DE202016105050U1 - Ferrite core for inductive proximity switches - Google Patents
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Abstract
Ferritkern (2) für induktive Näherungsschalter mit einem Bodenteil (6), einem mittig auf diesem angeordneten, Zentralteil (4) und einem das Zentralteil umgebenden Randteil (5), wobei Zentralteil (4) Randteil (5) und Bodenteil (6) einen Spulenraum zur Aufnahme einer Spule (3) begrenzen, dadurch gekennzeichnet, dass das Zentralteil (4) massiv, insbesondere ohne axiale Durchgangsbohrung ausgebildet ist und dass das Verhältnis der mittleren Oszillatorfeldaustrittsbreite a zum Ferritkernradius RF größer gleich 0,8 beträgt.Ferrite core (2) for inductive proximity switches having a bottom part (6), a central part arranged on this, central part (4) and a peripheral part surrounding the central part (5), wherein the central part (4) edge part (5) and bottom part (6) has a coil space for receiving a coil (3), characterized in that the central part (4) is solid, in particular without axial through-hole is formed and that the ratio of the mean oscillator field exit width a to the ferrite core radius RF is greater than or equal to 0.8.
Description
Die Erfindung betrifft einen Ferritkern für induktive Näherungsschalter mit einem Bodenteil, einem mittig auf diesem angeordneten Zentralteil und einem das Zentralteil umgebenden Randteil, wobei Zentralteil, Randteil und Bodenteil einen Spulenraum zur Aufnahme einer Spule begrenzen. The invention relates to a ferrite core for inductive proximity switches with a bottom part, a centrally disposed on this central part and a peripheral part surrounding the central part, wherein the central part, edge part and bottom part define a coil space for receiving a coil.
Induktive Näherungsschalter, auch als berührungslos und kontaktlos arbeitende elektronische Sensoren bezeichnet, sind in den unterschiedlichsten Ausführungsformen bekannt. Derartige Näherungsschalter umfassen einen Oszillator, dessen induktives Glied einen Ferritkern zur Oszillatorfeldführung und Feldabschirmung aufweist. Dabei ist der Ferritkern meistens als Schalenkern sowie gelegentlich auch als X-Kern, RM-Kern oder auch als Pilzkern ausgebildet. Der Ferritkern besitzt ein Bodenteil, einen Zentralteil, der von einer Spule umschlossen ist, sowie einen äußeren Randteil, der die Spule einfasst. Vor den Stirn- bzw. Polflächen von Zentralteil und Randteil wird bei schwingendem Oszillator ein hochfrequentes Feld ausgesendet und aufrechterhalten. Taucht ein Metall-Bedämpfungsteil in dieses hochfrequente Feld ein, wird dem Oszillatorschwingkreis durch entstehende Wirbelstromverluste Energie entzogen, was je nach Annäherung des Bedämpfungsteils und Ausbildung des Oszillators zu einer Minderung der Schwingungen führt. Dieser Effekt ist mit einer Änderung des Ausgangsstroms der Oszillatorschaltung verbunden, welche Änderung zur Erzeugung von Schaltsignalen verwendet wird. Bei einer weiteren Anwendung solcher Oszillatoren kann die Änderung des Ausgangsstroms auch als proportionales Überwachungssignal anliegen. Inductive proximity switches, also referred to as non-contact and non-contact electronic sensors, are known in a variety of embodiments. Such proximity switches comprise an oscillator whose inductive element has a ferrite core for oscillator field guidance and field shielding. The ferrite core is usually designed as a pot core and occasionally as X-core, RM core or as mushroom core. The ferrite core has a bottom part, a central part, which is enclosed by a coil, and an outer edge part, which encloses the coil. In front of the front or pole faces of the central part and the edge part, a high-frequency field is emitted and maintained when the oscillator oscillates. If a metal damping part immerses in this high-frequency field, the oscillator circuit is deprived of energy due to the resulting eddy current losses, which leads to a reduction in the vibrations as the damping element approaches and the oscillator is formed. This effect is associated with a change in the output current of the oscillator circuit, which change is used to generate switching signals. In a further application of such oscillators, the change of the output current may also be present as a proportional monitoring signal.
Bei der Verwendung von solchen Näherungsschaltern wird regelmäßig ein möglichst großer Ansprechabstand gewünscht. Dieser Ansprechabstand ist abhängig von den Gesamtabmessungen des Näherungsschalters, d.h. insbesondere von dem Durchmesser des Ferritkerns, weshalb eine Vergrößerung des Schaltabstandes in der Vergangenheit durch eine größere Dimensionierung von Ferritkern und Spulen erfolgte. When using such proximity switches, the largest possible response distance is regularly desired. This response distance is dependent on the overall dimensions of the proximity switch, i. in particular from the diameter of the ferrite core, which is why an increase in the switching distance in the past was carried out by a larger dimensioning of ferrite core and coils.
Zur Vergrößerung des Ansprechabstandes eines solchen Näherungsschalters bei gleicher Dimensionierung wird in der
Ferritkerne der vorgenannten Art haben sich in der Praxis bewährt. Gleichwohl ist bei hohen geforderten Ansprechabständen weiterhin eine erhebliche Dimensionierung des Durchmessers von Ferritkern und Spule erforderlich. Ferrite cores of the aforementioned type have proven themselves in practice. Nevertheless, a considerable dimensioning of the diameter of ferrite core and coil is still required at high required response intervals.
Hier will die Erfindung Abhilfe schaffen. Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, einen Ferritkern für induktive Näherungsschalter bereitzustellen, der einen weiter erhöhten Ansprechabstand bei gleichem Kerndurchmesser von Näherungsschaltern durch eine breitere Ausdehnung des Oszillatorfeldes in den Wirkraum ermöglicht. Gemäß der Erfindung wird diese Aufgabe durch die Merkmale des kennzeichnenden Teils des Schutzanspruchs 1 gelöst. The invention aims to remedy this situation. The invention is based on the object to provide a ferrite core for inductive proximity switches, which allows a further increased response distance at the same core diameter of proximity switches by a wider extension of the oscillator field in the active space. According to the invention, this object is solved by the features of the characterizing part of
Mit der Erfindung ist ein Ferritkern für induktive Näherungsschalter bereitgestellt, der einen weiter erhöhten Ansprechabstand bei gleichem Kerndurchmesser von Näherungsschaltern ermöglicht. Überraschend wurde gefunden, dass bei einem Verhältnis der mittleren Oszillatorfeldaustrittsbreite – das ist der Abstand zwischen der Rotationsachse des Zentralteils und der Mitte der Aktivseite der Randteilstirnfläche, abzüglich des halben Radius der Stirnfläche des Zentralteils – zum Ferritkernradius von größer gleich 0,8 eine signifikante Erhöhung des Schaltabstandes erzielbar ist. Bevorzugt ist ein Verhältnis der mittleren Oszillatorfeldaustrittsbreite zum Ferritkernradius von größer gleich 0,85, besonders bevorzugt von größer gleich 0,9 vorhanden. With the invention, a ferrite core for inductive proximity switches is provided which allows a further increased response distance with the same core diameter of proximity switches. Surprisingly, it has been found that with a ratio of the mean oscillator field exit width - that is the distance between the axis of rotation of the central part and the center of the active side of the edge part end face, minus half the radius of the end face of the central part - to the ferrite core radius of greater than or equal to 0.8, a significant increase in the Sensing distance is achievable. Preferably, a ratio of the mean oscillator field exit width to the ferrite core radius of greater than or equal to 0.85, particularly preferably greater than or equal to 0.9, is present.
Durch die massive Ausgestaltung des Zentralteils, das insbesondere ohne Mittenbohrung ausgeführt ist, ist eine minimale Dimensionierung des Außendurchmessers des Zentralteils ermöglicht, wodurch wiederum eine Optimierung des Wicklungsraumes sowie eine weitere Optimierung des Schaltabstandes des Näherungsschalters erzielt sind. Due to the massive design of the central part, which is designed in particular without center hole, a minimum dimensioning of the outer diameter of the central part is possible, which in turn optimization of the winding space and further optimization of the switching distance of the proximity switch are achieved.
In Weiterbildung der Erfindung beträgt das Verhältnis der maximalen äußeren Spulenraumbreite bmax zum Ferritkerndurchmesser DF größer gleich 0,3, bevorzugt größer gleich 0,4. Hierdurch wird eine weitere Erhöhung des Schaltabstandes erzielt. Die maximale äußere Spulenbreite bmax ist der Abstand zwischen der Zentralteilaußenmantelfläche und der Randteilinnenmantelfläche an der äußersten Aktivseite des Ferritkerns. In a further development of the invention, the ratio of the maximum outer coil space width b max to the ferrite diameter D F is greater than or equal to 0.3, preferably greater than or equal to 0.4. As a result, a further increase in the switching distance is achieved. The maximum outer coil width b max is the distance between the central part outer circumferential surface and the edge part inner lateral surface on the outermost active side of the ferrite core.
In Ausgestaltung der Erfindung beträgt das Verhältnis von Ferritkernvolumen zum Spulenraumvolumen kleiner gleich 1,5. Es wurde gefunden, dass durch eine Reduzierung des Verhältnisses von Ferritkernvolumen zum Spulenraumvolumen auf kleiner 1,5 eine wiederum signifikante Erhöhung des Schaltabstandes erzielbar ist. Dabei ist das Spulenraumvolumen das zwischen Zentralteil, Bodenteil und Randteil sowie einer gedachten, durch die Stirnfläche des Ferritkerns gelegten Ebene begrenzte Volumen zur Aufnahme der Spule. Durch das im Verhältnis zum Ferritvolumen größere Spulenraumvolumen ist eine weitere Optimierung für die Spuleninduktivitäten und die Verringerung der ohmschen Spulenwiderstände ermöglicht. In an embodiment of the invention, the ratio of ferrite core volume to the coil volume is less than or equal to 1.5. It has been found that by reducing the ratio of ferrite core volume to the coil volume space to less 1.5 a turn significant increase of the switching distance can be achieved. In this case, the volume of the coil space is that between the central part, the bottom part and the edge part and an imaginary plane defined by the end face of the ferrite core for accommodating the coil. Due to the greater volume of the coil space in relation to the ferrite volume, a further optimization for the coil inductances and the reduction of the ohmic coil resistances is made possible.
Eine weitere Optimierung des Ansprechabstands ist durch ein Verhältnis von Ferritkernvolumen zum Spulenraumvolumen von kleiner gleich 1,0, bevorzugt von kleiner gleich 0,75, besonders bevorzugt von kleiner gleich 0,5 erzielbar. Further optimization of the response distance can be achieved by a ratio of ferrite core volume to coil volume of less than or equal to 1.0, preferably less than or equal to 0.75, particularly preferably less than or equal to 0.5.
In Weiterbildung der Erfindung ist die dem Zentralteil zugewandte Innenmantelfläche des Randteils in Richtung dessen freier Stirnfläche sich konisch erweiternd ausgebildet ist. Hierdurch ist eine Reduzierung des Volumens des Randteils und damit des Ferritkernvolumens bei gleichzeitiger Minimierung der Stirnfläche des Randteils erzielt. Die sich konisch erweiternde Form der Innenmantelfäche des Randteils muss nicht zwingend eine konstante, im Querschnitt eine Gerade bildende Steigung aufweisen. Sie kann alternativ auch eine kurvenförmige oder stufenartige Kontur aufweisen. Wesentlich ist, dass in Richtung der freien Stirnfläche eine Vergrößerung des Innendurchmessers vorliegt und sich dadurch eine weitere Ausdehnung des Oszillatormagnetfeldes in Richtung eines erhöhten Schaltabstandes ergibt. In a further development of the invention, the central part facing inner circumferential surface of the edge part in the direction of the free end face is conically widening. As a result, a reduction of the volume of the edge part and thus of the ferrite core volume is achieved while minimizing the end face of the edge part. The conically widening shape of the inner jacket surface of the edge part does not necessarily have to have a constant slope that forms a straight line in cross section. It may alternatively have a curved or step-like contour. It is essential that there is an enlargement of the inner diameter in the direction of the free end face, which results in a further expansion of the oscillator magnetic field in the direction of an increased switching distance.
In Ausgestaltung der Erfindung schließt die Innenmantelfläche des Randteils mit dem Bodenteil einen Winkel von zwischen 92 Grad und 120 Grad ein. Es wurde erkannt, dass auch magnetische Feldlinien den Weg des geringsten Widerstands wählen, weshalb ein Teil des Oszillatorfeldes der induktiven Näherungsschalter außerhalb deren Wirkbereiches liegt, da ein Teil der Oszillatorfeldlinien zwischen der winklig an die Stirnflächen des Randteils angestellte Innenmantelfläche und der bevorzugt winklig an die Stirnfläche des Zentralteils angestellte Außenmantelfläche fließt. Durch die winklige bis zum Bodenteil geführte Anstellung der Innenmantelfläche des Randteils und des Zentralteils wird der Anteil der außerhalb des Wirkbereichs liegenden Oszillatorfeldlinien minimiert und der optimalen Wirkrichtung angenähert. In an embodiment of the invention, the inner circumferential surface of the edge part encloses an angle of between 92 degrees and 120 degrees with the bottom part. It has been recognized that even magnetic field lines choose the path of least resistance, which is why a part of the oscillator field of the inductive proximity switch is outside its effective range, since a part of the oscillator field lines between the angled on the end faces of the edge portion employed inner jacket surface and preferably at an angle to the end face of the central part employed outer jacket surface flows. Due to the angled up to the bottom part performed employment of the inner circumferential surface of the edge part and the central part of the proportion of lying outside the effective range oscillator field lines is minimized and approximated the optimum effective direction.
Weiterhin wurde erkannt, dass bei der Ausgestaltung des Randteils, insbesondere der konisch sich nach außen erweiternden Innenmantelfläche zur Minimierung des Ferritkernvolumens die Wandstärke des Randteils, insbesondere die stirnseitige Wandstärke ohne wärmebedingte Einflüsse bis zum Erreichen der Fertigungsgrenzen reduziert werden kann, da die Oszillatoren der induktiven Näherungsschalter sehr energiearm im Mikrowattbereich arbeiten. Durch eine solche Volumenreduzierung des Ferritkerns ist eine weitere Ausdehnung und Konzentrierung des Oszillatorfeldes in Bezug auf einen hohen Ansprechschaltabstand erzielt. Furthermore, it was recognized that in the embodiment of the edge part, in particular the conically outwardly widening inner circumferential surface to minimize the ferrite core volume, the wall thickness of the edge part, in particular the frontal wall thickness without heat-related influences can be reduced until reaching the production limits, since the oscillators of the inductive proximity switches work very low energy in the microwatt range. By such a volume reduction of the ferrite core, a further expansion and concentration of the oscillator field with respect to a high Ansprechschaltabstand is achieved.
Vorteilhaft weist das Randteil an seiner Stirnseite eine minimale Wandstärke von kleiner gleich 3 mm, bevorzugt kleiner gleich 2 mm, besonders bevorzugt kleiner gleich 1 mm, idealerweise kleiner gleich 0,5 mm auf. Gleichzeitig ist eine weitere Optimierung und Konzentrierung des Oszillatorfeldes erzielt. Die mechanische Stabilität des Ferritkerns ist in einem Näherungsschalter auch bei geringster Wandstärke gewährleistet, da solche Ferritkerne aufweisende Näherungsschalter mit aushärtenden Vergussmassen vergossen sind. Daher kann auch die Dicke des Bodenteils zur Reduzierung des Ferritkernvolumens im Rahmen der Fertigungsgrenzen minimiert werden. Advantageously, the edge part has at its front side a minimum wall thickness of less than or equal to 3 mm, preferably less than or equal to 2 mm, particularly preferably less than or equal to 1 mm, ideally less than or equal to 0.5 mm. At the same time, further optimization and concentration of the oscillator field is achieved. The mechanical stability of the ferrite core is ensured in a proximity switch even at the lowest wall thickness, since such ferrite cores having proximity switch are potted with curing potting compounds. Therefore, the thickness of the bottom part to reduce the ferrite core volume can be minimized within the limits of production.
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist das Zentralteil kegelförmig, bevorzugt kegelstumpfförmig ausgebildet. Hierdurch ist eine winklige Anstellung der Außenmantelfläche des Zentralteils an dessen Stirnfläche bei gleichzeitiger Minimierung des Volumens des Zentralteils und damit wiederum des Ferritkernvolumens erzielt. In a further embodiment of the invention, the central part is conical, preferably frusto-conical. As a result, an angular adjustment of the outer circumferential surface of the central part is achieved at the end face while minimizing the volume of the central part and thus in turn the ferrite core volume.
In Weiterbildung der Erfindung weist der Randteil an seiner dem Zentralteil abgewandten Außenseite eine Abschrägung auf, die mit der Deckfläche des Randteils einen Winkel von zwischen 10 Grad und 60 Grad aufspannt. Hierdurch ist eine weitere Ausdehnung des Oszillatorfeldes erzielt. In a further development of the invention, the edge part on its side remote from the central part outside a chamfer, which spans with the top surface of the edge portion an angle of between 10 degrees and 60 degrees. As a result, a further expansion of the oscillator field is achieved.
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist das Zentralteil an seiner Stirnfläche mit einer kegelförmigen Einsenkung versehen. Hierdurch ist das Volumen des Zentralteils und damit das Ferritkernvolumen weiter reduziert. Weiterhin hat sich gezeigt, dass eine solche Einsenkung sich positiv auf den Feldlinienverlauf und die Feldlinienkonzentration und damit auf das Ansprechverhalten auswirkt. In a further embodiment of the invention, the central part is provided on its end face with a conical depression. As a result, the volume of the central part and thus the ferrite core volume is further reduced. Furthermore, it has been shown that such a depression has a positive effect on the field line course and the field line concentration and thus on the response.
Gegenstand der Erfindung ist weiterhin ein Näherungsschalter mit einem Ferritkern der vorgenannten Art, bei dem das Zentralteil und das Randteil mit ihrer freien Stirnfläche an der Ansprechseite des Näherungsschalters angeordnet sind. The invention further relates to a proximity switch with a ferrite core of the aforementioned type, in which the central part and the edge part are arranged with their free end face on the Ansprechseite the proximity switch.
Andere Weiterbildungen und Ausgestaltungen der Erfindung sind in den übrigen Unteransprüchen angegeben. Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in den Zeichnungen dargestellt und wird nachfolgend im Einzelnen beschrieben. Es zeigen: Other developments and refinements of the invention are specified in the remaining subclaims. An embodiment of the invention is illustrated in the drawings and will be described in detail below. Show it:
In
Der im Querschnitt dargestellte Ferritkern
Der Feldverlauf zwischen der zentralen Polfläche und den äußeren Polflächen ist durch Linien
Das Zentralteil
Der Randteil
Durch die im Ausführungsbeispiel gewählte Gestaltung des Ferritkerns
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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Zitierte PatentliteraturCited patent literature
- DE 2827951 C2 [0004, 0024, 0029, 0029] DE 2827951 C2 [0004, 0024, 0029, 0029]
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Citations (1)
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---|---|---|---|---|
DE2827951C2 (en) | 1978-06-26 | 1980-02-07 | Werner Turck Gmbh & Co Kg, 5884 Halver | Ferrite core for inductive proximity switches |
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2016
- 2016-09-12 DE DE202016105050.2U patent/DE202016105050U1/en not_active Expired - Lifetime
Patent Citations (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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DE2827951C2 (en) | 1978-06-26 | 1980-02-07 | Werner Turck Gmbh & Co Kg, 5884 Halver | Ferrite core for inductive proximity switches |
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