DE2618163C2

DE2618163C2 - Spulenanordnung für Näherungsschalter

Info

Publication number: DE2618163C2
Application number: DE19762618163
Authority: DE
Inventors: Eckart Dr.Rer.Nat. 2300 Kiel Hiss
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1976-04-26
Filing date: 1976-04-26
Publication date: 1985-08-08
Also published as: DE2618163A1

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Spulenanordnung für Näherungsschaltgeräte, die dann einen Schaltimpuls auslösen, wenn in das Hochfrequenzfeld der Spulenanordnung ein elektrisch leitender Werkstoff gebracht wird. Eine besondere Eigenschaft der beschriebenen Spulenanordnung besteht darin, daß die Hochfrequenz- es eigenschaften dieser Spulenanordnung weitgehend unabhängig 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 Abtastfunktioner. ohne direkte Berührung oder Beeinflussung der Materialien durchzuführen.

Die Technik dieser Geräte ist in verschiedenen Schriften, wie auch in den deutschen Offenlegungsschriften 19 51137,23 37 215,23 20 330 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 22 20 944 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 Hochfrequenzfeldes durch die Kühlung selbst ergeben.

In der deutschen Offenlegungsschrift 21 403 379 soll eine hohe Temperaturstabilität dadurch erreicht werden können, daß die Aufnehmerspule des Schwingkreises als flache gedruckte Schaltung ausgebildet ist. Der Nachteil dieser Anordnung besteht darin, daß die Oszillatorfrequenz im Verhältnis zur Spulendimension recht hoch ist, wodurch auch elektrisch leitfähige Flüssigkeiten das Schaltverhalten beeinflussen können. Auch treten bei der Dimensionierung der Aufnehmerspule für große Schaltabstände erhebliche Temperatureinflüsse durch mechanische Instabilitäten dieser Anordnung auf.

Andere Verfahren sind in den deutschen Offenlegungsschriften 20 52 989, 22 42 490 dargelegt; hier werden durch Regelglieder die sich langsam ändernden Umweltbedingungen mit Hilfe eines differentiellen Prinzips eliminiert. Ein prinzipieller Nachteil aller derartigen 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 ist es, ein nicht regelndes Prinzip anzuwenden und Detektorspulen und/oder Anordnungen anzugeben, bei denen die Hochfrequenzeigenschaften der Detektorspulen-Anordnung bez. der Umgebungstemperatur stabil bleiben und damit die Separierung der Spulen von der Elektronik zu ermöglichen.

Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt mit den Merkmalen gemäß Kennzeichnungsteil des Anspruchs 1. Ausgestaltungen der Erfindung ermöglichen eine 2-Leiter-Technologie und führen zu einer robusten mechanischen Realisierung der Spulenanordnung.

Zur Herstellung der Schaltspulen und/oder Schaltspulenanordnung wird nicht, wie dies für möglichst frequenzstabile Schwingungserzeuger aus der Fachliteratur bekannt ist, Hochfrequenzlitze zur Vermeidung von Wirbelstromverlusten angewendet, sondern ausgehend von der überraschenden Erkenntnis, daß Wirbelstromverluste und ohmsche Verluste eines Spulenleiters in Abhängigkeit von der Temperatur ein annähernd entgegengesetztes Verhalten zeigen, wird Volldraht vcrwen-

det 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 herabgesetzt, eliminiert wird.

Die Lehre der Erfindung besteht daher darin, daß für die Spulen und/oder Spulenanordnungen der Schaltgeräte durch möglichst verlustlose Dielektrika isoliert» ίο Volldrähte, nut kleiner gegenseitiger Kapazität verwendet werden. Es gibt dann für jede Spulendimensionierung einen bezüglich der ohmschen- und Wirbelstromverluste temperaturunabhängigen Leiterquerschnitt, d. h. die Summe aus ohmschen Verlusten und Wirbel-Stromverlusten ist temperaturunabhängig. Eine weitere Lehre der Erfindung besteht darin, daß ein Zusammenschalten von derartig optimierten Spulen eine in ihrer physikalischen Wirkung sich wie eine einzige, identisch optimierte Spule verhaltende Anordnung ergibt Wesentlich für die Funktion ais Schaltspule für Näherungsschalter ist bei dieser Multi-Spulen-Anordnung, daß nach der Lehre dieser Erfindung eine Rückkopplungsschleife über alle Einzelspulen, unabhängig von ihrer Beschattung 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 dadurch 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 einmal 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 Isolierstoff 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 Kunststoff-Fuß geschraubt werden. so

Anhand der in den Zeichnungen (F i g. 1 — 6) schematisch dargestellten Ausführungsbeispiele wird die Erfindung näher erläutert.

In eine PVC-Platte 1 sind zwei kreisrunde Vertiefungen 2 eingelassen, in welchen je eine Spule 3 liogt, die aus Seideumsponnenem 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 Rückkoppiungsspule 11, 12, die zum Rückkopplungsanschluß 13 geführt ist. Die Anschlüsse 13 und 14 werden zum Steckanschluß 15 herausgeführt. Die durch einen Kleber und eine Schweißnaht 4 verbundene Oberplatte 1 und Unterplatle 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 Leiterschirme 20 sind mit der internen Gerätemasse verbunden, während der Gesamtschirm 18 auf Erdpotential liegt

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

!. Spulenanordnung für Näherungsschalter, die beim Eintritt eines elektrischen Leiters in das Hoch- s frequenzfeld dieser Anordnung über eine nachgeschaltete Elektronik ein Schaltsignal zur Steuerung von Prozeßabläufen abgibt, und deren Hochfrequenzeigenverluste in Abhängigkeit von der Umwelttemperatur weitgehend konstant bleiben, dadurch gekennzeichnet,
daß die Spulenanordnung aus Kupfer-Volldrähten gewickelt ist, deren Leiterquerschnitt so gewählt wird, daß die Summe aus ohmschen Verlusten und Wirbelstromverlusten temperaturunabhängig ist, daß die Kupferdrähte mit einer oder mehreren Umwicklungen und/oder Ummantelungen ve»3ehew und in einer ggf. abgewinkelten Ebene in Form mehrerer elektrisch zusammengeschalteter Einzelspulen angeordnet sind, daß die Einzelspulen jede für sich eine Rückkopplungsschleife besitzen und daß die Spulenanordnung im Falle eines von der Elektronik separierten Betriebes über eine doppelte abgeschirmte Leitung angeschlossen wird.
2. Spulenanordnung für Näherungsschalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,

daß die zusammengeschalteten Spulen und/oder Rückkopplungsschleifen wahlweise parallel und/ oder in Serie geschaltet sind.
3. Spulenanordnung für Näherungsschalter nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet,

daß zwei zusammengeschaltete Spulen gegeneinander so abgewinkelt sind, daß ihr seitliches Profil V-förmig ist.
4. Spulenanordnung für Näherungsschalter nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet,

daß die doppelt abgeschirmte Leitung so aufgebaut ist, daß die Spulen- und/oder Rückkopplungsleitung einzeln und/oder gemeinsam abgeschirmt sind, von einer Isolation umfaßt sind und noch einmal mit einem auf Erdpotential liegenden Schirm umgeben sind.
5. Spulenanordnung für Näherungsschalter nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet,

daß die Spulen zwischen zwei miteinander verklebten und/oder verschweißten Platten angeordnet sind, wobei die Spulenkontur in eine und/oder beide Platten eingearbeitet ist.
6. Spulenanordnung für Näherungsschalter nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet,

daß die mit Spulen versehenen Platten auf einem umgekehrt Pi-förmigen Fuß, mit Kunststoffschrauben befestigt, montiert sind.