DE9210564U1

DE9210564U1 - Sensor für induktive Näherungsschalter

Info

Publication number: DE9210564U1
Application number: DE9210564U
Authority: DE
Original assignee: Werner Turck GmbH and Co KG
Current assignee: Werner Turck GmbH and Co KG
Priority date: 1992-08-07
Filing date: 1992-08-07
Publication date: 1993-12-09
Anticipated expiration: 2002-08-08

Description

GM "5642/92

Gebrauchsmuster

Anmelder: Werner Turck GmbH & Co. KG 5884 Halver

Sensor für induktive Näherungsschalter

Die Erfindung betrifft einen Sensor für induktive Näherungsschalter, mit wenigstens einer ringförmig gewickelten, mehrlagigen Sensorspule und einem die Sensorspule durchsetzenden Spulenkern, dessen Außen-Querabmessung größer als 25 mm ist und der einen zentralen Durchbruch aufweist.

Zur rückwärtigen und seitlichen Abschirmung der Sensorspule induktiver Näherungsschalter werden meist Schalenkerne verwendet, wie sie aus der Produktion für Übertrager, Filter etc. bekannt sind. Entsprechend ihrem Verwendungszweck weisen diese, meist genormten Schalenkerne einen zentralen Durchbruch auf, der zur Aufnahme von Abgleichkernen bestimmt ist. Diese Abgleichkerne sind ebenfalls genormt und sind mittels eines Gewindeflansches oder einer Gewindehülse im Kern einzuschrauben. Die dafür nötige Größe des Durchbruches liegt bei einem genormten Kern 35/11 (Kerndurchmesser ca. 35 mm, Kernhöhe ca. 11 mm) bei etwa 5 mm. Begründet durch auftretende Wicklungskapazitäten werden die für diese Schalenkerne vorgesehenen Spulen als zylindrische Lagenwicklungen, Flachwicklungen oder KammerwickLungen ausgeführt. Gemeinsam ist diesen Wicklungen, daß sie einen rechteckigen Querschnitt aufweisen, dessen Höhe etwa das Doppelte seiner Breite beträgt. Die Verwendung solcher Schalenkerne und Spulen für den Sensor

induktiver Näherungsschalter ist zwar möglich, jedoch hat sich gezeigt, daß bei Sensoren mit Spulenkern über 25 mm Außendurchmesser die Ansprechempfindlichkeit solcher Sensoren gesteigert, bzw. die elektrische Stabilität bei gleicher Empfindlichkeit erhöht werden kann, wenn der Spulenkern und die Spule optimiert für diesen Verwendungsfall ausgelegt werden, was Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist.

Die Lösung dieser Aufgabe ist erfindungsgemäß durch einen Sensor erreicht, bei dem - in jedem Querschnitt betrachtet - die Querabmessung des zentralen Durchbruchs zwischen 20 % und 50 % der Außen-Querabmessung des Spulenkerns beträgt. Durch den relativ großen Durchbruch wird das eine Permeabilität zumindest größer als eins aufweisende Kernmaterial im Spuleninnern auf ein Minimum verringert, so daß die Kernverluste erheblich reduziert werden. Dadurch wird die Ansprechempfindlichkeit gesteigert, bzw. die elektrische Stabilität bei gleicher Empfindlichkeit erhöht. Bei gleicher Ausgestaltung eines Schwingkreises eines induktiven Näherungsschalters kann hierdurch ein vergrößerter Ansprechabstand erreicht werden. Andererseits kann bei einer Reduzierung der Abmessungen des Sensors ein gleicher Ansprechabstand beibehalten werden. Solche Sensoren können, in Durchbruch-Längsachse gesehen, von nahezu beliebiger Grundfläche sein. Bevorzugt wird jedoch, daß der Durchbruch, die Sensorspule und der Spulenkern rotationssymmetrisch zur Durchbruch-Längsachse sind und daß die Querabmessung des zentralen Durchbruchs ein Drittel oder mehr als die Außenbreite des Spulenkerns beträgt. Damit wird eine weitere Optimierung der Sensorgeometrie hinsichtlich der Kernverluste erreicht. Weiterhin ist diese Kernform sehr günstig für die Ausbreitung und damit für die Reichweite des

Sensorfeldes.

In einer Ausführungsf&ogr;rm eines Sensors nach der Erfindung ist vorgesehen, daß die Sensorspule in einer umlaufenden, außen Iiegenden Eckausnehmung an einer Stirnseite des Spulenkerns angeordnet ist. Mit solch einem pilzförmigen Spulenkern werden bei einem &eegr;ichtbundigen Einbau des Näherungsschalters die höchsten Ansprechabstände erzielt. Ist eine Spule von einem nahezu quadratischen Wicklungsquerschnitt vorgesehen, wird auch die Eckausnehmung bevorzugt im Querschnitt quadratisch ausgeführt.

In einer alternativen Ausführungsf&ogr;rm ist vorgesehen, daß die Sensorspule in einer umlaufenden, von einer Innenwand, einer Außenwand und einem Boden begrenzten Ausnehmung an einer Stirnseite des Spulenkerns angeordnet ist. Durch diese Spulenanordnung wird eine sehr gute, an sich bekannte rückwärtige Abschirmung der Sensorspule erreicht, wobei allerdings nunmehr die Kernverluste des Sensors minimiert sind.

Im Hinblick auf die nach der Erfindung möglichst zu reduzierenden Kernverluste, sollten die Wandstärken des Spulenkerns so gering gehalten werden, wie im Hinblick auf die mechanische Stabilität solcher Spulenkerne noch eben möglich ist. Bei einem ferritischen Spulenkern von ca. 80 mm Außendurchmesser beträgt eine solche Mindest-Wandstärke etwa 5 mm. Bei solchen und insbesondere bei noch geringeren Wandstärken empfiehlt es sich, gemäß weiteren Merkmalen der Erfindung, den Spulenkern rückseitig auf einer Trägerplatte aus &eegr;ichtmagnetischem Material abzustützen bzw. durch einen in den Kerndurchbruch eingelegten &eegr;ichtmagnetischen Stützkörper auszusteifen.

Weitere Merkmale der Erfindung, die insbesondere spezielle Formgebungen des Spulenkernes im Hinblick auf einen bündig oder nicht bündig einzubauenden Näherungsschalter betreffen, sind in den Unteransprüchen angegeben und in der nachfolgenden Figurenbeschreibung näher erläutert.

Für das Kernmaterial werden Ferrite von einer Permeabilität von /j ungefähr gleich 1000 verwendet. Bei der Verwendung von sogenannten schweißfesten Ausführungsformen wird jedoch Karbony I eisen mit einer Permeabilität von /&lgr;_ ungefähr von 10 bis 20 bevorzugt.

Bei den verlust- und feldoptimierten Sensoren nach der Erfindung liegen je nach Ausführung die Scha 11abstände zwischen 130% und 200% der mit herkömmlichen Schalenkernen erreichbaren Scha 11abstände . Außerdem werden durch die Vo Lumenreduktion Material und Gewicht eingespart. Die endgültigen Maße, insbesondere die der Mindest-Wandstärken, sind durch den Verwendungszweck und die für die Herstellung des Kernes zur Verfügung stehenden Verfahren bestimmt.

Die Erfindung wird im folgenden anhand mehrerer in der Zeichnung gezeigter Ausführungsbeispiele näher erläutert. In der Zeichnung zeigen:

Fig. 1 einen Diametra I schni11 durch ein erstes Ausführungsbeispiel,

Fig. 2 einen Diametra I schni11 durch ein zweites

Ausführungsbeispiel mit einer Eckausnehmung für die Sensorspule,

Fig. 3 im DiametraLschnitt ein drittes

&Lgr;usfuhrungsbeispieL für einen nichtbündigen Einbau eines NäherungsschaLters,

Fig. 4 im DiametraLschnitt ein viertes

AusführungsbeispieL für einen bündigen Einbau,

Fig. 5 ein weiteres AusführungsbeispieL für einen &eegr;ichtbundigen Einbau.

Der in Fig. 1 gezeigte Sensorkopf enthäLt aLs we sent Lichste TeiLe eine SensorspuLe 1 und einen SpuLenkern 2. Der SpuLenkern 2 weist zwei paraLLeLe Stirnseiten 3, A und einen zentralen Durchbruch 5 auf. Im gezeigten Querschnitt ist die Querabmessung D des zentralen Durchbruches 5 größer aLs die verbleibende Wandbreite B des SpuLenkerns 2, der die ringförmig gewickelte, mehrLagige SensorspuLe 1 voLLständig durchsetzt. Der WickLungsquersehnitt dieser SensorspuLe 1 ist quadrat i s ch.

Bei dem AusführungsbeispieL nach Fig. 1 sind der Durchbruch 5, die Sensorspule 1 und der Spulenkern rotationssymmetrisch zur Durchbruch-Längsachse 6 ausgeführt. Dabei beträgt die Querabmessung D des zentralen Durchbruches 5 mehr aLs ein Drittel des Außendurchmessers 2B+D des SpuLenkerns 2.

Die Breite B ist möglichst gering zu halten und so zu wählen, daß je nach dem verwendeten Material noch die nötige mechanische Festigkeit des Kerns 2 gewährleistet bleibt. Bei einem ferritischen KernmateriaL beträgt bei einem Kerndurchmesser von 80 mm die notwendige Wandstärke etwa 5 mm.

Der Sensor nach Fig. 1 eignet sich zum Einsatz in solchen Fällen, bei denen keine Abschirmung des Spulenfeldes nach hinten oder nach außen erforderlich ist.

Größte Ansprechabstände werden mit einem Sensor nach Fig. 2 erzielt, bei dem eine Sensorspule 7 in einer umlaufenden, außen Iiegenden Eckausnehmung 8 in einer ersten Stirnseite 9 eines pilzförmigen Spulenkernes 10 angeordnet ist. Auch hier ist die Querabmessung D wesentlich größer als die Wandbreite B. Die Wandstärke S1 der Innenwand und die Wandstärke S2 des Bodens unter der Spule 7 sind möglichst gering gehalten und betragen beim Ausführungsbeispiel etwa 5 mm. Die Eckausnehmung 8 ist dem quadratischen Wicklungsquerschnitt der Spule 7 angepaßt. Diese Ausführungsform ist für einen &eegr;ichtbundigen Einbau vorgesehen.

Bei dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 3 ist die Sensorspule 11 in einer umlaufenden, nutförmigen Ausnehmung 15 angeordnet, die von einer Innenwand 12, einer Außenwand 13 und einem Boden 14 begrenzt ist. Die Ausnehmung 15 ist in einer Stirnseite 16 des Spulenkernes 17 angeordnet. Der gegenüber der Außenwand 13 und der Innenwand 12 verdickte Boden 14 sorgt für eine ausreichende Stabilität des Spulenkerns 17.

Bei dem in Fig. 4 im Querschnitt gezeigten Sensorkopf besitzen die Innenwand 18 und der Boden 19 des Spulenkerns 20 Mindest-Wandstärke. Die demgegenüber stärkere Außenwand 21 weist das 1- bis 2-fache der Wandstärke des Bodens 19 auf, wodurch eine ausreichende Spulenabschirmung erreicht wird, so daß ein Näherungsschalter mit diesem Sensor in einem Gehäuse 22

bündig in eine Einbauwand 2 3 eingelassen werden kann. Der gezeigte Spulenkern 20 weist darüber hinaus einen in seinem Durchbruch 24 angeordneten Halter 25 auf, der den Spulenkern 20 versteift und der aus einem &eegr;ichtmagnetischen Werkstoff besteht. In seiner Mitte weist der Halter 25 einen Durchbruch 26 als Zentriereinrichtung auf. Durch diesen Durchbruch hindurch ist der Sensor z.B. auf einer Platine unmittelbar und genau lagefixiert aufschraubbar. Der Halter 25 kann in dem Kern 20 z.B. durch Kleben befestigt werden.

Bei dem in Fig. 5 im Querschnitt dargestellten Sensorkopf weisen die Außenwand 28 und der Boden 29 des Spulenkerns 27 Mindest-Wandstärken auf, wohingegen die Innenwand 30 die 1- bis 2-fache Wandstärke des Bodens 29 aufweist. Durch die Außenwand 28 wird eine ungewollte Bedämpfung der Sensorspule 31 verhindert, während die verdickte Innenwand 30 für eine ausreichende mechanische Stabilität des Kerns sorgt. Ferner ist in Fig. 5 der Kern mit seiner Rückseite 32 auf einer Trägerplatte 33 aus einem nichtmagnetisehen Werkstoff befestigt, z.B. aufgeklebt. Diese Trägerplatte 33 weist eine Zentriereinrichtung in Form eines aufgesetzten Stutzens 34 auf, der in den Durchbruch 35 des Spulenkerns 27 zentrierend eingreift. Zur Ausrichtung des Sensors kann auch in dem Stutzen noch ein Durchbruch 36 vorgesehen sein. Ein solcher Sensorkopf in einem Gehäuse 37 ist bevorzugt für einen &eegr;ichtbundigen Einbau in eine Einbauwand 38 vorgesehen.

Bezugszeichenliste

1 SensorspuLe 30 Innenwand

2 Spulenkern 31 SensorspuLe

3 Stirnseite 32 Rückseite

4 Stirnseite 33 Trägerplatte

5 Durchbruch 34 Stutzen

6 Durchbruch-Längsachse 35 Durchbruch

7 Sensorspule 36 Durchbruch

8 Eckausnehmung 37 Gehäuse

9 Stirnseite 38 Einbauwand

10 Spu Lenkern

11 SensorspuLe D Querabmessung

12 Innenwand B Breite

13 Außenwand

14 Boden

15 Ausnehmung S1 Wandstärke der Innenwand

16 Stirnseite S2 Wandstärke des Bodens

17 Spulenkern

18 Innenwand

19 Boden

20 Spulenkern

21 Außenwand

22 Gehäuse

23 Ei nbauwand

24 Durchbruch

25 Halter

26 Durchbruch

27 Spulenkern

28 Außenwand

29 Boden

Claims

9 GM 5642/92 Schutzansprüche

1. Sensorkopf für induktive Näherungsschalter, mit wenigstens einer ringförmig gewickelten, mehrlagigen Sensorspule und einem die Sensorspule durchsetzenden Spulenkern, dessen Außen-Querabmessung größer als 25 mm ist und der einen zentralen Durchbruch aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß - in jedem Querschnitt betrachtet - die Querabmessung (D) des zentralen Durchbruchs (5) zwischen 20 % und 50 % der Außenquerabmessung (D+2B) des Spulenkerns beträgt.

2. Sensorkopf nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Durchbruch (5), die Sensorspule (1) und der Spulenkern (2) rotationssymmetrisch zur Durchbruch-Längsachse (6) sind und daß die Querabmessung (D) des zentralen Durchbruchs (5) wenigstens ein Drittel des Außendurchmessers (2B+D) des Spulenkerns (2) beträgt.

3. Sensorkopf nach den Ansprüchen 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Sensorspule (7) in einer umlaufenden, äußeren Eckausnehmung (8) des Spulenkerns (10) angeordnet ist.

4. Sensorkopf nach den Ansprüchen 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Sensorspule (11) in einer umlaufenden, an einer Stirnseite (16) des Spulenkerns (17) ausgebildeten Ausnehmung (15) angeordnet ist, die von einer Innenwand (12), einer Außenwand (13) und einem Boden (14) begrenzt ist.

5. Sensorkopf nach den Ansprüchen 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausnehmung (8; 15) im Querschnitt quadratisch ist.

6. Sensorkopf nach Anspruch 4 oder Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Wandstärke der Außenwand (21) größer als die Wandstärke der Innenwand (18)

i st.

7. Sensorkopf nach Anspruch 4 oder Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Wandstärke der Innenwand (30) größer als die Wandstärke der Außenwand (28) i st .

8. Sensorkopf nach Anspruch 4 oder Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Boden (14) eine größere Wandstärke aLs die Außenwand (13) und die Innenwand (12) aufweisen.

9. Sensorkopf nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Spulenkern (27) rückseitig auf einer Trägerplatte (33) aus &eegr;ichtmagnetischem Werkstoff aufsitzt.

10. Sensorkopf nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß im zentralen Durchbruch (24) ein den Spulenkern (20) versteifender Halter (25) aus einem nichtmagnetischen Werkstoff angeordnet ist.

11. Sensorkopf nach Anspruch 9 oder Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Trägerplatte (33) oder der Halter (25) eine Zentriereinrichtung (34, 36; 26) aufweist.

12. Sensorkopf nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß das Kernmaterial ein Ferrit ist.

13. Sensorkopf nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß das KernmateriaL KarbonyLeisen ist.