DE3616389C2 - - Google Patents
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- DE3616389C2 DE3616389C2 DE3616389A DE3616389A DE3616389C2 DE 3616389 C2 DE3616389 C2 DE 3616389C2 DE 3616389 A DE3616389 A DE 3616389A DE 3616389 A DE3616389 A DE 3616389A DE 3616389 C2 DE3616389 C2 DE 3616389C2
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- H—ELECTRICITY
- H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
- H03K—PULSE TECHNIQUE
- H03K17/00—Electronic switching or gating, i.e. not by contact-making and –breaking
- H03K17/94—Electronic switching or gating, i.e. not by contact-making and –breaking characterised by the way in which the control signals are generated
- H03K17/945—Proximity switches
- H03K17/95—Proximity switches using a magnetic detector
- H03K17/952—Proximity switches using a magnetic detector using inductive coils
- H03K17/9522—Proximity switches using a magnetic detector using inductive coils with a galvanically isolated probe
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- Switches That Are Operated By Magnetic Or Electric Fields (AREA)
- Electronic Switches (AREA)
Description
Die Erfindung betrifft einen berührungslos wirkenden
Näherungsschalter, mit einer zwischen Eingangsteil und
Sensorfelderzeuger liegenden Gleichstromschaltungs
anordnung, die auf einen in einem Grundgehäuse ange
ordneten, 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 vier verschiedenen Stellungen mit
jeweils seitlicher Ausrichtung des Sensors 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. Durch die DE-OS
35 15 033 ist ferner ein Näherungsschalter bekannt, bei dem
der Tastkopf universell einstellbar ist, d. h. mit entweder
frontal nach vorne gerichtetem oder mit nach einer der vier
Seiten gerichtetem Sensor. Zu diesem Zweck ist dort der
Tastkopf in zwei um 90° gewendeten Stellungen an ein
Zwischenstück ansteckbar, das seinerseits in vier ver
schiedenen Drehstellungen an dem Hauptteil befestigbar ist.
Auch dort sind die nötigen elektrischen Verbindungen
zwischen den Schalterteilen durch ein flexibles Kabel
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 Konstuktion aufwendig. Insbesondere ist es
schwierig, eine für die vorgesehenen Anwendungen aus
reichende Abdichtung der Verbindungsstellen gegen Schmutz
und Flüssigkeiten herzustellen. Auch können die Kontakt
stellen zu Oxydation und Korrosion neigen, was ihre
Zuverlässigkeit herabsetzt.
Die Erfindung hat sich zur Aufgabe gestellt, einen
Näherungsschalter zu schaffen, bei dem der Sensorteil
universell, d. h. in Frontrichtung und in vier seitliche
Richtungen, 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, 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, daß der Tastkopf würfelförmig ist und eine auf
seiner Ansprechseite senkrecht stehende und eine der
Ansprechseite gegenüberliegende Befestigungsseite aufweist
und daß an beiden Befestigungsseiten jeweils eine Kernspule
angeordnet ist, die beide an denselben AC-DC-Wandler ange
schlossen sind. Die Erfindung erbringt den Vorteil, daß bei
einem nur aus zwei Teilen bestehenden Näherungsschalter
nunmehr der Sensorteil in alle fünf, von der Praxis ver
langten Richtungen einstellbar ist, womit eine erhebliche
Typenreduzierung erreicht wird. Der erforderliche bauliche
Zusatzaufwand ist hierbei sehr gering, und das Umsetzen des
Sensorteils ist mit wenigen Handgriffen jeweils auszu
führen. Durch die Erfindung entfallen ferner alle Probleme,
die sich bisher aus der elektrischen Verbindung von Haupt
teil und Tastkopf ergaben. Auch im Tastkopf liegt eine
Gleichstromversorgung vor, so daß die Schaltung hinsicht
lich Auswertegenauigkeit, Verstärkungsgrad etc. geeignet
ausgelegt werden kann. Durch die DE-OS 26 18 231 ist es bei
einem Näherungsschalter und durch die DE-PS 22 21 371
generell bei elektrischen Meßeinrichtungen bekannt, eine
Tastkopfspule bzw. einen Meßwertgeber mittels eines induk
tiven Übertragers von dem Auswertteil galvanisch zu ent
koppeln. Bei dem Näherungsschalter nach der DE-OS 26 18 231
dient diese Maßnahme zum Schutz der Bedienungsperson gegen
Schläge bei einer evtl. Beschädigung der Tastkopfspule; der
Tastkopf ist dort aber lagefest mit dem Hauptteil
verbunden. Bei der Meßeinrichtung nach der DE-PS 22 21 371
ist ein spezieller hochempfindlicher Überträger angestrebt,
der auch für kleine Meßsignale einsetzbar ist, wie sie z.
B. bei der Bestimmung des pH-Wertes oder des
Redox-Potentiales anfallen. Beide Druckschriften betreffen
somit nicht die verstellbare Ausrichtbarkeit von Sensor
köpfen.
Weitere Merkmale der Erfindung sind in den Unteransprüchen
und weitere Vorteile in der nachfolgenden Figuren
beschreibung angegeben. In der Zeichnung zeigen:
Fig. 1 ein Schaltbild des Näherungsschalters nach der
Erfindung,
Fig. 2 ein 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 und
Fig. 6 den Schalter mit einer seitlichen Ausrichtung des
Sensors.
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 einen
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. An den Ausgang des AC-DC-Wandlers 6 ist
eine weitere Kernspule 5 a angeschlossen, die um 90° gegen
über der Kernspule 5 versetzt ist. Die Kernspule 5 a kann
alternativ zur Kernspule 5 mit der Kernspule 4 des Haupt
teils gekoppelt werden.
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 Anordnung zur Energie- und Signalübertragung zwischen
Hauptteil und Sensorteil von Näherungsschaltern ist nicht
auf induktive Näherungsschalter begrenzt, sondern kann in
gleicher Weise auch für Näherungsschalter 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 angebracht werden können.
Die 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 elek
trischer Lasten verwendet werden soll, kann auf die
Laststufe verzichtet werden, und ein vom Encoder abge
gebenes Spannungssignal mit definierten Zuständen kann den
Ausgang bilden. Schließlich können auch die als
Zweileiter-Ausführungen bekannten Näherungsschalter nach
dieser Erfindung ausgeführt werden.
Die Fig. 2 bis 5 zeigen eine bevorzugte mechanische
Ausführungsform 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
zwei Befestigungsseiten mit einem quadratischen, allseits
hinterschnittenen Kopf 20 versehen ist, der jeweils 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 Kern
spulen 5 und 5 a jeweils an denjenigen Wänden, die in
montiertem Zustand am Grundgehäuse 15 anliegen. Weiter
enthält der Tastkopf mindestens noch den eigentlichen
Sensor, hier als Spule 22 dargestellt. In Fig. 4 ist der
Tastkopf 19 mit seiner der Sensorspule 22 und damit der
Ansprechseite gegenüberliegenden Würfelseite an den Haupt
teil 15 befestigt.
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.
Der Tastkopf 19 weist sowohl an einer der Sensorspule 22
gegenüberliegenden als auch einer benachbarten Seite je
einen quadratischen Einschiebekopf 20 für die Schwalben
schwanz-Einhängetasche 18 und je eine Kernspule 5 und 5 a
auf, die beide an den Wechselstrom-Gleichstromwandler 6 des
Sensorteiles 14 angeschlossen sind, vgl. Fig. 1. Dieser
Tastkopf 19 kann mit der Ansprechseite wahlweise axial -
siehe Fig. 4 - oder in einer von vier Querrichtungen
relativ zur Längsachse des Näherungsschalters - siehe Fig.
6 - angeordnet werden.
Claims (3)
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, 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, daß der Tastkopf (19) würfelförmig ist und
eine auf seiner Ansprechseite senkrecht stehende und
eine der Ansprechseite gegenüberliegende Befestigungs
seite aufweist und daß an beiden Befestigungsseiten
jeweils eine Kernspule (5, 5 a) angeordnet ist, die
beide an denselben AC-DC-Wandler (6) angeschlossen sind.
2. 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 (19) an zwei Würfelseiten je einen quadra
tischen, allseits hinterschnittenen, in die Schwalben
schwanz-Einhängetasche (18) einschiebbaren Kopf (20)
aufweist.
3. Näherungsschalter nach Anspruch 2, dadurch gekenn
zeichnet, daß das offene Ende der Schwalbenschwanz-
Einhängetasche (18) durch ein anschraubbares Druckstück
(21) verschließbar ist.
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