-
Induktiver Näherungsschalter Die Erfindung betrifft einen induktiven
Näherungsschalter mit einem vor seiner aktiven Fläche stehenden Sensorfeld für einen
magnetischen oder permeablen Auslöser und mit einem Oszillator, dessen Schwingkreis
einen topfförmigen, durch ein Joch kurzgeschlossenen Ferritschalenkern aufweist,
welchem ein Magnet mit in Richtung der Mittelachse des Schalenkerns ausgerichteter
Polachse und von etwa gleichem Durchmesser wie der Schalenkern vorgeschaltet ist,
wobei durch einen in das Sensorfeld eintauchenden Auslöser das Joch oder der Ferritschalenkern
derart in magnetische Sättigung treibbar ist, daß durch Verstimmung des Oszillators
der Schalter betätigt wird.
-
Ein derartiger induktiver Näherungsschalter, bei dem dem Ferritschalenkern
des Oszillatorschwingkreises ein Magnet vorgeschaltet ist, ist durch die DE-OS 32
36 224 bekannt.
-
Durch den Magneten wird dort dem relativ schwachen Feld des Ferritschalenkerns
ein Zusatzmagnetfeld überlagert, wodurch der Ansprechabstand des dortigen Näherungsschalters
erheblich erweitert ist und sogar die Möglichkeit besteht, einen Schaltvorgang durch
eine nichtferromagnetische Wand hindurch auszulösen. In vielen Anwendungsfällen
wird jedoch ein noch größerer Ansprechabstand, oft auch Schaltabstand genannt, benötigt.
-
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei einem gattungsgemäßen
induktiven Näherungsschalter den Ansprechabstand noch weiter zu vergrößern.
-
Diese Aufgabe ist erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Ferritschalenkern
an seiner dem Magneten abgewandten Seite mittig auf einer permeablen, den Kern weit
überragenden Platte sitzt. Diese einfache Zusatzmaßnahme vergrößert überraschenderweise
den Ansprechabstand in erheblichem Maße.
-
Dieser Effekt ist offenbar auf die durch die Platte bewirkte Aufweitung
des durch den Magneten, z. B. Stabmagneten, erzeugten Zusatzmagnetfeldes zurückzuführen,
eventuell auch auf eine Verminderung der Streuverluste und auf eine gezielte Führung
des Zusatzmagnetfeldes in eine gewünschte Wirkrichtung.
-
Nach einer besonders bevorzugten. Ausführungsform der Erfindung kann
der Auslöser ein zum Magneten gleichsinnig gepolter weiterer Magnet sein. Hierdurch
wird eine weitere Vergrößerung des Schaltabstandes erreicht. Besonders überraschend
ist hier aber, daß bei dem Einsatz eines magnetischen Auslösers in Verbindung mit
der am Schalenkern angeordneten Platte auch eine Auslösung durch eine dickere ferromagnetische
oder ferritische Wand hindurch möglich ist, womit der Einsatzbereich von induktiven
Näherungsschaltern in entscheidender Weise erweitert wird.
-
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung kann zwischen Ferritschalenkern
und Magnet eine permeable Scheibe eingefügt sein, die vorzugsweise ein Stick weit
über den Schalenkern vorsteht. Durch eine Variation der Dicke und des Durchmessers
der Scheibe kann eine gute Anpassung des Näherungsschalters an die jeweiligen Einsatzbedingungen
erreicht werden. Durch das Einfügen der Scheibe wird schließlich die Empfindlichkeit
des Oszillatorschwingkreises gegenüber Montagefehlern, z. B. gegenüber geringen
Luftspalten zwischen Schalenkern und Magnet, verringert.
-
Der Erfindung zufolge kann die Platte mindestens den dreifachen, vorzugsweise
den vierfachen Durchmesser des Schalenkerns und die Scheibe etwa den zweifachen
Durchmesser
des Schalenkerns aufweisen. Diese Abmessungen haben
sich für die meisten Einsatzfälle als besonders vorteilhaft erwiesen. Anstelle der
Scheibe kann auch ein weiterer Schalenkern zwischengefügt werden, der eine Kompensationsspule
aufweisen kann.
-
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung kann der Magnet ein Stabmagnet
aus hoch remanentem Material sein. Durch diese Maßnahme verändert der Näherungsschalter
seine einmal eingestellten Kenndaten auch unter der Einwirkung von starken magnetischen
Fremdfeldern nicht, wie diese z. B. in Schweißanlagen der Automobilindustrie auftreten.
-
Gemäß der Erfindung wird der Schalenkern vorzugsweise mit seiner offenen
Seite nach hinten zur Platte gerichtet.
-
Auch diese besondere Anordnung ist im Hinblick auf große Schalt abstände
und eine Auslösung durch ferritische oder ferromagnetische Wände hindurch vorteilhaft.
-
Nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung kann zwischen Magnet
und Schalenkern oder zwischen Platte und Schalenkern eine Scheibe aus temperaturabhängigem
Magnetwerkstoff eingefügt sein. Durch diese zusätzliche Scheibe kann bei geeigneter
Materialauswahl und Dimensionierung erreicht werden, daß die Kenndaten des Näherungsschalters
auch bei Veränderungen der Umgebungstemperatur erhalten bleiben.
-
Ferner kann der Erfindung zufolge vorgesehen werden, daß die Platte
auf der dem Magneten zugewandten Seite mit einem vorstehenden Rand versehen ist.
Hierdurch wird das Ansprechfeld lanzenförmig konzentriert. Der Erfindung zufolge
kann die Platte an ihrem äußeren Rand auf der dem Schalenkern zugewandten Seite
nach außen abfallend abgeschrägt sein. Durch diese Maßnahme läßt sich die Form des
Sensorfeldes in weiten Grenzen variieren und auf die jeweilige Bedingugn optimal
einstellen.
-
Die Erfindung wird im folgenden anhand der Zeichnung näher erläutert,
in der zeigen Fig. 1 den Sensorteil eines Näherungsschalters nach der Erfindung,
Fig. 2 einen Sensorvorsatz mit zusätzlicher Temperaturkompensationsscheibe, Fig.
3 einen Sensorvorsatz, dessen Platte an ihrem äußeren Rand abgeschrägt ist, Fig.
4 einen Sensorvorsatz, dessen Platte einen vorstehenden Rand aufweist,
Fig.
5 einen Sensorvorsatz, dessen Platte einen vorstehenden, abgeschrägten Rand aufweist,
Fig. 6 einen Sensorvorsatz mit einem weiteren Schalenkern zwischen Schalenkern und
Magnet und Fig. 7 einen Sensorvorsatz mit einem weiteren Schalenkern mit Kompensationsspule.
-
Der in Fig. 1 gezeigte Sensorteil eines induktiven Näherungsschalters
funktioniert grundsätzlich nach denselben Prinzipien wie die Näherungsschalter nach
der DE-OS 32 36 224, die hiermit ausdrücklich zum Bestandteil der Offenbarung gemacht
wird. Kernstück des Sensorteils ist ein topfförmiger Ferritschalenkern 1 mit Mittelbutzen
2, welchem ein zylindrischer Stabmagnet 3 mit in Richtung des Mittelbutzens 2 ausgerichteter
Polachse und von etwa gleichem Durchmesser wie der Schalenkern 1 vorgeschaltet ist.
-
Der Ferritschalenkern 1 sitzt an siner dem Magneten 3 abgewandten,
offenen Seite 4 auf einer permeablen, den Kern 1 weit überragenden Platte 5 auf,
die vorteilhafterweise eine kreisförmige Grundfläche besitzt.
-
Grundsätzlich ist für den Näherungsschalter auch ein Schalenkern ohne
Mittelbutzen einsetzbar; die offene Seite 4 des Schalenkerns 1 kann auf den Magneten
3 ausgerichtet sein.
-
Zwischen dem Schalenkern 1 und dem Magnet 3 ist eine permeable, über
den Schalenkern 1 ein Stück weit vorstehende Scheibe 6 eingefügt, welche vorzugsweise
etwa den zweifachen Durchmesser des Schalenkerns 1 aufweist.
-
In dem gezeigten Beispiel besitzt die Platte 5 etwa den vierfachen
Durchmesser des Schalenkerns 1.
-
In Fig. 1 ist mit gestrichelten Linien ein denkbarer Verlauf der magnetischen
Feldlinien 7, 8 eingezeichnet, wie er sich nach dem Ansetzen der Platte 5 und dem
Einfügen der Scheibe 6 in etwa ausbildet. Dieser mögliche Verlauf gilt nur für den
Fall, daß noch keine Beeinflussung der Feldlinien durch einen permeablen oder magnetischen
Auslöser oder durch eine ferromagnetische oder ferritische Wand stattfindet.
-
Ein besonders großer Schaltabstand kann erreicht werden, wenn als
Auslöser ein zum Magnet 3 gleichsinnig gepolter Magnet 9 benutzt wird. Bei Annäherung
des Auslöser-
Magneten 9 an den Sensorteil des induktiven Näherungsschalters
wird der Schalenkern 1 an einer sättigungsempfindlichen Stelle 10 in die Sättigung
getrieben, so daß die Oszillatorschwingungen abreißen und ein Schaltvorgang ausgelöst
wird.
-
Der Einfluß des Auslöser-Magneten 9 auf den Verlauf der Feldlinien
7, 8 ist so groß, daß ein Schaltvorgang auch durch eine strichpunktiert angedeutett,
ferromagnetische oder ferritische Wand 11 hindurch möglich ist.
-
Die Eigenschaften des Näherungsschalters können weiter verbesser werden,
wenn der Stabmagnet 3 aus hoch remanentem Material besteht.
-
Der in Fig. 2 dargestellte Sensorteil eines induktiven Näherungsschalters
besitzt grundsätzlich den gleichen Aufbau wie das Ausführungsbeispiel nach Fig.
1. Zwischen Magnet 3 und Scheibe 6 ist lediglich eine zweite Scheibe 12 aus temperaturabhängigem
Magnetwerkstoff eingefügte welche zur Stabilisierung der Schalterkenndaten bei veränderlichen
Außentemperaturen dient. Versuche haben hier gezeigt, daß die Temperaturkompensationsscheibe
12 auch zwischen dem Schalenkern 1 und der ersten Scheibe 6 oder aber zwischen dem
Schalenkern 1 und der Platte 5 angeordnet sein kann.
-
Für die Scheibe 12 kann z. B. der unter den geschützten Warenzeichen
'Thermoflux" oder "THERMOPERA.4" bekannte Magnetwerkstoff verwendet werden, bei
dem die Permeabilität mit zunehmender Temperatur
Hierdurch wird einer bei höherer Temperatur sonst vorzeitigen Sättigung entgegengewirk
Die
zweite Scheibe 12 sollte ungefähr die Dimensionen der Scheibe 6 aufweisen.
-
In den Ausführungsbeispielen nach den Fig. 3 bis 5 sind verschiedene
mögliche Ausgestaltungen der Platte dargestellt.
-
Fig. 3 zeigt eine Platte 13, welche an ihren äußeren Rändern 14 abgeschrägt
ist. Die Magnetlinien treten hier senkrecht aus den Randflächen 15 aus, wie durch
die eingezeichneten Pfeile angedeutet ist. Auf diese Weise wird gegenüber den Ausführungsbeispielen
nach den Fig. 1 und 2 die seitliche Streuung des Sensorfeldes verringert.
-
Fig. 4 zeigt eine Platte 16, die auf der dem Magneten 3 zugewandten
Seite mit einem vorstehenden Rand 17 versehen ist. Durch diesen Rand wird das Sensorfeld
noch stärker in lanzenförmiger Weise konzentriert, da nunmehr die Feldlinien parallel
zur Polachse des Magneten 3 aus den Randflächen 18 der Platte 16 austreten. Der
Streubereich des Magnetfeldes ist damit sehr klein und eine unbeabsichtigte Beeinflussung
des Näherungsschalters von der Seite her weitgehend ausgeschlossen.
-
Auch bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 5 besitzt die Platte 19
einen vorstehenden Rand 20, dessen Austrittsflächen 21 nunmehr jedoch leicht abgeschrägt
sind.
-
Damit soll wieder eine gewisse Aufweitung des Feldes erreicht werden,
um den Ansprechabstand zu vergrößern.
-
Durch eine Variation des Abschrägungswinkels kann hier eine für den
jeweiligen Anwendungsfall optimale Einstellung des Sensorfeldes erreicht werden.
-
Bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 6 ist anstelle der Zwischenscheibe
6 ein weiterer Schalenkern 22 vorgesehen. Dieser Schalenkern ist vor allem bei einer
Miniaturbauweise häufig kostengünstiger und einfacher zu montieren.
-
Auch bei den Ausführungsformen nach den Fig. 3 bis 6 kann eine Temperaturkompensationsscheibe
12 gemäß Fig. 2 zwischengefügt werden. Wie das Ausführungsbeispiel nach Fig. 7 zeigt,
kann aber auch in dem zusätzlichen Schalenkern 22 eine Spule 23 angeordnet werden,
die zur Kompensation von Temperatur- und/oder Werkstoffabweichungen eingesetzt werden
kann.
-
Selbstverständlich können bei den Ausführungsbeispielen nach den Fig.
1 bis 7 die Permanentmagneten 3, 9 auch durch Elektromagnete ersetzt werden, die
mit Gleich- oder mit niederfrequenter Wechselspannung betrieben werden können.
-
Die Ausführungsbeispiele nach den Fig. 1 bis 7 weisen trotz der Anordnung
der Platte 5, 13, 16, 19 sehr geringe Baugrößen auf. Der Durchmesser des Ferritschalenkerns
1 kann beispielsweise fünf Millimeter, der der Platte 5, 13, 16, 19 etwa zwanzig
Millimeter betragen. Dennoch kann - selbstverständlich ohne zwischengeschaltete
ferromagnetische Wand 11 - ein Schaltabstand in der Größenordnung von hundert Millimetern
erreicht werden.
-
- L e e r s e i t e-