DE2618163A1

DE2618163A1 - Spulenanordnung fuer naeherungsschalter

Info

Publication number: DE2618163A1
Application number: DE19762618163
Authority: DE
Inventors: Eckart Dr Rer Nat Hiss
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1976-04-26
Filing date: 1976-04-26
Publication date: 1977-11-17
Also published as: DE2618163C2

Description

Spulenanordnung für Näherungsschalter
Die Erfindung bezieht sich auf eine Spulenanordnung für Näherungsschaltgeräte, die dann einen Schaltimpuls auslösen, wenn in das Hochfrequenzfeld der Spulenanordung ein elektrisch leitender Werkstoff gebracht wird. Eine besondere Eigenschaft der beschriebenen Spulenanordnung besteht darin, daß die Hochfrequenzeigenschaften dieser Spulenanordnung weitgehend un -abhängig von der Umgebungstemperatur bestimmt werden können und dadurch die Spulenanordnung über ein Kabel vom Oszillator separiert werden kann.
Für die Meßdatenerfassung in der metallverarbeitenden Industrie oder z.B. auch im Maschinenbau werden heute zunehmend mechanische Endschalter oder allgemeiner, mechanische Abtastelemente durch berührungslos arbeitende elektronische Geräte ersetzt, die es ermöglichen, diese mechanischen Abtastfunktionen ohne direkte Berührung oder Beeinflussung der Materialien durchzuführen, Die Technik dieser Geräte ist in verschiedenen Schriften , wie auch- in den deutschen Anmeldungen 1951157 , 2337215 , 2320330 dokumentiert.
Problematisch und bisher unbefriedigend gelöst ist jedoch das Problem , mit diesen Näherungsschaltgeräten große Schaltabstände bei extrem schwankenden Umwelttemperaturen zu realisieren.
In der deutschen Patentschrift 2220944 wird dieses Problem dadurch umgangen, daß die Schaltspule durch Einführen einer Wasserkühlung bezüglich der Umwelttemperatur weitgehend auf der gleichen Temperatur gehalten wird. Die Nachteile dieser Technik bestehen in dem hohen Kostenaufwand für die Wasserkühlung, vor allem aber in den Schwierigkeiten, die sich durch die Störung des Hoch -frequenzfeldes durch die Kühlung selbst ergeben.
Andere Verfahren sind in den deutschen Anmeldungen 2052989 , 2242490 dargelegt; hier werden durch Regelglieder die sich langsam ändernden Umweltbedingungen mit Hilfe eines differentiellen Prinzips eleininiert. Ein prinzipieller Nachteil aller derartiger Prinzipien ist es jedoch, daß in Grenzfällen nicht zwischen Meß- und Regeleffekt unterschieden werden kann. Fehlschaltungen sind daher nicht auszuschließen.
Ein weiterer Nachteil aller Anordnungen mit separierter Detektorspule besteht darin, daß der elektrische Anschluß mindestens drei stromführende Leiter aufweisen muß.
Aufgabe der Erfindung war es, ein nicht regeldes Prinzip an -zuwenden und Detektorspulen und/oder Anordnungen anzugeben, bei denen die Hochfrequenzeigenschaften der Detektorspulen-Anordnung benz. der Umgebungstemperatur stabil bleiben und damit die Separierung der Spulen von der Elektronik zu ermöglichen Ferner waren Kriterien anzugeben, um eine 2-leiter-Dechnologie durchzuführen. Eine möglichst robuste mechanische Realisierung sollte gefunden werden.
Die Lösung dieser Aufgabe wurde dadurch gefunden, daß zur Her -stellung der Schaltspulen und/oder Schaltspulenanordnung nicht wie dies unter dem Aspekt physikalischer Oszillatoren, d.h.
möglichst frequenz stabiler Schwingungserzeuger , in der Fachliteratur abgehandelten Lehre, Hochfrequenzlitze zur Vermeidung von Wirbelstromverlusten angewendet wird, sondern ausgehend von der überraschenden Erkenntnis, daß Wirbelstromverluste und ohmsche Verluste eines Spulenleiters in Abhängigkeit von der Temperatur ein annähernd entgegensetztes Verhalten zeigen, Volldraht verwendet wird. Dieser Effekt kann jedoch nur dann ausgenutzt werden, wenn ein weiterer Effekt, die stark temperaturabhängige Kapazität der Wicklungsdrähte untereinander, sowie ihre elektromagnetische Wechselwirkung untereinander durch ein verlustloses Dielektrikum, welches die Drähte umgibt und Ihre gegenseitige Kapazität herabsetzt, eleminiert wird.
Die Lehre der Erfindung besteht daher darin, daß für die Spulen und/oder Spulenanordnungen der Schaltgeräte durch möglichst verlustlose Dielektrika isolierte Volldrähte,mit kleiner gegen -seitiger Kapazität verwendet werden. Es gibt dann für jede Spulendimensionierung einen bezüglich der ohmschen-undWirbelstromverluste temperaturunabhängigen Leiterquerschnitt Eine weitere Lehre der Erfindung besteht darin, daß ein Zu -sammenschalten von derartig optimierten Spulen eine in ihrer physikalischen Wirkung sich wie eine einzige,identisch optimierte Spule verhaltende Anordnung ergibt.
Wesentlich für die Funktion als Schaltspule für Näherungsschalter ist bei dieser Multi-Spulen-Anordnung , daß nach der Lehre dieser Erfindung eine Rückkopplungsschleife über alle Einzelspulen, unabhängig von ihrer Beschaltung geführt wird.
Eine weitere Lehre dieser Erfindung für den Betrieb als Schaltspulen mit 2-Leiter-Technik, besteht in der Verwendung eines besonderen Spulen-Zuleitungskabels, welches sich da -durch auszeichnet, daß die Rückkopplungsleitung und die Spulenleitung in separaten, kapazitätsarmen, abgeschirmten Leitungen mit konstantem Wellenwiderstand verlaufen. Da jedoch bei Anwendung der 2-Leiter-Technik die Abschirmung dieser Leitungen die volle Betriebsspannung führen kann, ist als Berührungsschutz die Kabelkombination nach außen hin isoliert und wird noch einmal von einem auf Erdpotential liegenden Schirm umfaßt; dieser Schirm kann noch eimal zum Schutz gegen Umwelteinflüsse ummantelt sein.
Eine große mechanische Stabilität der Spulen wird nach der Lehre dieser Erfindung dadurch erreicht, daß die Spulen- und/ oder Spulenanordnungs - Kontur in eine Platte aus Isolier -stoff so eingearbeitet wird,daß nach Einbringen der Spule oder der Spulenanordnung eine zweite Platte bündig aufliegt und dadurch aufgeklebt und/oder aufgeschweißt werden kann.
Hierdurch wird ein totaler Feuchtigkeitsschutz der Spulen erreicht. Diese Doppelplatte kann zur Erhöhung der Stabilität mit Hilfe von Kunststoffschrauben auf einen Eunststoff-Fuß geschraubt werden.
Anhand eines in der Zeichnung schematisch dargestellten Aus -führungsbeispiels, welches in der Praxis angewendet werden kann, wird die Erfindung näher erläutert.
In eine PVC-Platte 1 sind zwei kreisrunde Vertiefungen 2 ein -gelassen, in welche je eine Spule 3 , die aus Seideumsponnenen Volldraht 7 gefertigt ist. Die ganze Spule 3 ist mit Folie 8 umwickelt . Beide Spulen sind in Serie geschaltet 9,10 und zum Spulenanschluß 14 geführt. Jede Spule hat eine eigene Rückkopplungsspule 11,12 , die zum Rückkopplungsanschluß 13 geführt ist. Die Anschlüsse 13 und 14 werden zum Steckanschluß 15 a'sgeführt. Die durch einen Kleber und eine Schweißnaht 4 verbundene Oberplatte 1 und Unterplatte 5 werden durch Kunststoffschrauben im Bedarfsfall auf einen umgekehrt Pi-förmigen Fuß 16 geschraubt.
Das Spulenkabel ist so aufgebaut, daß von außen beginnend, eine Isolation 17 , eine Abschirmung 18 und eine nochmalige Isolation 19 alle Leiter 21 umfaßt, die mit der Spulenanordnung verbunden sind, und die ihrerseits abgeschirmt sind 20 Die Leiterscnirme 20 sind mit der internen Gerätemasse verbunden, während der Gesamtschirm 18 auf Erdpotential liegt .

Claims

Patentansprüche Spulenanordnung für Näherungsschalter, die beim Eintritt eines elektrischen Leiters in das Hochfrequenzfeld dieser Anordnung über eine nachgeschaltete Elektronik ein Schaltsignal zur Steurung von Prozeßabläufen abgibt, und deren Hochfrequenzeigenverluste in Abhängigkeit von der Umwelttemperatur weitgehend konstant bleiben, d & d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die kupferdrahtgewickelte Spulenanordnung aus mehreren zu -sammengeschalteten Spulen bestehen, die im Falle eines von der Elektronik separierten Betriebes über eine doppelt abgeschirmte Leitung angeschlossen werden und zwischen zwei miteinander verklebten und/oder verschweißten Patten an -geordnet ist.
2. Spulenanordnung für Näherungsschalter nach Anspruch 1 d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die kupferdrahtgewickelte Spulenanordnung aus mit einer oder mehreren Umwicklungen und/oder Ummantelungen versehenen Kupfer-Volldrähten hergestellt sind.
3. Spulenanordnung für Näherungsschalter nach Anspruch 1 und 2 , d & d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die zusammengeschalteten Spulen wahlweise parallel und/oder in Serie geschaltet sind.
4. Spulenanordnung für Näherungsschalter nach Anspruch 1 bis 3 , d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die zusammengeschalteten Spulen im Oszillatorbetrieb jede für sich eine Rückkopplungswindung besitzen.
5. Spulenanordnung für Näherungsschalter nach Anspruch 1 bis 4 d & d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die zusammengeschalteten Spulen aus einer singulären Spule bestehen.
6. Spulenanordnung für Näherungsschalter nach Anspruch 1 bis 5 d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die zusammengeschalteten Spulen bez. ihrer Eigenverluste die -selben Eigenschaften aufweisen, wie jede ihrer Einzelspulen.
7. Spulenanordnung für Näherungsschalter nach Anspruch 1 bis 6 d & d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die doppelt abgeschirmte Leitung so aufbebaut ist, daß die einzelnen oder gemeinsam abgeschirmten Spulen- und/oder Rückkopplungszuleitungen, umgeben von einer Isolation, noch einmal mit einem auf Erdpotential liegenden Schirm versehen sind.
8. Spulenanordnung für Näherungsschalter nach Anspruch 1 bis 7 d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß in die miteinander verklebten und/oder verschweißten Platten die Spulenkontur in eine und/oder beide Platten eingearbeitet ist.
9. Spulenanordnung für Näherungsschalter nach Anspruch 1 bis 8 d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die Platten auf einem umgekehrt Pi-förmigen Fuß mit Kunststoffschrauben befestigt sind.