüche 1 bis 9, welcher als schweißfester Schalter ausgebildet ist.
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Publications (1)
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Family Applications (1)
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Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE202004015944U1 (de) * | 2004-10-15 | 2006-02-23 | Pepperl + Fuchs Gmbh | Induktiver Näherungsschalter mit einem aktiven LC-Schwingkreis |
| DE102005001692A1 (de) * | 2005-01-13 | 2006-07-27 | Pepperl + Fuchs Gmbh | Näherungsschalter und Verfahren zum Betrieb eines Näherungsschalters |
| DE102011115922A1 (de) | 2011-10-14 | 2013-04-18 | Baumer Electric Ag | Induktiver Sensor |
-
2001
- 2001-05-28 DE DE20108904U patent/DE20108904U1/de not_active Expired - Lifetime
Cited By (5)
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| DE202004015944U1 (de) * | 2004-10-15 | 2006-02-23 | Pepperl + Fuchs Gmbh | Induktiver Näherungsschalter mit einem aktiven LC-Schwingkreis |
| DE102005001692A1 (de) * | 2005-01-13 | 2006-07-27 | Pepperl + Fuchs Gmbh | Näherungsschalter und Verfahren zum Betrieb eines Näherungsschalters |
| DE102005001692B4 (de) * | 2005-01-13 | 2007-04-05 | Pepperl + Fuchs Gmbh | Näherungsschalter und Verfahren zum Betrieb eines Näherungsschalters |
| DE102011115922A1 (de) | 2011-10-14 | 2013-04-18 | Baumer Electric Ag | Induktiver Sensor |
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