DE4003426B4

DE4003426B4 - Magnetic field dependent electronic proximity switch

Info

Publication number: DE4003426B4
Application number: DE19904003426
Authority: DE
Inventors: Jens Müller; Andreas Dr. Nest
Original assignee: Werner Turck GmbH and Co KG
Current assignee: Werner Turck GmbH and Co KG
Priority date: 1989-11-15
Filing date: 1990-02-06
Publication date: 2005-11-24
Anticipated expiration: 2010-02-07
Also published as: DE4003426A1

Abstract

Magnetfeldabhängiger elektronischer Annäherungsschalter, welcher durch einen sich annäherenden magnetischen Auslöser (NS) betätigt wird, mit einem durch den Auslöser beeinflußbaren HF-Schwingkreis (14) in einer Oszillatorschaltung (13), dessen Spulenanordnung einen vom Magnetfeld des Auslösers magnetisierbaren Körper aufweist, welcher ab einer bestimmten Magnetfeldstärke durch das Magnetfeld des Auslösers unter Entdämpfung des Schwingkreises (14) in magnetische Sättigung treibbar ist, wobei der magnetisierbare Körper aus einem amorphen oder überwiegend amorphen Metallband (33) hoher Permeabilität besteht, dessen den Schwingungszustand der Ozillatorschaltung (13) bestimmende Verluste mit Zunahme der magnetischen Sättigung abnehmen, dadurch gekennzeichnet, daß bei der Schwingkreisspule (16) der aus Kunststoff hergestellte, den in die magnetische Sättigung treibbaren Körper (33) hoher Permeabilität aufnehmende Spulenkörper (29) mit einem pulverförmigen, permeablen Material (34) angereichert ist Magnetic field dependent electronic proximity switch, which by approaching magnetic trigger (NS) pressed will, with one through the trigger influenced RF resonant circuit (14) in an oscillator circuit (13) whose coil arrangement one from the magnetic field of the trigger magnetizable body which, from a certain magnetic field strength through the magnetic field of the trigger under damping of the resonant circuit (14) is drivable in magnetic saturation, wherein the magnetizable body from an amorphous or predominant amorphous metal band (33) of high permeability, whose the vibrational state the Ozillatorschaltung (13) determining losses with increase in magnetic saturation decrease, characterized in that in the resonant circuit coil (16) made of plastic, in the magnetic saturation drivable body (33) high permeability receiving bobbin (29) with a powdery, permeable material (34) is enriched

Description

Die Erfindung betrifft einen magnetfeldabhängigen elektronischen Annäherungsschalter, welcher durch einen sich annähernden magnetischen Auslöser betätigt wird, mit einem durch den Auslöser beeinflußbaren HF-Schwingkreis in einer Oszillatorschaltung, dessen Spulenanordnung einen vom Magnetfeld des Auslösers magnetisierbaren Körper aufweist, welcher ab einer bestimmten Magnetfeldstärke durch das äußere Magnetfeld des Auslösers unter Entdämpfung des Schwingkreises in magnetische Sättigung treibbar ist, wobei der magnetisierbare Körper aus einem amorphen oder überwiegend amorphen Metallband hoher Permeabilität besteht, dessen den Schwingungszustand der Oszillatorschaltung bestimmende Verluste mit Zunahme der magnetischen Sättigung abnehmen.The The invention relates to a magnetic field-dependent electronic proximity switch, which by approaching magnetic trigger actuated will, with one through the trigger influenced RF resonant circuit in an oscillator circuit whose coil arrangement one from the magnetic field of the trigger magnetizable body which, from a certain magnetic field strength through the external magnetic field of the trigger under damping of the resonant circuit is drivable in magnetic saturation, wherein the magnetizable body from an amorphous or predominant consists of high permeability amorphous metal tape whose state of vibration the oscillator circuit determining losses with increase of the magnetic saturation lose weight.

Ein derartiger Annäherungsschalter ist durch die EP-OS 0 218 042 in verschiedenen Ausführungsformen bekannt. Bei allen Ausführungsformen enthält die Spulenanordnung stets eine Schwingkreisspule und eine Kopplungsspule, die auf einem gemeinsamen Wickelkörper angeordnet sind, wobei dort einmal für den Oszillator eine Hartley-Schaltung und zum anderen eine Meißner-Schaltung verwendet sind.One such proximity switch is by EP-OS 0 218 042 in various embodiments known. In all embodiments contains the coil arrangement always has a resonant circuit coil and a coupling coil, which are arranged on a common winding body, where there once for the oscillator a Hartley circuit and on the other a Meissner circuit are used.

Allen bekannten Schaltungen zur Verwendung in derartigen Annäherungsschaltern ist gemeinsam, daß ihre Oszillatoren mit zwei Wicklungen oder mit einer angezapften Spule arbeiten, weil diese Schaltungsarten bekannterweise besonders leicht so dimensioniert werden können, daß ein gleichmäßiges, reproduzierbares Einsetzen bzw. Abreißen der Schwingung und ein entsprechender Amplitudenverlauf bei der Entdämpfung bzw. Bedämpfung der Spulenanordnung entsteht.all known circuits for use in such proximity switches is common that theirs Oscillators with two windings or with a tapped coil work, because these types of circuits are known to be particularly light can be dimensioned the existence uniform, reproducible Insertion or tearing off the oscillation and a corresponding amplitude curve in the undamping or damping the coil assembly is formed.

Diese bekannten Ausführungen haben neben ihren Vorzügen den Nachteil, daß das Aufbringen von zwei Wicklungen oder von Spulenanzapfungen bei der Herstellung einen gewissen Aufwand bedeutet und daß die weitere Verarbeitung der Spule mit vier oder drei Anschlüssen arbeitsintensiv und fehlerträchtig ist. Allerdings sind die Grundverluste bei den bekannten Spulenanordnungen hoch, weshalb ihre Verwendung insbesondere bei integrierten Schaltkreisen Schwierigkeiten bereitet.These known designs have in addition to their benefits the disadvantage that the Applying two windings or coil taps in the Production means a certain amount of effort and that the further Processing the coil with four or three connections is labor intensive and error prone. However, the basic losses in the known coil arrangements high, which is why their use especially in integrated circuits Difficulties.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei dem gattungsgemäßen Näherungsschalter die Spulen-Grundverluste zu senken.Of the Invention is the object of the generic proximity switch to lower the coil base losses.

Zur Lösung dieser Aufgabe ist erfindungsgemäß vorgesehen, daß bei der Schwingkreisspule der aus Kunststoff hergestellte Spulenkörper mit einem pulverförmigen, permeablen Material angereichert ist. Die Erfindung erbringt den Vorteil, daß die Schwingkreisspule aufgrund der Füllung des Kunststoff-Spulenkörpers mit permeablem Material, vorzugsweise Carbonyleisen, nur geringere Verluste aufweist und somit die Schwingung mit niedrigerer Energiezufuhr aufrechterhalten werden kann. Dabei ergibt sich zugleich eine verbesserte Stabilität.to solution this object is inventively provided that at the resonant circuit coil made of plastic bobbin with a powdered, permeable material is enriched. The invention provides the Advantage that the resonant circuit coil due to the filling of the plastic bobbin with permeable material, preferably carbonyl iron, only minor Has losses and thus the vibration with lower energy can be maintained. This results in an improved at the same time Stability.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform kann vorgesehen werden, daß die Spulenanordnung des HF-Schwingkreises nur eine einzige Spule umfaßt. Die hierdurch erreichten Vorteile liegen einmal im geringeren Aufwand bei der Spulenherstellung. Das infolge der fehlenden zweiten Wicklung geringere Volumen der Spule ermöglicht eine weitere Verkleinerung der Bauform. Dazu trägt auch der Umstand bei, daß fast alle Bauteile der Oszillatorschaltung in nur einem integrierten Schaltkreis enthalten sein können. Schließlich fallen die einzelnen Exemplare der Näherungsschalter wesentlich gleichmäßiger aus, weil die Kopplungstoleranzen entfallen, die bei Anordnungen mit Koppelspulen unvermeidlich sind. Weitere Merkmale der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.According to one preferred embodiment be provided that the Coil arrangement of the RF resonant circuit comprises only a single coil. The This achieved advantages are once in less effort during coil production. The result of the missing second winding lower volume of the coil allows a further reduction of the design. Contributing to this is the fact that almost all Components of the oscillator circuit in only one integrated circuit may be included. After all fall the individual copies of the proximity switch substantially more even, because the coupling tolerances omitted, which in arrangements with Coupling coils are inevitable. Further features of the invention are in the subclaims specified.

Die Erfindung wird im folgenden anhand der Zeichnung näher erläutert, in der zeigen:The Invention will be explained in more detail below with reference to the drawing, in show:

1 und 2 je ein Blockschaltbild von durch die EP-OS 218 042 bekannten Näherungschaltern, 1 and 2 each a block diagram of known from EP-OS 218 042 proximity switches,

3 ein Blockschaltbild des erfindungsgemäßen Näherungsschalters, 3 a block diagram of the proximity switch according to the invention,

4 die Oszillatorschaltung des erfindungsgemäßen Näherungsschalters und 4 the oscillator circuit of the proximity switch according to the invention and

5 die Spulenanordnung des als Sensor beeinflußbaren HF-Schwingkreises. 5 the coil arrangement of the influenced as a sensor RF resonant circuit.

1 zeigt ein bekanntes Blockschaltbild eines bekannten, durch einen magnetischen Auslöser NS betätigbaren Näherungsschalters mit einem Oszillatorteil 1, einer Auswertstufe 2, einem Schaltverstärker 3 und einem Schaltglied 4, wobei letzteres einen Schalttransistor oder vorzugsweise einen Thyristor aufweist. Der Oszillatorteil 1 umfaßt einen HF-Schwingkreis 5 mit einer Schwingkreisspule 6, die eine Anzapfung 7 besitzt. Ein Teil der Schwingkreisspule 6 erhält somit die Funktion einer Kopplungsspule 8, womit der Oszillatorteil 1 z. B. in der sogenannten Hartley-Schaltung betrieben werden kann. Bei der Hartley-Schaltung wird über die Spulenanzapfung erreicht, daß die zum Verstärkereingang, z. B. bei einer Emitterschaltung zur Basis des Transistors, rückgekoppelte Spannung um 180° phasenverschoben ist gegen die Verstärkerausgangsspannung, z. B. die Kollektorspannung, so daß eine Mitkopplung entsteht, die zusammen mit der Verstärkung des Transistors die Schwingungsfähigkeit bewirkt. 1 shows a known block diagram of a known, operable by a magnetic release NS proximity switch with an oscillator part 1 , an evaluation stage 2 , a switching amplifier 3 and a switching element 4 the latter having a switching transistor or preferably a thyristor. The oscillator part 1 includes an RF resonant circuit 5 with a resonant circuit coil 6 that a tap 7 has. Part of the oscillating circuit coil 6 thus receives the function of a coupling coil 8th , with which the oscillator part 1 z. B. can be operated in the so-called Hartley circuit. In the Hartley circuit is achieved by the Spulenanzapfung that the amplifier gear, z. B. at an emitter circuit to the base of the transistor, fed back voltage is 180 ° out of phase with the amplifier output voltage, z. B. the collector voltage, so that a positive feedback is formed, which causes the vibration capability together with the gain of the transistor.

2 zeigt eine alternative bekannte Anordnung der Schwingkreisspule mit zwei getrennten Wicklungen, und zwar der eigentlichen Schwingkreisspule 10 im Schwingkreis 11 und der Koppelspule 12. Diese Anordnung kann vorzugsweise in der sogenannten Meißner-Schaltung verwendet werden, bei der die zum Schwingungsaufbau erforderliche Rückkopplung mit der zweiten Spule, d. h. der Koppelspule 12, in der Weise erreicht wird, daß die in ihr induzierte Spannung in der entsprechenden, um 180° verschobenen Phasenlage am Verstärkereingang, z. B. der Basis eines Transistors, zugeführt wird, während die Schwingkreisspule zusammen mit dem Kondensator im Ausgangskreis des Verstärkers liegt. Bei beiden Oszillatorteilen 1 und 9 nach den 1 und 2 sind jeweils zusätzlich zur Schwingungsspule Kopplungsspulen verwendet, was sich hinsichtlich der Baugröße und auch der Funktionssicherheit als nicht optimal erweist. 2 shows an alternative known arrangement of the resonant circuit coil with two separate windings, namely the actual resonant circuit coil 10 in the resonant circuit 11 and the coupling coil 12 , This arrangement can preferably be used in the so-called Meissner circuit, in which the feedback required for the vibration build-up with the second coil, ie the coupling coil 12 , Is achieved in such a way that the voltage induced in it in the corresponding, shifted by 180 ° phase position at the amplifier input, z. B. the base of a transistor is supplied, while the resonant circuit coil is located together with the capacitor in the output circuit of the amplifier. For both oscillator parts 1 and 9 after the 1 and 2 are each used in addition to the vibration coil coupling coils, which proves to be less than optimal in terms of size and functional reliability.

Demgegenüber ist bei dem in den 3 und 4 gezeigten Näherungsschalter nach der Erfindung in der Oszillatorschaltung 13 ein Schwingkreis 14 vorgesehen, der außer dem Kondensator 15 eine Schwingkreisspule 16 mit nur einer Wicklung aufweist, auf den der Verstärkerteil 17 der Oszillatorschaltung 13 speziell abgestimmt ist. Für die Schwingkreisspule 16 ist Kupferlackdraht oder Hochfrequenzlitze verwendet. Der Schwingkreis 14 ist zusammen mit der Kollektoremitterstrecke eines Transistors 18 und einem Widerstand 19 an die Anschlüsse 20, 21 für Versorgungsspannung angeschlossen. Parallel zu diesem Kreis liegt zwischen den Anschlüssen 20, 21 eine Reihenschaltung aus einstellbarem Widerstand 22, Emitterkollektorstrecke eines Transistors 23 und ein Widerstand 24. Die Basis des Transistors 18 ist mit dem Kollektor des Transistors 23 verbunden, während die Basis des Transistors 23 einerseits über einen Widerstand 25 an den Anschluß 20 und andererseits über eine Diode 26 an einen Schaltungspunkt 27 zwischen Schwingkreis 14 und Kollektor des Transistors 18 angeschlossen ist. Bei dieser Schaltung bilden die Transistoren 18 und 23 den verstärkenden Teil. Die für die Schwingkreisanregung erforderliche Mitkopplung erfolgt aus dem Kollektorkreis des Transistors 23, dessen Ankopplung gleichzeitig die erforderliche Phasenumkehrung bewirkt. Die Widerstände 19, 24, 25 dienen zur Einstellung der Arbeitspunkte der Transistoren. Mit Hilfe des veränderlichen Widerstandes 22 kann die Empfindlichkeit der Anordnung eingestellt werden. An einem Schaltungspunkt 28 zwischen Emitter des Transistors 23 und veränderlichem Widerstand 22 wird die Ausgangsspannung des Oszillators für die weiterführenden Schaltungsteile wie Auswertstufe 2, Schaltverstärker 3 und Schaltglied 4 abgenommen. Da deren Aufbau bekannt ist, ist darauf hier nicht näher eingegangen.In contrast, in the in the 3 and 4 shown proximity switch according to the invention in the oscillator circuit 13 a resonant circuit 14 provided, except the capacitor 15 a resonant circuit coil 16 having only one winding on which the amplifier part 17 the oscillator circuit 13 is specially tuned. For the oscillating circuit coil 16 is used copper wire or high-frequency stranded wire. The resonant circuit 14 is together with the collector emitter path of a transistor 18 and a resistance 19 to the connections 20 . 21 connected for supply voltage. Parallel to this circle lies between the terminals 20 . 21 a series circuit of adjustable resistance 22 , Emitter collector path of a transistor 23 and a resistance 24 , The base of the transistor 18 is with the collector of the transistor 23 connected while the base of the transistor 23 on the one hand via a resistor 25 to the connection 20 and on the other hand via a diode 26 to a circuit point 27 between resonant circuit 14 and collector of the transistor 18 connected. In this circuit, the transistors form 18 and 23 the reinforcing part. The positive feedback required for resonant circuit excitation takes place from the collector circuit of the transistor 23 whose coupling simultaneously causes the required phase inversion. The resistors 19 . 24 . 25 are used to adjust the operating points of the transistors. With the help of variable resistance 22 the sensitivity of the arrangement can be adjusted. At a circuit point 28 between the emitter of the transistor 23 and variable resistance 22 is the output voltage of the oscillator for the continuing circuit parts such as evaluation stage 2 , Switching amplifier 3 and switching element 4 decreased. Since their structure is known, it is not discussed here in detail.

5 zeigt im Schnitt die Schwingkreisspule 16 mit Kunststoff-Spulenkörper 29, dessen Flansche 30, 31 in der Diametralabmessung und in der Axialabmessung jeweils um ein Mehrfaches größer als der Mittelbutzen sind, wobei die Flansche zu einer Seite hin diametral zur Spule 16 verlängert sind. In den Flanschen 30, 31 und in Mittelbutzen des Spulenkörpers 29 ist ein ringförmiger Spalt 32 ausgenommen, in den ein amorphes Metallband 33 eingelegt ist. Der Spulenkörper 29 und die als Halterung dienenden Flansche 30, 31 sind mit pulverförmigem, permeablem Material 34 angereichert, wodurch die Induktivität der Spule 16 erhöht wird. Das Metallband 33 durchsetzt die Spule 16 und ist zu einem offenen Ring gebogen, dessen Öffnung (35) zwischen den von den Stirnflächen des Spulentorus definierten Ebenen (36, 37) liegt. 5 shows in section the resonant circuit coil 16 with plastic bobbin 29 whose flanges 30 . 31 in the diametrical dimension and in the axial dimension are each several times larger than the center piece, wherein the flanges to one side diametrically to the coil 16 are extended. In the flanges 30 . 31 and in centerpiece of the bobbin 29 is an annular gap 32 except in which an amorphous metal band 33 is inserted. The bobbin 29 and serving as a holder flanges 30 . 31 are with powdery, permeable material 34 enriched, reducing the inductance of the coil 16 is increased. The metal band 33 passes through the coil 16 and is bent into an open ring whose opening ( 35 ) between the planes defined by the faces of the coil torus ( 36 . 37 ) lies.

Die 3 und 4 zeigen nur das Prinzip der Schaltungsanordnung. Bei der konkreten Realisierung sind die Bestandteile des Verstärkerteils 17, und zwar die Teile 18, 19, 22 bis 25, Bestandteile eines speziellen integrierten Schaltkreises, der auch noch die Schaltstufen 2 und 3 umfassen kann.The 3 and 4 show only the principle of the circuit arrangement. In the concrete realization are the components of the amplifier part 17 and the parts 18 . 19 . 22 to 25 , Components of a special integrated circuit, which also the switching stages 2 and 3 may include.

Claims

Magnetic field-dependent electronic proximity switch, which is actuated by an approaching magnetic trigger (NS), with a triggerable by the trigger RF resonant circuit ( 14 ) in an oscillator circuit ( 13 ), whose coil arrangement has a magnetizable by the magnetic field of the trigger body, which from a certain magnetic field strength by the magnetic field of the trigger under Entdämpfung the resonant circuit ( 14 ) is drivable in magnetic saturation, wherein the magnetizable body of an amorphous or predominantly amorphous metal strip ( 33 ) of high permeability, of which the oscillation state of the Ozillatorschaltung ( 13 ) losses with increasing magnetic saturation decrease, characterized in that in the resonant circuit coil ( 16 ) made of plastic, the drivable in the magnetic saturation body ( 33 ) high-permeability bobbin ( 29 ) with a powdery, permeable material ( 34 ) is enriched

Proximity switch according to Claim 1, characterized in that the coil arrangement of the HF resonant circuit ( 14 ) only a single coil ( 16 ).

Proximity switch according to claim 1 or 2, characterized in that as permeable material ( 34 ) Carbonyl iron is used.

Proximity switch according to claims 1 to 3, characterized in that also the holder elements made of plastic ( 30 . 31 ) for the amorphous metal strip ( 33 ) with permeable material ( 34 ) are enriched.

Proximity switch according to one or more of claims 1 to 4, characterized in that the oscillating circuit coil ( 16 ) is wound from enameled copper wire or high frequency stranded wire.

Proximity switch according to one of the preceding claims, characterized in that the flanges ( 30 . 31 ) of the bobbin ( 29 ) are in the diametrical dimension and in the axial dimension in each case several times larger than the center piece and that the bobbin ( 29 ) an annular, the oscillation coil ( 16 ) passing through gap ( 32 ), in which the amorphous metal strip is inserted.

Proximity switch according to claims 1 to 6, characterized in that for the amplifier part ( 17 ) of the oscillator circuit ( 13 ) an integrated circuit is used.

Proximity switch according to one or more of claims 1 to 7, characterized in that the metal strip ( 33 ) the sink ( 16 ) and bent into an open ring whose opening ( 35 ) between the planes defined by the faces of the coil torus ( 36 . 37 ) lies.