DE2140379A1 - Annaeherungsschalter - Google Patents

Description

• ANNAHERUNGSSCHALTER Die Erfindung betrifft induktive oszillatorische kontaktlose Annäherungsschalter, deren Aufnehmerspule, Ferritkern und Kondensatoren in untereinander und/oder nebeneinander liegenden flächigen Zonen sandwichförmig angeordnet sind. Alle weiteren, nachgeschalteten Bauteile liegen, mit Ausnahme der Zuleitung, in möglichst weitgehend integrierter Technik in einer weiteren, darunter befindlichen, flachen Zone.
• Alle bekannt gewordenen induktiven oszillatorischen Annäherungsschalter besitzen eine in herkömmlicher Technik gewickelte Schwingkreisspule, einen ferritischen Schalen-, Topf-, Platten-, Ring-, Stift- oder Pilzkern sowie null, einen oder mehrere Schwingkreis-, Block- und Koppelkondensatoren.
• Die Ubrigen Bauteile sind in bekannter Weise auf einer gedruckten Schaltung oder auch freitragend angeordnet. Da diese übrigen Bauteile hauptsdchlich Widerstände und Halbleiter darstellen, ist man in letzter Zeit bemüht, die Anzahl dieser Bauteile durch die bekannten Integrations-Techniken erheblich zu verringern. Ziel dieser Integration ist es, das insgesamt benötigte Volumen des Anndherungsschalters herabzusetzen und eine einfachere und schnellere Montage der Teile zu erreichen.
• Nachteilig ist bei diesen bekannten Anordnungen für induktive Annäherungsschalter der große Platzbedarf fUr den Schwingkreis, seine aufwendige Fertigung, insbesondere die Herstellung der Spule, sowie die geringe Temperaturbelastbarkeit seiner Elemente. Aus dem zuletzt genannten Grunde lassen sich Annäherungsschalter im allgemeinen nur bis zu Umgebungstemperaturen von 80° C, bei einigen wenigen Produkten bis ca. 1000 C betreiben.
• Aufgabe der Erfindung ist es, durch einen sandwichförmigen Innenaufbau die Herstellung des Annöherungsschalters zu vereinfachen, und einen größeren Anwendungsbereich herbeizuführen.
• Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß man die Schwingkreisspule, den Ferritkern sowie die Kondensatoren des Annöherungsschalters in Form mehrerer flacher Zonen ausbildet, die Ubereinander und zum Teil nebeneinander liegen. Unterhalb dieser Zonen schließt sich eine weitere Zone an, in der die übrigen, nachgeschalteten Bauelemente liegen und in der die abgehende Anschlußleitung befestigt ist. Der gesamte Aufbau oder auch nur Teile desselben kann von einem Schutzgehduse aus Metall oder Kunststoff in bekannter Art umgeben sein, auch kann die Anordnung in bekannter Weise mit einem Kunstharz oder einer Silikonmasse umgossen sein.
• Es ist bekannt, daß bei den induktiven Anndherungsschaltern herkömmlicher Bauart zwischen dem erreichbaren Schaltabstand und der Spulen-/Ferritkerngröße ein Zusammenhang besteht in der Art, daß zu einem größeren Schaltabstand eine größere Spule mit Ferritkern gehören.
• Erfindungsgemdß werden induktive Anndherungsschulter mit verschiedenen Schaltabständen durch entsprechendes Vergrößern oder Verkleinern der Flachen, der Schwingspulenzone und der ferritischen Zone erreicht.
• Bei der Art des erfindungsgemdßen Aufbaues wirkt sich vorteilhaft aus, daß bei einem angestrebten Vergrößern des Schaltabstandes nur die Flache der Schwingspulenzone und der ferritischen Zone vergrößert zu werden braucht, während die Höhe der Zonen annähernd unverdndert bleiben kann. Im Gegensatz hierzu wächst bei den herkömmlichen induktiven Annaherungsschaltern die Höhe der Schwingkreisspule mit Ferritkern in annähernd dem gleichen Maße wie der sich vergrößernde Schaltabstand an.
• Vorteilhaft ist, wenn die genannten Zonen aus mehreren Schichten aufgebaut werden. Solche Schichten können neben z.B. Leiterbahnschichten, ferritischen Schichten, halbleitenden Schichten und isolierenden Schichten auch Schutz- und Distanzschichten mit festgelegter Dicke und festgelegten elektrischen und mechanischen Eigenschaften sein.
• Zweckmäßig ist es, wenn man einzelne dieser Schichten über die ganze Flache erstreckt, andere nur partiell, z.B. unter Verwendung von Schablonen oder Masken, aufbringt.
• Günstig ist, wenn die leitenden Schichten in den verschiedenen Zonen z.B. durch Durchkontaktieren miteinander elektrisch verbunden werden.
• Vorteilhaft ist, daß man dem nunmehr flächigen Schwingkreis neben der kreisrunden Fldchenform auch beliebige ovale, elliptische und eckige oder daraus zusammengesetzte Fldchenformen geben kann.
• Günstig ist, daß eine nunmehr flachig hinter der Schwingepulen zone angeordnete ferritische Zone sowohl zur wünschenswerten Erhöhung der Schwingkreisgüte beitrag als auch gleichzeitig eine erwünschte Abschirmung zwischen Schwingspule und den übrigen Bauelementen darstellt.
• Beachtenswert ist, daß fUr besonders preisgünstige AusfUhrungen unter Inkaufnahme eines verringerten Schaltabstandes auf die ferritische Zone ganz verzichtet werden kann0 Bemerkenswert ist, daß man bei entsprechender Dimensionierung auf die Ausbildung einer Zone für die Schwingkreiskapazität verzichten kann. Die Schwingkreiskapozitat wird dann von den Teilkapazitaten zwischen den Leiterbahnen der Schwingkreisspule und den verteilten Kapazitaten zwischen diesen Leiterbahnen und der ferritischen Zone gebildet.
• Von Vorteil ist, daß durch bekannte Materialien eine hohe Temperaturbestandigkeit und ein besonders gUnstiger Temperaturgang des Schaltabstandes erreicht werden kann. Es lassen sich Annaherungsschalter ausführen, die bis ca. 180° C im Dauerbetrieb verwendbar sind.
• Günstig ist, daß sich durch U-förmige Ausbildung von einer oder von mehreren Zonen gabelförmige oder schlitzförmige Anndherungsschalterw Bauformen er:eugen lassen.
• Vorteilhaft st, daß sich durch Ausbilden eines durchgehenden Loches in den flächigen Zonen und in der Ubrigen Anordnung Annaherungsschalter ausbilden lassen, die als Durchwurfschalter dienen können.
• Weitere Vorteile und Merkmale der Erfindung gehen aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele hervor Die Zeichnung zeigt in Fig. 1 ein teilweise schematisches Schaltbild eines induktiven oszillatorischen Annäherungsschalters, Fig. 2 einen Querschnitt durch einen Annaherungsschalter, der die typischen Merkmale der Erfindung aufweist.
• Fig. 3 einen Querschnitt durch einen Anndherungsschalter in Gabel- oder Schlitzform mit weiteren typischen Merkmalen der Erfindung.
• Das typische Schaltbild in Fig. 1 zeigt von links nach rechts die angezapfte Schwingkreisspule L mit den Windungszahlen nl und n2 und ihrem Ferritkern F, den Schwingkreiskondensator C1 die Koppelkapazität C2, den Demodulator-Kondensator C3 sowie die schematisch dargestellte Ubrige Oszillatorschaltung O, den Demodulator D sowie den Ausgangs-Schaltverstdrker S. Die Zuleitung ZL führt durch das Ge-hduse G hindurch. Bei besonders einfach gehaltenen Ausführungsarten können Demodulator D und Schaltverstörker S entfallen.
• Bei den bekannt gewordenen Ausführungsformen stellen die Bauelemente L1, F1, Cl, C2 und C3 diskrete Bauteile dar, wdhrend die Erfindung vorschldgt, diese Elemente in flächigen Zonen auszubilden.
• Die Ubrigen Bauelemente in den Teilen 0, D und S sind hauptsächlich Widerstönde und Halbleiter, die sich in bekannter Art kleinvolumig vorzugsweise in nur einem einzigen Chip integrieren lassen. Auch dieses Element ldßt sich in einer flachigen Zone unterbringen.
• Fig. 2 zeigt im Querschnitt die erfindungsgemäße Anordnung der flächigen Zonen in einem typischen Beispiel eines kreisrunden Annaherungsschalters.
• Die Elemente L1, Fi, Cl .,. n sind in flächige Zonen erstreckt, von denen jede wiederum aus mehreren Schichten besteht. Die Schwingkreisspule L1 mit den Windungszahlen nl und n2 kann hier z.B. als ebene gedruckte Schaltung ausgeführt sein, deren Leiterbahnen zur Erhöhung der SpulengUte und zur Verringerung von Korrosionserscheinungen mit einem galvanischen Edelmetall-Uberzug versehen sind und deren Basismaterial aus Epoxyd-Glasbartgewete besteht. Auf die Schwingkreisspule folgt die ferritische Zone Fi, die aus der eigens eichen Ferritschicht und einer Isolier- und Trennsciiicht besteht.
• Hierauf folgt (von oben nach unten) die Zone mit den Kondensatoren C1 .». n, die z.B. so ausgeführt sein kann, daß ein doppelseitig kupferkaschiertes Epoxyd-Glashartgewebe geringer Dicke als Basismaterial verwendet wird. Auf die Kondensatoren-Zone folgt nun eine gedruckte Schaltung, welche die diskreten Bauteile tragt, die z. B.
• in einer einzigen integrierten Schaltung zusammengefaßt sind. An dieser Leiterplatte ist auch die Zuleitung befestigt.
• Die gesamte Anordnung ist, mit Ausnahme der Austrittflöche der Feldlinien auf der Stirnseite, in dem Ausführungsbeispiel von einem tragfähigen Gehäuse-umgeben und mit einem verlustarmen Gießharz GH oder einer silikosen Vergußmasse ausgegossen. Die benötigten leitenden Verbindungen der leitenden Schichten untereinander werden durch Durchkontaktieren, z.B. mit galvanischen Verfahren oder mit Hilfe von Kontaktstiften, erreicht.
• Die Anordnung ist ohne weiteres in einem weitgehend automatisierten Produktionsverfahren herzustellen. Darin liegt der besonderte Vorteil der Erfindung.
• Aus Fig. 3 lassen sich weitere Vorteile der Erfindung anhand der Ausbildung eines Gabel- oder Schlitzschalters erkennen. Eine zunächst ebene, beidseitig kupferkaschierte, dünne gedruckte Schaltung trägt die Schwingkreisspulenzonen eal und L12, die Schwingkreis- und Koppel'kondensatoren C1 ... Cn sowie sämtliche Leiterbahnen, die X Verbindungsleitungen zu den Ubrigen Schaltelementen dienen. Die no ebene gedruckte Schaltung wird mit den Bauelementen bestückt und die ferritischen Zonen F11 und F12 nach Aufbringen einer nicht gezeichneten isolierenden Zwischenschicht aufgebracht. Nach dem Anbringen der Zuleitung ZL wird die gedruckte Schaltung gebogen und in das Gehäuse G eingeschoben. Die Anordnung kann mit Gießharz GH oder mit Silikonkautschuk ausgegossen werden.

Claims (12)

Patentanspruche:

1. Induktive, oszillatorische, kontaktlose Annöherungsschalter für Gleich- oder Wechselspannung, vergossen oder unvergossen in einem Gehäuse untergebracht oder ohne Gehäuse vergossen oder unvergossen angeordnet, dadurch gekennzeichnet, daß die Aufnehmerspule, deren ferritisches Element, die gesamten oder nur ein Teil der Kondensatoren, die gesamten oder nur ein Teil der Widerstände und Halbleiter und der übrigen Bauelemente in untereinander oder nebeneinander liegenden flächigen Zonen sandwichförmig angeordnet sind, die mehrschichtig aus z.B.

Leiterbahnschichten, ferritischen Schichten, halbleitenden Schichten, teilleitenden Schichten, isolierenden Schichten, Schutzschichten, Distanzschichten, Klebeschichten usw. aufgebaut sind.

2. Annäherungsschalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß einzelne Schichten die Grundfläche der Zone nur partiell bedecken und darüber- oder darunterliegende andere Schichten die entstehenden Hohlräume ausfUllen oder nicht ausfüllen.

3. Annäherungsschalter nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß übereinanderliegende leitende Schichten, die voneinander durch andere Schichten getrennt sind, durch eine Durchkontaletierung miteinander elektrisch leitend verbunden werden.

4. Fnnaherungsschalter nach Anspruch 1 und 2, dadurch aekennzeichnet, daß die flächige Zone der Aufnehmerspule und die darunterliegende ferritische Zone annähernd gleich große, sich annähernd völlig Überdeckende Grundflächen haben, die ihrer Grundform nach kreisrund, g elliptisch, quadratisch, 4-eckig oder mehreckig ecin kennen oder sich aus den genannten Grundformen zusammenetzen

5. Annäherungsschalter nach Anspruch 1, 2 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß die ferritische Zone entfällt.

6. Annäherungsschalter nach Anspruch 1, 2 und , dadurch gekennzeichnet, daß die Zone für den Schwingkreiskondensator entfällt und daß die Schingreiskapazität aus den Teilkapazitäten zwischen den Windungen der Spule und/oder aus den Teilkapazitäten zwischen der Spule und der ferritischen Schicht gebildet wird.

7. Annbherungsschalter nach Anspruch 1, 2 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß nur der Schwingkreis in flächigen Zonen angeordnet ist und daß diese Zonen einen Baustein bilden, dem die gesamte übrige Schaltung als weiterer, der äußeren Form nach nicht näher definierter Baustein zugeordnet ist.

8. Annäherungsschalter nach Anspruch 1, 2 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß nur der Schwingkreis, ein oder mehrere Koppelkondensatoren, null, ein oder mehrere Ladekondensatoren, null, ein oder mehrere Blockkondensatoren in flächigen Zonen angeordnet sind und daß die übrige Schaltung als weiterer, der äußeren Form nach nicht näher definierter Baustein zugeordnet ist.

9. Annäherungsschalter nach Anspruch 1, 2, 3 und 8, dadurch gekennzeichnet, daß in die flächigen Zonen außerdem der Oszillatortransistor und seine übrigen Schaltelemente einbezogen sind.

10. Annaherungsschalter nach Anspruch 1, 2 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß die gesamte Innenschaltung in flächigen Zonen ausgeführt ist.

11. Annäherungsschalter nach Anspruch 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Anordnung ein durchgehendes Loch aufweist, dessen Achse vorzugsweise senkrecht auf den flächigen Zonen steht und das in der Grundfläche der Zonen vorzugsweise in der geometrischen Mitte, aber auch beliebig aus der Mitte heraus verschoben, angeordnet ist und dessen Umrißlinie vorzugsweise rund ist, aber auch oval, quadratisch, rechteckig oder mehreckig usw. sein kann.

12. Annäherungsschalter nach Anspruch 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß eine oder mehrere der flächigen Zonen sich nicht flach erstrecken, sondern U-förmig ausgebildet sind.