DE3616389A1

DE3616389A1 - Beruehrungslos wirkender naeherungsschalter

Info

Publication number: DE3616389A1
Application number: DE19863616389
Authority: DE
Inventors: Burkhard Dipl Ing Tigges; Dierk Brasse
Original assignee: Werner Turck GmbH and Co KG
Current assignee: Werner Turck GmbH and Co KG
Priority date: 1986-05-15
Filing date: 1986-05-15
Publication date: 1987-11-19
Also published as: US4757213A; DE3616389C2

Description

Die Erfindung betrifft einen berührungslos wirkenden Näherungsschalter, mit einer zwischen Eingangsteil und Sensorfelderzeuger liegenden Gleichstromschaltungsanordnung, die auf einen in einem Grundgehäuse angeordneten, anschlußseitigen Hauptteil und auf einen in einem Tastkopf angeordneten Sensorteil aufgeteilt ist, wobei der Tastkopf zwecks Wahl der Ansprechrichtung in verschiedenen festgelegten Stellungen am Grundgehäuse des Hauptteiles wahlweise festsetzbar ist.

Berührungslose Näherungsschalter dienen zum Auslösen von elektrischen Schaltvorgängen bei räumlicher Annäherung bzw. Entfernung von Gegenständen. Bei der hier zu betrachtenden Art solcher Schalter werden prinzipiell die durch die Annäherung von elektrisch und/oder magnetisch leitfähigen Gegenständen bewirkten Änderungen elektromagnetischer Felder zur Auslösung der Schaltvorgänge herangezogen. Bei einer häufig verwendeten Art von Näherungsschaltern wird ein Schwingkreis durch einen Oszillator in Schwingung ver setzt. Durch die Annäherung von elektrisch leitfähigen Gegenständen an die Schwingkreisspule oder an eine besondere, vom Oszillator angesteuerte Spule wird die Schwingung beeinflußt, wobei z.B. durch die Bedämpfung die Amplitude der Schwingung verändert oder die Schwingung ganz unterbrochen wird. Eine dem Oszillator nachgeschaltete Aus wertestufe wertet den Schwingungszustand aus und bildet über eine Schaltstufe den Schaltzustand des Näherungs schalters. Die Ausgabe dieses Schaltzustandes kann dabei in einer Kontaktgabe, z.B. Ein-, Aus- oder Umschalter, oder in einem definierten Halbleiterzustand, z.B. gesperrter oder durchgeschalteter Zustand eines Transistors, Thyristors oder Triacs, oder in einem definierten Signalpegel bestehen. Bei den sogenannten Zweileiter-Näherungsschaltern werden die Schaltzustände in Form von bestimmten Wertebereichen der Stromaufnahme der Näherungsschalter ausgegeben.

Bei allen Arten der induktiv wirkenden Näherungsschalter ist als Sensor eine Spulenanordnung vorhanden, deren Feld änderungen zur Bildung des Schaltzustandes herangezogen werden. Die geometrische Anordnung dieser Spule und ihres magnetischen Kreises ist ausschlaggend dafür, auf welche Änderungen des Näherungszustandes der Näherungsschalter anspricht, d. h. insbesondere aus welchen Richtungen die Annäherung erfolgen muß und bei welchen Entfernungen sich die Schaltzustände ändern.

In ähnlicher Weise haben auch andere als induktiv wirkende Näherungsschalter, z.B. kapazitiv oder optisch wirkende Näherungsschalter, ihre speziellen Sensoranordnungen, deren Ausgestaltung über Ansprechrichtung und Ansprechwerte ent scheiden.

Für die praktische Anwendung von Näherungsschaltern ist die Anordnung des Sensors von besonderer Bedeutung, weil beim Anbau an Maschinen und dgl. oft beengte Raumverhältnisse vorliegen, die einen auf die erforderlichen Ansprech richtungen ausgerichteten Anbau der Näherungsschalter erschweren. Deshalb sind eine Vielzahl von Ausführungen entstanden, die sich oft nur durch die räumliche Anordnung des Sensors unterscheiden, z.B. indem dieser bei sonst gleicher Bauform des Näherungsschalters an der Stirnfläche oder an einer der vier Seitenflächen angeordnet ist. Zur Verminderung der Anzahl nötiger Ausführungen ist es bekannt geworden, z.B. durch die DE-PS 28 17 020, die Sensoran ordnung in einem quader- oder würfelförmigen Körper unter zubringen, der auf dem quader- oder zylinderförmigen Haupt teil drehbar oder in verschiedenen Stellungen aufschraubbar oder aufsteckbar angeordnet ist. Dabei werden die nötigen elektrischen Verbindungen zwischen dem Hauptteil und dem Sensorteil des Näherungsschalters entweder durch ent sprechend bewegliche elektrische Leiter oder durch Steck kontakte oder Schleifkontakte hergestellt.

Bei der Verbindung durch bewegliche elektrische Leiter ist nachteilig, daß ein Austausch des Sensorteiles erschwert ist, weil dazu die elektrischen Verbindungen z.B. Löt- oder Schraubanschlüsse gelöst werden müssen. Eine leichte Aus tauschmöglichkeit des Sensorteiles ist aber erwünscht, z.B. wenn Sensorteile durch solche mit anderen Ansprechwerten oder mit anderem Funktionsprinzip ersetzt werden sollen, oder wenn ein Austausch aufgrund von mechanischer Beschädi gung nötig ist. Bei häufigem Wechsel der Ansprechrichtung durch Verdrehen des Sensorteiles kann es zur Ermüdung und zum Bruch der beweglichen Leiter oder ihrer Anschlußstellen kommen.

Bei der Verbindung durch Steck- oder Schleifkontakte ist in der Regel die Konstruktion aufwendig. Insbesondere ist es schwierig, eine für die vorgesehenen Anwendungen ausreichende Abdichtung der Verbindungsstellen gegen Schmutz und Flüssigkeiten herzustellen. Auch können die Kontaktstellen zu Oxydation und Korrosion neigen, was ihre Zuverlässigkeit herabsetzt.

Die Erfindung hat sich zur Aufgabe gestellt, einen Näherungsschalter zu schaffen, bei dem der Sensorteil bequem verstellt oder auch ausgetauscht werden kann.

Das ist erfindungsgemäß dadurch erreicht, daß der Tastkopf ein allseitig isolierter Baustein ist, daß der Hauptteil einen Gleichstrom-Wechselstrom-Wandler mit nachfolgender Kernspule und der Sensorteil einen Wechselstrom-Gleich strom-Wandler mit vorgeschalteter Kernspule aufweisen und daß die Kernspulen jeweils hinter den Befestigungsseiten von Grundgehäuse und Tastkopf liegen und bei festgesetztem Tastkopf durch induktive Kopplung die Energie vom Hauptteil zum Sensorteil und die Signale vom Sensorteil zum Hauptteil übertragen. Durch diese Maßnahmen entfallen alle Probleme, die sich bisher aus der elektrischen Verbindung von Hauptteil und Tastkopf ergaben. Auch im Tastkopf liegt eine Gleichstromversorgung vor, so daß die Schaltung hin sichtlich Auswertegenauigkeit, Verstärkungsgrad etc. ge eignet ausgelegt werden kann. Weitere Merkmale der Erfindung sind in den Unteransprüchen und weitere Vorteile in der nachfolgenden Figurenbeschreibung angegeben. In der Zeichnung zeigen:

Fig. 1 ein Schaltbild des Näherungsschalters nach der Erfindung,

Fig. 2 ein erstes Ausführungsbeispiel des mechanischen Aufbaus des Näherungsschalters,

Fig. 3 einen Schnitt gemäß der Linie III-III in Fig. 2,

Fig. 4 eine Draufsicht, in Fig. 2 in Richtung des Pfeiles IV gesehen, wobei einzelne Bereiche im Schnitt dargestellt sind,

Fig. 5 eine Stirnansicht auf den Tastkopf in Fig. 2 in Richtung des Pfeiles V gesehen,

Fig. 6 eine abgewandelte Ausführungsform für den Tastkopf und

Fig. 7 und 8 eine dritte Ausführungsform des Tastkopfes.

Aus der Versorgungsgleichspannung, die an den Anschlüssen 1, 2 anliegt, wird mittels eines Gleichstrom-Wechselstrom- Wandlers 3 (DC-AC-Wandler) eine Wechselspannung herge stellt. Diese Wechselspannung wird über als Überträger wirkende Kernspulen 4 und 5 elektromagnetisch an einem Wechselstrom-Gleichstrom-Wandler 6 (AC-DC-Wandler) übertragen. Die dabei entstehende Gleichspannung versorgt einen hier mit dem Sensor vereinigten Oszillator 7 mit Strom. Die Auswertestufe 8 gibt ein vom Betriebszustand des Oszillators 7 und damit vom Näherungszustand am Sensor ab hängiges Signal an eine steuerbare Stromsenke 9. Diese Stromsenke 9 wirkt als Encoder, indem sie je nach An steuerungszustand einen geringen oder großen Strom aus dem AC-DC-Wandler 6 entnimmt. Diese unterschiedliche Stroment nahme wirkt dabei zurück auf die Stromaufnahme des DC-AC- Wandlers 3. Ein Informationsdecoder 10 gibt ein aus dem Wert der Stromaufnahme abgeleitetes Signal auf die Schalt stufe 11, die hier von einem Transistor gebildet ist. Damit steht am Anschluß 12 das Ausgangssignal des Näherungs schalters an, und zwar als gegen den Anschluß 2 entweder gesperrte oder durchgeschaltete Kollektor-Emitter-Strecke der Schaltstufe 11.

Wie in strichpunktierten Linien dargestellt ist, ist der Näherungsschalter im Bereich seiner Gleichstromschaltungs anordnung durch die DC-AC und AC-DC-Wandler 3, 6 und Kern spulen 4, 5 räumlich trennbar in einen Hauptteil 13 und einen Sensorteil 14. Die elektromagnetische Kopplung zwischen den Kernspulen 4, 5 ermöglicht die Energie übertragung vom Hauptteil 13 zum Sensorteil 14; sie er möglicht gleichzeitig die Signalübertragung vom Sensorteil 14 zum Hauptteil 13. Dabei sind keine elektrischen Ver bindungen nötig.

Die erfindungsgemäße Anordnung zur Energie- und Signalüber tragung zwischen Hauptteil und Sensorteil von Näherungs schaltern ist nicht auf induktive Näherungsschalter be grenzt, sondern kann in gleicher Weise auch für Näherungs schalter mit anderen Sensoren, z. B. mit kapazitiver Wirkung, angewendet werden. Es ist sogar möglich, den Hauptteil so zu gestalten, daß an ein Hauptteil wahlweise Sensorteile mit unterschiedlichen Wirkungsprinzipien ange bracht werden können.

Die erfindungsgemäße Anordnung ist weiter nicht beschränkt auf die in Fig. 1 angegebene Schaltung. Es können auch andere Schaltungsarten mit der erfindungsgemäßen Aufteilung auf Hauptteil und Sensorteil hergestellt werden. Der äußere Anschluß für die Versorgung des Näherungsschalters kann auch über eine Gleichrichterschaltung an eine Wechselspannungsquelle erfolgen. Anstelle der Schaltstufe 11 können auch andere elektronische Schaltmittel, z.B. Thyristoren oder Triacs verwendet werden, oder es kann ein Relais eingesetzt werden, so daß eine definierte Kontaktstellung den Ausgang des Näherungsschalters bildet. Für Fälle, in denen der Ausgang des Näherungsschalters nicht zum Schalten elektrischer Lasten verwendet werden soll, kann auf die Laststufe verzichtet werden, und ein vom Encoder abgegebenes Spannungssignal mit definierten Zu ständen kann den Ausgang bilden. Schließlich können auch die als Zweileiter-Ausführungen bekannten Näherungsschalter nach dieser Erfindung ausgeführt werden.

Die Fig. 2 bis 8 zeigen bevorzugte mechanische Ausführungs formen des Näherungsschalters.

Der Hauptteil 13 des Näherungsschalters liegt in einem Grundgehäuse 15 aus Metall oder Kunststoff mit zugeordnetem Deckel 16. Es enthält die zugehörigen Teile der elektrischen Schaltung, insbesondere die Anschlußmöglich keit für den äußeren elektrischen Anschluß des Näherungs schalters in Form von Schraub-, Steck-, Klemm- oder Löt verbindungen oder durch unmittelbar herausgeführte elek trische Leitungen. Im Grundgehäuse 15 des Hauptteiles 13 ist die Kernspule 4 an derjenigen Gehäusewand 17 ange ordnet, an der im montierten Zustand der Sensorteil 14 anliegt. An dieser Gehäusewand 17 ist eine Schwalben schwanz-Einhängetasche 18 vorgesehen. Der Sensorteil 14 ist in einem würfelförmigen Tastkopf 19 untergebracht, der an seiner Befestigungsseite mit einem quadratischen, allseits hinterschnittenen Kopf 20 versehen ist, der in die Schwalbenschwanz-Einhängetasche 18 in vier verschiedenen Drehstellungen einschiebbar ist. Ein aufgeschraubtes Druckstück 21 hält in montiertem Zustand den Tastkopf 19 fest am Grundgehäuse 15. Der Tastkopf 19 enthält die Kernspule 5 an derjenigen Wand, die in montiertem Zustand am Grundgehäuse 15 anliegt. Weiter enthält der Tastkopf mindestens noch den eigentlichen Sensor, hier als Spule 22 dargestellt. Beim Ausführungsbeispiel nach den Fig. 2 bis 5 liegen die Befestigungsseite des Tastkopfes 19 und somit auch die Kernspule 5 an der der Sensorspule 22 und damit der Ansprechseite gegenüberliegenden Würfelseite.

Nach Lösen des Druckstückes 21 kann der Tastkopf 19 leicht ausgewechselt werden, ohne daß elektrische Verbindungen gelöst oder hergestellt werden müssen und ohne daß dabei elektrische oder empfindliche mechanische Teile zugänglich werden. Auch bleibt der Schutz gegen Staub und Feuchtigkeit voll erhalten. Da keine elektrischen Teile zugänglich werden, kann der Austausch auch bei elektrisch angeschal tetem Hauptteil vorgenommen werden.

Während beim Tastkopf 19 nach den Fig. 2 bis 5 ein Aus wechseln nur sinnvoll ist, wenn der Tastkopf durch einen solchen mit anderen Eigenschaften ersetzt werden soll, zeigt Fig. 6 einen Tastkopf 23, bei dem die Kernspule 5 an einer der Ansprechseite bzw. Sensorspule 22 benachbarten Würfelseite liegt, so daß der Tastkopf 23 sich in vier verschiedenen Ausrichtungen seiner Sensorspule 22 an das Grundgehäuse 15 ansetzen läßt.

Die Fig. 7 und 8 zeigen schließlich einen Tastkopf 24, der sowohl an einer der Sensorspule 22 gegenüberliegenden als auch einer benachbarten Seite je einen quadratischen Ein schiebekopf 20 für die Schwalbenschwanz-Einhängetasche 18 und je eine Kernspule 5 und 5 a aufweist, die beide an den Wechselstrom-Gleichstromwandler 6 des Sensorteiles 14 an geschlossen sind, vgl. Fig. 1. Dieser Tastkopf 24 kann mit der Ansprechseite wahlweise axial oder in einer von vier Querrichtungen relativ zur Längsachse des Näherungs schalters angeordnet werden.

Claims

1 Berührungslos wirkender Näherungsschalter, mit einer zwischen Eingangsteil und Sensorfelderzeuger liegenden Gleichstromschaltungsanordnung, die auf einen in einem Grundgehäuse angeordneten, anschlußseitigen Hauptteil und auf einen in einem Tastkopf angeordneten Sensorteil aufgeteilt ist, wobei der Tastkopf zwecks Wahl der Ansprechrichtung in verschiedenen festgelegten Stellungen am Grundgehäuse des Hauptteiles wahlweise festsetzbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Tast kopf (19) ein allseitig isolierter Baustein ist, daß der Hauptteil (13) einen Gleichstrom-Wechselstrom- Wandler (3) mit nachfolgender Kernspule (4) und der Sensorteil (14) einen Wechselstrom-Gleichstrom-Wandler (6) mit vorgeschalteter Kernspule (5) aufweisen und daß die Kernspulen (4, 5) jeweils hinter den Befestigungs seiten von Grundgehäuse (15) und Tastkopf (19) liegen und bei festgesetztem Tastkopf durch induktive Kopplung die Energie vom Hauptteil (13) zum Sensorteil (14) und die Signale vom Sensorteil (14) zum Hauptteil (13) übertragen.

2. Näherungsschalter nach Anspruch 1, dadurch gekenn zeichnet, daß der Tastkopf (24) würfelförmig ist und eine neben seiner Ansprechseite und eine der Ansprechseite gegenüberliegende Befestigungsseite aufweist und daß an beiden Befestigungsseiten jeweils eine Kernspule (5, 5 a) angeordnet ist, die beide an denselben AC-DC-Wandler (6) angeschlossen sind.

3. Näherungsschalter nach Anspruch 1, dadurch gekenn zeichnet, daß das Grundgehäuse (15) des Hauptteiles (13) an der Befestigungsseite (17) mit einer Schwalben schwanz-Einhängetasche (18) versehen ist und daß der Tastkopf an einer oder an zwei Würfelseiten je einen quadratischen, allseits hinterschnittenen, in die Schwalbenschwanz-Einhängetasche (18) einschiebbaren Kopf (20) aufweist.

4. Näherungsschalter nach Anspruch 3, dadurch gekenn zeichnet, daß das offene Ende der Schwalbenschwanz- Einhängetasche (18) durch ein anschraubbares Druckstück (21) verschließbar ist.