DE8331837U1

DE8331837U1 - Berührungsloser Schalter

Info

Publication number: DE8331837U1
Application number: DE19838331837
Authority: DE
Original assignee: Rechner-Industrie-Elektronik 6840 Lampertheim De GmbH
Current assignee: Rechner-Industrie-Elektronik 6840 Lampertheim De GmbH
Priority date: 1983-11-07
Filing date: 1983-11-07
Publication date: 1984-07-12

Description

BESCHREIBUNG

Die¹ Erfindung betrifft einen berührungslosen Schalter mit einer induktiv oder kapazitiv beeinflußbaren Sonde und einem Gehäuse, welches insbesondere eine Auswerteschaltung für von der Sonde abgegebene Signale enthält.

'Induktive und kapazitive berührungslose Schalter werden in Industrieanlagen benötigt, in denen bewegliche Metallteile induktiv und Nichtmetalle oder Flüssigkeiten kapazitiv abgetastet werden. Übliche induktive und kapazitive berührungslose Schalter sind durch den Einbau der Auswerteelektronik ins Sensorgehäuse in ihrem Betriebstemperaturbereich eingeengt. Die Grenztemperaturen dieser Schalter werden mit -25° C bzw. +75° C angegeben. Spitzentemperaturen von ca. +100° C sind nur durch spezielle Kompensationsschaltungen möglich.

Demgegenüber liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, einen berührungslosen Schalter der eingangs genannten Art für den Einsatz bei hohen und tiefen Betriebstemperaturen zu schaffen, die beispielsweise +250° C und höher und -200° C und tiefer liegen können.

Erfindungsgemäß wird dazu ein berührungsloser Schalter mit einer induktiv oder kapazitiv beeinflußbaren Sonde und einem Gehäuse, welches insbesondere eine Auswerteschaltung für von der Sonde abge>gebene Signale enthält, geschaffen, bei dem die Sonde in einem gegenüber starken Temperaturschwankungen unempfindlichen, wenigstens teilweise aus einem ein elektrisches oder magnetisches Feld praktisch nicht beeinflussenden Werkstoff bestehenden Sensorkopf eingebaut ist und der Sensorkopf über ein Kabel,

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das einen mit der Sonde verbundenen Innenleiter und wenigstens einen Außenleiter aufweist, mit dem Gehäuse verbunden ist. Damit wird erreicht, daß alle temperaturempfindlichen Zemente, die für die Meßsignalauswertung notwendig sind, in einem von der Meßstelle (Sensorkopf) entfernt installierten Gehäuse untergebracht werden können, während der Sensorkopf, der erfindungsgemäß keine temperaturempfindlichen elektronischen Bauelemente enthält, schadlos den erforderlichen hohen und/oder tiefe'n Betriebstemperaturen ausgesetzt sein kann.

In vorteilhafter Weiterbildung der Erfindung kann die Sonde hinter einer Stirnwand des zweckmäßig zylindrischen Sensorkopfes befestigt sein, wobei wenigstens die Stirnwand und zweckmäßig auch die Seitenwände wenigstens in dem an die Stirnwand angrenzenden Bereich aus dem Werkstoff bestehen können. Bei dieser Ausführungsform der Erfindung läßt sich der Sensorkopf sowohl einfach herstellen wie auch in der zusammengebauten Form leicht an der jeweiligen Meßstelle einbauen. Als Werkstoff mit den geforderten Eigenschaft kommt vorzugsweise Polytetrafluorethylen, Glas oder Keramik in Frage.

Ein besonders einfacher Aufbau des Sensorkopfes wird erreicht, wenn der Sensorkopf in zweckmäßiger Weiterbildung der Erfindung eine aus dem Werkstoff bestehende Kappe und eine mit der Kappe lösbar verbundene Hülse aufweist, wobei die Sonde hinter der Stirnwand der Kappe befestigt ist. Die Hülse kann dann aus Metall bestehen und über den Außenleiter des Kabels geerdet sein. Der Sensorkopf wird ferner zweckmäßig an dem der Stirnwand gegenüberliegenden Ende mit einem durchbohrten Deckel verschlossen, an welchem das Kabel befestigt ist.

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Weitere Ausgestaltungen der Erfindung, die zweckmäßige Sondenformen betreffen, sind in den Unteransprüchen angegeben.

Die Erfindung wird nachstehend anhand der beigefügten Zeichnung an zwei Ausführungsbeispielen beschrieben. Es zeigen:

Fig. 1 eine schematische Darstellung eines

berührungslosen Schalters mit eingebautem Sensorkopf;

Fig. 2 einen Axialschnitt durch den Sensorkopf mit in Ansicht dargestelltem Kabel gem.

einer Ausführungsform der Erfindung;

Fig. 3 einen Axialschnitt eines Sensorkopfes gem. einer weiteren Ausführungsform der Erfindung mit in Ansicht dargestelltem Kabel; und

Fig. 4 einen schematischen Querschnitt durch das Kabel.

Gemäß Fig. 1 besteht der berührungslose Schalter aus drei separaten, miteinander verbundenen Teilen, nämlich einem Gehäuse 20, einem Sensorkopf 30 und einem den Sensorkopf 30 mit dem Gehäuse 20 verbindenden Kabel 25. Der Sensorkopf 30 enthält nur die Sonde und das Ende des Kabels In dem Gehäuse 20 ist die Auswerteelektronik, bestehend aus Oszillator, Signalverstärker und Ausgangskreis untergebracht, welche die durch äußere Beeinflussung des von der Sonde ausgehenden elektrischen oder magnetischen Feldes

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entstehenden und über das Kabel 25 übertragenen Signale verarbeitet.

Gemäß Fig. 2 besteht der zylindrische Sensorkopf 30 aus drei miteinander verbundenen Bauteilen, nämlich einer becherförmigen Kappe 1 mit im wesentlichen planer Stirnwand 11, einer auf die Seitenwandl3 der Kappe 1 lösbar aufgeschraubten Metallhülse 2 und einem das rückwärtig- offene Ende der Hülse 2 verschließenden Deckel 3 aus Kunststoff, der mit der Hülse 2 fest verbunden und axial durchbohrt ist. Die Kappe 1 besteht aus einem Werkstoff, der gegenüber sehr hohen und sehr tiefen Betriebstemperaturen unempfindlich ist und das von der Sonde ausgehende elektrische od-ar magnetische Feld praktisch nicht beeinflußt. So soll der Werkstoff der Kappe 1 Temperaturen von +250° C in gleicher Weise vertragen können wie tiefe Temperaturen von -200° C und mehr. Als hierfür geeignete Werkstoffe kommen Polytetrafluorethylen, FEP, Glas, Keramik, oder dgl. in Frage. Der Deckel.3 kann aus dem gleichen Werkstoff wie die Kappe 1 bestehen, während die Hülse 2 aus Messing, V2A-Stahl, V4A-Stahl oder aus Aluminium gefertigt sein kann.

Die Sonde besteht in dem in Fig. 2 dargestellten Ausführungsbeispiel für einen kapazitiven berührungslosen Schalter aus einer runden Metallplatte mit umlaufendem, nach rückweirts abgebogenem Rand und ist flächig gegen die Innenfläche der Stirnwand 11 anliegend in der Kappe 1 befestigt. Die Platte kann aus Messing, Stahl, Kupfer, Aluminium oder dgl. Metallen bestehen. An die Innenfläche der Platte 5 ist der Innenleiter 12 des hier als Triaxialkabel 7 ausgeführten Kabels 25 angelötet.

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An dieMetallplatte 5 schließt in der Kappe 1 ein Isolierring 4 aus elektrisch isolierendem, temperaturbeständi- '· gem Kunststoff an, welcher einen Abschirmungsring 6 aus il Messing, Stahl, Kupfer oder Aluminium gegenüber dem Rand 1·

f der Platte 5 auf Abstand hält. Der Abschirmungsring 6 l

liegt an der Innenfläche der Seitenwand 13 der Kappe 1 Ϊ*

an und ist mit.einem ersten Außenleiter 14 des Triaxial- [ kabeis 7 durch Löten verbunden. Die Innenfläche der Metall- ?> hülse 2 ist an einen zweiten Außenleiter 16 des Triaxialkabels 7 angelötet. Wie Fig. 4 zeigt, umgibt der erste Außenleiter 14 als erste Abschirmung den Innenleiter 12 und der zweite Außenleiter 16 umgibt den Innerileiter 12 sowie den ersten Außenleiter 14 jeweils koaxial, wobei zwischen den einzelnen Leitern sich ein isolierender Werkstoff erstreckt. Als Mantelmaterial für das Kabel 25 wird ^: wiederum Polytetrafluorethylen, FEP, Glas, Keramik oder dgl. verwendet, während der Innenleiter 12 und die Abschirmungen 14 und 16 aus Kupfer bzw. Stahldraht oder dgl. bestehen können.

Das Kabel 25 erstreckt sich durch die Bohrung im Deckel 3 und ist in diesem durch nicht dargestellte Mittel zugfest verankert. Am gegenüberliegenden Ende ist das Kabel 25 in einer öffnung des Gehäuses 20 ebenföDs zugfest befestigt, wobei der Innenleiter und der oder die Außenleiter ar. die Auswerteelektronik eaektrisch angeschlossen äina.

In giiner anderen AusfChimigsform der Erfindung zeigt Figur 3 einen Sensorkopf 30, der ebenso wie bei dem Beispiel gemäß Figur 2 aus der Kappe 1, Mettllhülse 2 und Deckel 3 besteht. Der Sensorkopf 30 nach Figur 3 unterscheidet sich nur durch die andere Sonclenart und den dadurch bedingten anderen Anschluß der Innen- und Außenleiter des hier als Koajii.alleji.ung 0 ausgeführten

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Kabels 25. Die Sonde weist eine auf einen Kern, 10 inieinem.¹ Spulenkörper 9 aufgewickelte Magnetspule auf und ist so hinter der Stirnwand Zl der Kappe 1 befestigt, daß das aus der Kappe 2 austretende Magnetfeld durch geeignete Stoffe von außen beeinflußt v/erden kann. Die beiden Enden der Magnetspule sind mit dem Innenleiter 12' und dem Außenleiter 14' des Koaxialkabels 8 durch Löten veihundert» Die iir. Gehäuse 20 untergebrachte Auswerteeiektronik ist so ausgebildet, daß der Sensorkopf 30 nach Figur 3 mit der zugehörigen Auswerteelektzcnik als induktiv beeinflußbarer, berührungsloser Schalter virkt.

In Figur 1 ist schematisch eine Verwendungsmöglichkeit des erfindungsgemäßen kapazitiv beeinflußbaren Schalters gemäß Figur 2. Der Sensorkopf 30 ist mit seiner Stirnwand 11 in ein Heizgefäß (Boiler) 40 eingebaut, in welchem ein'· Flüssigkeit 46 mittels einer Heizung 48 auf etwa 25O⁰C aufgeheizt wird. Die Höhe des Flüssigkeitsspiegels wird von dem Schalter überwacht. Trotz der sehr hohen Temperatur und der Aggressivität der Flüssigkeit und ihrer Dämpfe arbeitet der Schalter absolut sicher, da die empfindliche Auswerteelektronik in dem Gehäuse 20 an entfernter, ungefährlicher Stelle untergerächt ist und der Sensorkopf 30 mit Sonde und Kabel die Belastung der Einsatzstelle ohne weiteres vertragen.

Claims

ANSPRÜCHE

1. Berührungsloser Schalter mit einer induktiv oder kapazitiv beeinflußbaren Sonde und einem Gehäuse, welches insbesondere eine Auswerteschaltung für von der Sonde abgegebene Signale enthält, dadurch gekennzeichnet, daß die Sonde (5, 6, 9, 10) in einem gegenüber starken Temperaturschwankungen unempfindlichen, wenigstens teilweise aus einem ein elektrisches oder magnetisches Feld praktisch nicht beeinflussenden Werkstoff bestehenden Sensorkopf (1, 2) befestigt ist, und daß der Sensorkopf über ein Kabel (7), das einen ·

Innenleiter (12) und wenigstens einen den Innenleiter umgebenden Außenleiter (14, 16) aufweist, mit dem Gehäuse (20) verbunden ist.

2. Schalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Sensorkopf zylindrische Form besitzt.

3. Schalter nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Sonde hinter einer Stirnwand des Sensorkopfes befestigt ist, und daß wenig-

. stens die Stirnwand aus.dem Werkstoff besteht.

4. Schalter nach Anspruch 3» dadurch gekennzeichnet, daß die Seitenwände des Sensorkopfes wenigstens in dem an die Stirnwand HD angrenzenden Bereich (13) aus dem Werkstoff bestehen.

5. Schalter nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Werkstoff aus Polytetrafluorethylen oder Glas oder Keramik

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6. Schalter nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Sensorkopf eine aus dem Werkstoff "bestehende Kappe (1) und eine mit der Kappe lösbar verbundene Hülse (2) aufweist, wobei die Sonde hinter der Stirnwand der Kappe befestigt ist.

7. Schalter nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Hülse (2) aus Metall besteht-

8. Schalter nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Sonde aus einer Metallplatte (5) besteht, die hinter der Stirnwand befestigt ist.

9. Schalter nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß in dem Sensorkopf ein mit einem weiteren Innenleiter (14) des Kabels (7) verbundener Metallring (6) mit Abstand hinter und koaxial zu. der Metallplatte (5) gehalten ist.

10. Schalter.nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen Metallplatte (5) und Metallring (6) ein Isolierring (4) aus Kunststoff befestigt ist.

11. Schalter nach einem der vorstehenden Ansprüche, · dadurch gekennzeichnet, daß die Sonde aus einer

Magnetspule (10) mit Kern besteht.

12. Schalter nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Sensorkopf an dem der Stirnwand gegenüberliegenden Ende mit einem durchbohrten Deckel (3) verschlossen ist, an dem das Kabel (7, 8) befestigt ist.