DE3423722A1

DE3423722A1 - Induktiver naeherungsschalter

Info

Publication number: DE3423722A1
Application number: DE19843423722
Authority: DE
Inventors: Peter 5885 Schalksmühle Dahlheimer; Gerno 5884 Halver Soyck
Original assignee: Werner Turck GmbH and Co KG
Current assignee: Werner Turck GmbH and Co KG
Priority date: 1984-06-27
Filing date: 1984-06-27
Publication date: 1986-01-09

Description

Patentanwalt - - ^: -"..':.

Dipl.-Phys. Rudolf Peerbooms ^: 3423722

Dickmannstraße 45 c · Ruf (02 02) 55 6147 /j

Wuppertal-Barmen · O- p/h 4031/84

Patent- und Gebrauchsmusterhilfsanmeldung

Anmelder : Werner Turck GmbH 85 Co. KG 5884 Halver

Induktiver Näherungsschalter

Die Erfindung betrifft einen induktiven Näherungsschalter mit einem vor seiner aktiven Fläche stehenden Sensorfeld für einen permeablen Auslöser und mit einem Oszillator, dessen Schwingkreis einen topfförmigen Ferritschalenkern aufweist, wobei der Ferritschalenkern mit einem eine sättigungsempfindliche Stelle aufweisenden Joch kurzgeschlossen ist, welches zwischen zwei magnetisch in Reihe geschalteten Permanentmagneten angeordnet ist.

Durch die DE-OS 32 36 224 ist ein induktiver Näherungsschalter mit einem Oszillator bekannt, dessen Schwingkreis einen topfförmigen Ferritschalenkern mit Mittelbutzen aufweist. Dem Ferritschalenkern ist ein Permanent-

magnet in einer Weise zugeordnet, daß sich die Induktionsflüsse von Zusatzmagnet und Oszillatormagnetkern in einem sättigungsempfindlichen Magnetisierungsbereich überlagern. Das eigentliche Sensorfeld wird dabei durch den Permanentmagneten erzeugt. Beim Annähern eines permeablen Auslösers in das Sensorfeld wird dort der magnetische Widerstand reduziert, der sättigungsempfindliche Bereich in die Sättigung getrieben und der Näherungsschalter damit ausgelöst.

Für besondere Anwendungsfälle, bei denen das Sensorfeld eine besonders weite Luftstrecke aufweisen soll, ist in der DE-OS 32 36 224 weiterhin ein Näherungsschalter gezeigt, bei dem der Ferritschalenkern durch ein Joch mit einer sättigungsempfindlichen Stelle kurzgeschlossen ist. Die Enden des Joches liegen dort zwischen zwei magnetisch· in Reihe geschalteten, L-förmigen Permanentmagneten, zwischen deren äußeren Polen das eigentliche Sensorfeld ausge bildet ist. Diese Anordnung hat sich in ihrer grundsätzlichen Konstellation in vielen Anwendungsfällen bewährt. Nachteilig ist jedoch, daß die beiden L-förmigen Permanent magnete nur mit hohem Aufwand zu fertigen sind und darüber hinaus ein sehr großes Volumen aufweisen. Sie sind daher für viele Anwendungsfälle zu schwer und besonders bei Einsatz von Sondermagnetwerkstoffen zu teuer.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen gattungsgemäßen Näherungsschalter zu schaffen, der klein und leicht ausgebildet und hinsichtlich Fertigung und Materialaufwand kostengünstig ist.

Diese Aufgabe ist erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß das Joch eine Länge von mindestens dem dreifachen Durchmesser des Ferritschalenkerns aufweist und daß die Permanentmagnete aus Stabmagneten bestehen, die etwa die gleichen Abmessungen wie der Ferritschalenkern besitzen und an der am Schalenkern gegenüberliegenden Außenseitenfläche des Jochs mit senkrecht zu dieser Fläche gerichteten Polachse angeordnet sind. Da die Permanentmagnete nur etwa die gleichen Abmessungen wie der Ferritschalenkern besitzen, kann das als Magnetflußleiter und als Halterung für die Permanentmagnete dienende Joch als dünnes, ferritisches oder ferromagnetisches Blech ausgebildet sein, so daß insgesamt eine leichte Sensoranordnuni entsteht. Da bei der Auswahl der Permanentmagnete die Werkstoffkosten und - infolge der einfachen Geometrie - auch die Bearbeitungskosten keine entscheidende Rolle spielen, können besonders leistungsfähige Permanentmagnete eingesetzt werden. Trotz des geringen Bauvolumens kann daher die gleiche oder sogar eine höhere Leistungsfähigkeit wie bei den bekannten Näherungsschaltern erreicht werden.

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Nach einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung können die Stabmagnete aus hoch remanentem Material bestehen. Da bei dem Näherungsschalter nach der Erfindung die Stabmagnete nur eine sehr geringe Größe, beispielsweise einen Durchmesser und eine Länge von jeweils fünf Millimetern, aufweisen, ist auch im Hinblick auf eine Massenanwendung der Einsatz von hoch remanenten Magnetwerkstoffen, wie diese z. B. unter den geschützten Warenzeichen "KOERMAX" oder "Vacomax" vertrieben werden, kostenmäßig ohne weiteres vertretbar. Damit kann auch bei Näherungsschaltern für den Massengebrauch eine große Unempfindlichkeit der Kennwerte gegenüber äußeren Feldern erzielt werden.

In Ausgestaltung der Erfindung kann das Joch die Stabmagnete um einen oder wenige Millimeter überragen. Dieser beidseitige Überstand der Jochenden erlaubt einen bündigen oder teilbündigen Einbau des Näherungsschalters auch in ferromagnetischem Material, da ein Kurzschluß des Sensorfeldes über das Umgebungsmaterial verhindert ist, bzw. ein geringer Rückschluß durch entsprechenden Abgleich des Sensors kompensiert werden kann.

Der Erfindung zufolge kann die Außenseitenfläche des Joches flach-trogartig abgewinkelt sein derart, daß die

Verlängerungen der beiden Polachsen der an die Trogwände angesetzten Stabmagnete sich schneiden. Diese besondere Ausgestaltung eignet sich vor allem zur Erfassung von magnetisch permeablen Kolben durch nichtferromagnetische Zylinderwände hindurch. Durch die flach-trogartige Abwinklung der Außenseitenflächen des Joches ergibt sich eine für diesen Anwendungsfall optimale Ausbildung des Sensorfeldes.

In Weiterbildung der Erfindung kann der Auslöser ein Stabmagnet sein, dessen Polachse parallel zur Achse des Joches und im Sinne einer Reihenschaltung mit den beiden jochseitigen Stabmagneten ausgerichtet ist . Durch diese Maßnahme wird der Schaltabstand des Näherungsschalters erheblich vergrößert.

Die Erfindung wird im folgenden anhand der Zeichnung näher erläutert, in der zeigen :

Fig. 1 einen Näherungsschalter mit geradem Joch,

Fig. 2 den Näherungsschalter gemäß dem Schnitt H-II in Fig. 1,

Fig. 3 einen Näherungsschalter mit trogartig abgewinkeltem Joch zur Erfassung eines permeablen Kolbens und

BAD OHlGIHAL

Fig. 4 einen Näherungsschalter nach Fig. 1 mit einem Stabmagneten als Auslöser.

Die Fig. 1 und 2 zeigen den Sensorteil eines induktiven Näherungsschalters, welcher aus einem topfförmigen Ferritschalenkern 1 mit Mittelbutzen 2 besteht, dessen magnetisches Schwingkreisfeld durch ein Joch 3 kurzgeschlossen ist. Grundsätzlich kann für den Schalenkern auch eine Bauform ohne Mittelbutzen eingesetzt werden. Das Joch 3 ist als dünnes Blech ausgebildet, dessen Länge mehr als das Dreifache des Durchmessers des Schalenkerns 1 beträgt. Im mittleren Bereich des Joches 3, an dem auch der Schalenkern 1 aufgesetzt ist, ist das Joch in seiner Breite zu einer sättigungsempfindlichen Stelle 4 verengt. An der dem S.chalenkern 1 gegenüberliegenden Außenseitenfläche 5 des Joches 3 ist jeweils in der Nähe der Jochenden 6 ein Stabmagnet 7 mit rechteckigem Querschnitt angesetzt, dessen Polachse senkrecht zur Fläche 5 ausgerichtet ist. Die Stabmagnete 7, die etwa gleiche Breiten- und Höheηabmessung wie der Schalenkern 1 besitzen, sind über das Joch 3 magnetisch in Reihe geschaltet, so daß sich zwischen ihren freien Polen 8 ein strichpunktiert angedeutetes Sensorfeld 9 über eine große Luftstrecke hinweg ausbilden kann. Für die Stabmagnete 7 kann auch ein runder Querschnitt gewählt werden.

Die Form des SensorfeIdes 9 wird auch durch eine nichtferromagnetische Wand 10 nicht verändert. Erst bei der Annäherung eines permeablen Auslösers 11 kommt es zu einer spürbaren Beeinflussung, wie durch die gestrichelten, verkürzten Feldlinien 12 angedeutet ist. Durch die Verringerung des magnetischen Widerstandes wird die sättigungsempfindliche Stelle 4 des Joches 3 in die Sättigung getrieben, so daß der nicht näher gezeigte Oszillatorschwingkreis verstimmt wird und einen Schaltvorgang auslösen kann.

Der in den Fig. 1 und 2 dargestellte Sensorteil kann in der Praxis äußerst klein gebaut sein. So kann der Durchmesser des Schalenkerns 1 beispielsweise fünf Millimeter betragen, das Joch 3 kann ca. 1,5 mm dick sein. Dennoch kann zwischen den beiden Stabmagneten 7 ein Abstand von bis 40 mm ohne weiteres erreicht werden, so daß hohe Schaltabstände möglich sind. Die Stabmagnete 7 können vorteilhafterweise aus hoch remahentem Material bestehen.

Damit der Sensorteil des Näherungsschalters auch in ferromagnetischem Umgebungsmaterial bündig eingebaut werden kann, überragt das Joch 3 an seinen Enden 6 die Stabmagnete 7 um wenige Millimeter. Auf diese Weise wird einem etwaigen Kurzschluß des Sensorfeldes 9 über die ferromagnetische Umgebung vorgebeugt.

Fig. 3 zeigt ebenfalls den Sensorteil eines Näherungsschalters, welcher in einem nichtferromagnetischen Gehäuse 13 eingebaut ist. Zentrales Element,ist auch hier wieder ein topfförmiger Ferritschalenkern 1 mit Mittelbutzen 2. Damit aber der Näherungsschalter zur Erfassung eines permeablen Kolbens 14 durch eine nichtferromagnetische Zylinderwand 15 hindurch geeignet ist, ist der Schalenkern 1 durch ein Joch 16 kurzgeschlossen, dessen Außenseitenfläche 17 flach-trogartig abgewinkelt ist. Die beiden Stabmagnete 7 sind hier derart an den Trogwänden 18 angesetzt, daß sich die Verlängerungen der beiden Polachsen schneiden. Aufgrund dieser Konstellation bildet sich ein gestrichelt angedeutetes, optimales Sensorfeld 19 aus, welches durch den vorbeigeführten Kolben 14 beeinflußt werden kann. Auch bei dieser Ausführungsform überragt das Joch 16 an seinen Enden 20 die Stabmagnete unr wenige Millimeter, damit ein bündiger Einbau in einem ferromagnetischen Grundmaterial möglich ist.

Bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 4 ist der Näherungsschalter fast identisch mit dem nach Fig. 1. Eine Abweichung besteht in dem Auslöser, der hier als Stabmagnet 21 ausgebildet ist. Die Polachse des Stabmagneten 21 ist parallel zur Achse des Joches 3 und im Sinne

einer Reihenschaltung mit den beiden jochseitigen Stabmagneten 7 ausgerichtet. Auf diese Weise kann je nach Stärke des Stabmagneten 21, ein Schaltabstand zwischen 50 und 100 Millimetern erzielt werden.

Eine weitere Abweichung, die auch bei einer Auslösung mittels eines permeablen Auslösers 11, 14 gemäß Fig. 1 oder 3 vorgesehen werden kann, besteht in den beiden, jeweils zwischen den Magneten 7 und dem Joch 6 zwischengefügten Temperaturkompe nsat ions-Scheibe η 22. Diese bestehen aus einem Magnetwerkstoff, dessen Permeabilität mit zunehmender Temperatur . Solche Werkstoffe sind z. B. unter den geschützten Warenzeichen "Thermoflux" oder "THERMOPERM" bekannt. Durch die Scheiben 22 wird einer sonst vorzeitigen magnetischen Sättigung entgegengewirkt, so daß der Schaltabstand temperaturunabhängig ist.

nachträglich geändert

Claims

Patentanwalt .... . -. -

Dipl.-Phys. Rudolf Peerbooms 3423722

Dickmannstraße 45 c · Ruf (02 02) 55 6147

Wuppertal-Barmen P/H 4031/84

Patentansprüche

Induktiver Näherungsschalter mit einem vor seiner aktiven Fläche stehenden Sensorfeld für einen permeablen Auslöser und mit einem Oszillator, dessen Schwingkreis einen topfförmigen Ferritschalenkern aufweist, wobei der Ferritschalenkern mit einem eine sättigungsempfindliche Stelle aufweisenden Joch kurzgeschlossen ist, welches zwischen zwei magnetisch in Reihe geschalteten Permanentmagneten angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß das Joch (3, 16) eine Länge von mindestens dem dreifachen Durchmesser des Ferritschalenkerns (1) aufweist und daß die Permanentmagnete aus Stabmagneten (7) bestehen, die etwa die gleichen Abmessungen wie der Ferritschalenkern (1) besitzen und an der dem Schalenkern (1) gegenüberliegenden Außenseitenfläche (5, 17) des Joches (3, 16) mit senkrecht zu dieser Fläche (5, 17) gerichteten Polachsen angeordnet sind.

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2. Näherungsschalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Stabmagnete (7) aus hoch remanentem Material bestehen.
3. Näherungsschalter nach den Ansprüchen 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Joch (3, 16) die Stabmagnete (7) um einen oder wenige Millimeter überragt.
4. Näherungsschalter nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Außenseitenfläche (17) des Joches (16) flachtrogartig abgewinkelt ist derart, daß die Verlängerungen der beiden Polachsen der an die Trogwände (18) angesetzten Stabmagnete (7) sich schneiden.
5. Näherungsschalter nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Auslöser ein Stabmagnet (21) ist, dessen Polachse parallel zur Achse des Joches (3) und im Sinne einer Reihenschaltung mit den beiden jochseitigen Stabmagneten (7) ausgerichtet ist.
6. Näherungsschalter nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Stabmagneten (7) und dem Joch (3) mindestens eine Temperaturkompensations-Scheibe (22) zwischengefügt ist.