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Induktiver, bündig in eine Metallwand ein-
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bau bare Näherungsschalter Die Erfindung betrifft einen induktiven,
bündig in eine Metallwand einbaubaren Näherungsschalter mit einem von außen durch
eine Metallfahne oder dgl. beeinflußbaren Oszillator, der einen eine Spule aufnehmenden,
vorzugsweise einseitig offenen Ferrittopf aufweist, welcher von einem das Sensorfeld
von der Metallwand fernhaltenden Abschirmmantel aus z. B. Kupfer, Aluminium oder
Messing umgeben ist.
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Näherungsschalter des hier behandelten Typs sind z. B.
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durch die DE-PS 28 27 951 oder die DE-AS 29 43 911 bekannt.
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Sie besitzen eine an der offenen Seite ihres Ferrittopfes
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dgl. liegende sogenannte aktive Fläche. Bei Annäherung einer Metalfahne oder dgl.
an diese aktive Fläche wird der Oszillator bei einem bestimmten Annäherungsabstand
bis zum Abreißen der Schwingungen gedämpft. Dieser Vorgang ist mit einer hinderung
des Ausgangsstromes der Oszillatorschaltung verbunden, was zur Erzeugung von Schaltsignalen
ausgenutzt wird.
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Wegen ihrer Empfindlichkeit gegenüber Metall müssen induktive Näherungsschalter
bei der Montage an Metallwänden oder dgl. normalerweise derart angeordnet sein,
daß eine bestimmte Freizone zwischen ihrer aktiven Fläche und der Metallwand eingehalten
wird, sogenannter nicht-bündiger Einbau. Es sind aber auch Näherungsschalter mit
einem Abschirmmantel aus z. B. Kupfer, Aluminium oder Messing bekannt, die ohne
eine Beeinflussung der bei der Herstellung vorgegebenen Kennwerte mit ihrer aktiven
Fläche bündig in eine Metallwand einbaubar sind. Allerdings ist bei Näherungsschaltern
mit einem Abschirmmantel der Ansprechabstand deutlich verringert. Darüber hinaus
eignet sich auch dieser Typ nicht für einen versenkten, überbündigen Einbau in einer
Metallwand, da die Ränder der Einbauöffnung von dem Sensorfeld des Näherungsschalters
erfaßt werden und es somit zu einem unbeabsichtigten Durchschalten kommt.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen gattungsgemäßen Näherungsschalter
zu schaffen, der einen vergrößerten Ansprechabstand besitzt und der auch einen überbündigen,
z. B. einen bis um etwa 2/3 des Ansprechabstandes versenkten,Einbau in einer Metallwand
zuläßt.
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Diese Aufgabe ist erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Ferrittopf
von zwei konzentrischen Abschirmmänteln umschlossen ist. Durch die Anordnung eines
zweiten Abschirmmantels wird das Sensorfeld quasi "angespitzt" und damit von der
Seite her weniger beeinflußbar, sodaß der Ansprechabstand erheblich größer eingestellt
und somit die Reduzierung des Ansprechabstandes bei nur einem einzigen Abschirmmantel
vollständig oder nahezu vollständig aufgehoben werden kann. Darüber hinaus kann
der erfindungsgemäß Näherungsschalter auch überbündig, d. h. versenkt, in einer
Metallplatte eingebaut werden, ohne daß es zu einer vorzeitigen Auslösung oder zu
einer Veränderung der vorgegebenen Kennwerte kommt. Damit werden die Einsatzmöglichkeiten
von Näherungsschaltern erheblich erweitert.
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Schließlich können erfindungsgemäße Näherungsschalter auch bei gleicher
Arbeitsfrequenz unmittelbar nebeneinander angeordnet werden, ohne daß es zu einer
gegenseitigen Beeinflussung
kommt. Bei den bekannten Näherungsschaltern
mit nur einem einzigen Abschirmmantel ist zur Vermeidung von sogenannten Mitzieheffekten
ein Mindestabstand erforderlich, der etwa dem Gehäusedurchmesser eines Näherungsschalters
entspricht. Eine engere Anordnung ist bei den bekannten Näherungsschaltern höchstens
bei deutlich versetzten Arbeitsfrequenzen möglich, was aber für die Fertigung, Lagerhaltung
und Montage mit erheblichem Aufwand verbunden ist.
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Nach einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung können die Abschirmmäntel
durch eine Isolierschicht elektrisch voneinander getrennt sein. Der Erfindung zufolge
kann dabei der innere Abschirmmantel in Kunststoff allseitig eingebettet sein. Schließlich
kann gemäß der Erfindung der Abstand zwischen dem inneren Abschirmmantel und der
Gehäuseaußenseite zwischen 1/6 und. 1/15 der Gehäusequerabmessung bzw. des Gehäusedurchmessers
liegen. Durch diese Ausgestaltung werden die Vorteile der Erfindung,d.h. der größere
Ansprechabstand, die Möglichkeit des überbündigen Einbaus und die Unempfindlichkeit
gegenüber gleichfrequenten Nachbarschaltern, in besonderer Weise gefördert.
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Eine für die Praxis besonders vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung
ergibt sich, wenn der äußere Abschirmmantel
in an sich bekannter
Weise als zylindrisches Einschraubgehäuse ausgebildet ist. Damit kann der Näherungsschaiter
ohne weitere Sondervorrichtungen unmittelbar nicht-bündig, bündig oder überbündig
in einer Metallplatte oder dgl. eingeschraubt werden.
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Nach einer alternativen Ausführungsform der Erfindung können aber
auch beide Abschirmmäntel vollständig in Kunststoff eingebettet sein.
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Der Erfindung zufolge kann der innere Abschirmmantel an seinem vorderen
Rand eingeschlitzt oder eingekerbt sein und kann er längsgeschlitzt oder mit einem
längs einer Wendellinie verlaufenden Unterbrechungsschlitz versehen sein. Alle diese
Maßnahmen führen zu einer starken Verringerung der Wirbelströme, die durch das Feld
der Spule im inneren Abschirmmantel erzeugt werden. Diese besonderen Ausgestaltungen
erlauben besonders kleine Abstände zwischen Magnetkern und innerem Abschirmmantel
und damit Baugrößen, die die Normgrößen der bekannten Näherungsschalter nicht übersteigen.
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Die Erfindung wird im folgenden anhand der Zeichnung näher erläutert,
in der zeigen:
Fig. 1 einen bündig in einer Metallplatte eingebauten
Näherungsschalter nach dem Stand der Technik, Fig. 2 einen bündig in einer Metallplatte
eingebauten Näherungsschalter nach der Erfindung, Fig. 3 den Näherungsschalter nach
Fig. 2, überbündig in einer Metallplatte eingebaut, Fig. 4 eine geschlitzte Form
des inneren Abschirmmantels für einen Näherungsschalter, Fig. 5 und Fig. 6 zwei
weitere Ausführungsformen eines inneren Abschirmmantels mit unregelmäßigen vorderen
Rändern, Fig. 7 zwei unmittelbar nebeneinander in einer Metallplatte eingebaute
Näherungsschalter in einer abgewandelten Ausführungsform und Fig. 8 die Näherungsschalter
gemäß einer Blickrichtung VIII in Fig. 7
Fig. 1 zeigt einen bündig
in eine Metallwand 1 eingebauten Näherungsschalter 2 nach dem Stand der Technik.
Dieser besitzt eine Spule 3, welche in einem einseitig offenen Ferrittopf 4 eingebettet
ist. An der rückwärtigen Seite des Ferrittopfes 4 schließt sich ein elektronischer
Schaltungsblock 5 an, welcher zumindest einen der Spule 3 zugeordneten Schwingkreiskondensator
und eine Oszillatorschaltung umfaßt sowie evtl. auch eine Auswert- und Verstärkerschaltung.
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Die Signale des Näherungsschalters 2 können über eine elektrische
Leitung 6 abgerufen werden. Der Ferrittopf 4 und der Schaltungsblock 5 sind allseitig
in einem Kunststoffblock 7 eingegossen, der seinerseits von einem Abschirmmantel
8 aus z. B. Kupfer, Aluminium oder Messing umgeben ist. Der Abschirmmantel 8 weist
die Form einer zylindrischen Hülse mit Außengewinde 9 auf, und der Näherungsschalter
2 ist unmittelbar in die Metallwand -1 eingeschraubt.
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Aufgrund des Abschirmmantels 8 ist der Näherungsschalter 2 in der
Metallwand 1 bündig einbaubar, ohne daß es zu einer Veränderung der bei der Herstellung
vorgegebenen Kennwerte oder zu einer Auslösung durch die Metallwand 1 kommt. Diese
bündige Einbauweise ist zwar in der Mehrzahl der praktischen Einsatzfälle erwünscht;
aber gegenüber einem nichtbündigen Näherungsschalter ohne Abschirmung geht der Ansprechabstand
deutlich zurück. So liegt bei einem Gehäusedurchmesser
un zB.
æRzinEIillimetern der Schaltabstand bei einer nicht abgeschirmten Bauform bei acht
bis zbhn Millimetern, bei der bündigeinbaubaren abgeschirmten Ausführungsform dagegen
nur bei fünf Millimetern. Bei einem Gehäusedurchmesser von acht Millimetern geht
durch den Abschirmmantel 8 der Ansprechabstand von zwei Millimetern auf nur einen
einzigen Millimeter zurück. In Fig. 1 ist dieser reduzierte Ansprechabstand durch
eine strichpunktierte Linie 10 angedeutet. Angesichts dieses sehr geringen Ansprechabstandes
ist gerade bei kleinen Bauformen die die aktive Seite des Näherungsschalters 2 abdeckende
Kunststoffschutzschicht 11 relativ dünn und beschädigungsempfindlich.
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Fig. 2 zeigt einen Näherungsschalter 12 nach der Erfindung, welcher
die gleiche Größe und alle Bauteile der Ausführungsform nach Fig. l aufweist. Der
Ferrittopf 4 ist hier jedoch von zwei konzentrischen Abschirmmänteln 8, 13 umschlossen,
die durch eine Isolierschicht 14 elektrisch voneinander getrennt sind. Der innere
Abschirmmantel 13 ist dabei allseitig in einem Kunststoffblock 15 eingebettet, so
daß auch eine sichere elektrische Trennung gegenüber dem Ferrittopf 4 gegeben ist.
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Aufgrund der Anordnung von zwei Abschirmmänteln 8, 13 kann der durch
eine strichpunktierte Linie 16 gekennzeichnete
zulässige Ansprechabstand
gegenüber einer Bauform nach Fig. 1 wesentlich größer eingestellt werden. Beispielsweise
wird bei einem Gehäuse durchmesser von achtzehn Millimetern ein Ansprechabstand
von etwa acht Millimetern, bei einer kleinen Bauform mit einem Gehäusedurchmesser
von acht Millimetern ein Ansprechabstand von zwei Millimetern erreicht.
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Damit besitzt der Näherungsschalter 12 den gleichen oder nahezu den
gleichen Ansprechabstand wie ein nicht abgeschirmter Näherungsschalter, womit die
Nachteile eines einzigen Abschirmmantels 8 gemäß Fig. 1 vollständig kompensiert
sind. Diese Erweiterung des Ansprechabstandes ist gerade bei kleinen Bauformen von
sehr großer praktischer Bedeutung. Dagegen ist der Ansprechbereich zur Seite hin
etwas eingeengt, wie ein Vergleich der Linie 10 und 16 in den Fig. 1 und 2 zeigt.
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Ein weiterer wesentlicher Vorteil des Näherungsschalters 12 ergibt
sich durch die Möglichkeit eines überbündigen Einbaus, wie er in Fig. 3 dargestellt
ist. Der Näherungsschalter 12 ist dort um etwa die Hälfte seines Ansprechabstandes
versenkt in der Bohrung 17 der Metallplatte 1 angeordnet. Der durch die strichpunktierte
Linie 16 bezeichnete Ansprechbereich des Näherungsschalters 12 ist nun gegenüber
der Bauform nach Fig. 1 nicht nur größer, sondern auch auf einen engeren Bereich
konzentriert. Damit werden auch bei
einem überbündigen Einbau die
Bohrungsränder 17 nicht vom Näherungsschalter 12 erfaßt.
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Sollen die Ränder 17 auch bei einer größeren Einschraubtiefe des Näherungsschaiters
12 nicht erfaßt werden, ist auf einen genügend großen Abstand 18 zwischen dem inneren
Abschirmmantel 13 und der Gehäuseaußenseite, hier dem Außengewinde 9, zu achten.
In dem gezeigten Ausführungsbeispiel beträgt dieser Abstand 18 etwa 1/10 des Gehäusedurchmessers.
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Handelt es sich bei der Metallplatte 1 wie in Fig. 3 z. B.
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um eine Rutsche, können metallische Gegenstände 19, die die Bohrung
17 passieren, von dem versenkten Näherungsschalter 12 erfaßt werden. Auch bei längeren
Einsatz wird die empfindliche Schutzschicht 11 von den passierenden Gegenständen
19 nicht berührt und damit nicht abgenutzt.
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Aufgrund des vergrößerten Ansprechabstandes des Näherungsschalters
12 wäre aber auch eine Verdickung der Schutzschicht 11 um das Maß der Versenkung
und damit ein quasi "bündiger" Einbau möglich.
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Die Fig. 4 bis 6 zeigen besonders vorteilhafte Ausführungsformen für
den inneren Abschirmmantel, bei denen die Bildung von Wirbelströmen deutlich vermindert
wird.
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Der Abschirmmantel 20 nach Fig. 4 ist zu diesem Zwecke mit einem längs
einer Wendellinie verlaufenden, vom oberen Rand 21 bis zum unteren Rand 22 durchgehenden
Unterbrechungsschlitz 23 versehen. Der Abschirmmantel 24 nach Fig. 5 weist an seinem'vorderen
Rand 25 eine Vielzahl von rechteckigen Schlitzen 26 auf. Der Abschirmmantel 27 nach
Fig. 6 ist an seinem vorderen Rand 28 mit dreieckigen Kerben 29 versehen. Wie durch
eine gestrichelte Linie 30 angedeutet, kann die Wirbelstromunterdrückung durch weitere
Kerben oder Schlitze am hinteren Rand zusätzlich verbessert werden.
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Die Fig. 7 und 8 zeigen eine zweite Ausführungsform eines Näherungsschalters
31, welcher wiederum aus einer Schwingkreis-Spule 3 mit einseitig offenem Ferrittopf
4 sowie einem Schaltungsblock 5 aufgebaut ist. Der Ferrittopf ist von zwei Abschirmmänteln
32, 33 umschlossen, die beide vollständig in einem Kunststoffblock 34 eingebettet
sind. Die Draufsicht nach Fig. 8 ist hier der Ubersichtlichkeit halber so gezeichnet,
als ob der Kunststoffblock 34 durchsichtig wäre.
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Somit ist zu erkennen, daß der innere Abschirmmantel 32 in Draufsicht
eine kreisförmige und der äußere Abschirmmantel 33 eine quadratische Form besitzt.
Der Näherungsschalter 31 weist eine quadratische Außenkontur auf.
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In dem gezeigten Ausführungsbeispiel ist der Näherungsschalter 31
bündig in.eine Metallplatte 35 eingebaut. Er sitzt dabei unmittelbar neben einem
zweiten Näherungsschalter 31 gleicher Bauart. Trotz dieser Anordnung kommt es aufgrund
der beiden'Abschirnmäntel 32, 33 auch dann nicht der gefürchteten gegenseitigen
Beeinflussung der beiden Näherungsschalter 31, wenn beide in der gleichen Arbeitsfrequenz
betrieben werden. D. h. der bisher in DIN-Normen oder dgl. vorgegebene Mindestabstand
von einem Gehäusedurchmesser braucht nicht mehr eingehalten zu werden.