DE10003913A1 - Interrupt recognition device has metallic object that form open magnetic circuit with coil pairs, and which conducts to dampen induced voltage to secondary windings of second coil pair - Google Patents
Interrupt recognition device has metallic object that form open magnetic circuit with coil pairs, and which conducts to dampen induced voltage to secondary windings of second coil pairInfo
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Abstract
Description
Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung für einen induktiven Sensor, dieser detektiert alle elektrisch und magnetisch leitfähigen Objekte, es werden durch den Näherungsschalter ein oder mehrere Schaltabstände festgestellt, um daraus eine Funktionen abzuleiten gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.The invention relates to a device for an inductive sensor, this detects all electrically and magnetically conductive objects, there will be determined by the proximity switch one or more switching distances derive a function therefrom according to the preamble of claim 1.
Aus der DE 42 04 334 C2 ist eine solche Vorrichtung zur Erkennung der Unterbrechungen in den metallischen Bahnen bekannt, bei welchem das Fahrzeug von einem bestimmten Standort aus durch eine kontaktlose, induktive Kopplung zu einem bestimmten Zielort gelenkt wird. Die Vorrichtung weist einen Lenkantrieb, einen Antriebsmotor sowie eine Steuerlogik auf. Zur induktiven Kopplung wird eines der zwei in Fahrtrichtung nebeneinander liegenden Spulenpaare verwendet, mit jeweils einer Primärwicklung und einer Sekundärwicklung, deren Stirnflächen jeweils parallel zu einer metallischen Bahn ausgerichtet sind und bei Bestromung der beiden Primärwicklungen in den beiden Sekundärwicklungen jeweils Spannungen induziert werden, eine Sekundärspannung wird zur Steuerung des Antriebsmotors durch die Steuerlogik auswertet. Wobei die zwei Spulenpaare samt metallischer Bahn jeweils als offener magnetischer Kreis ausgebildet sind, und die metallische Bahn elektrisch leitend ausgebildet ist, um bei größer werdender Deckung mit der Stirnfläche eines Spulenpaares eine zunehmende Bedämpfung der induzierten Spannung in der Sekundärwicklung eines Spulenpaares zu bewirken. Die beiden Spulenpaare sind Bestandteile von zwei Sensoren, das Ausgangssignals eines Sensors ist ein direktes Maß für die Erkennung einer Unterbrechung in der metallischen Bahn. DE 42 04 334 C2 describes such a device for detecting the Interruptions in the metallic tracks are known, in which the Vehicle from a specific location through a contactless, inductive Coupling is directed to a specific destination. The device has one Steering drive, a drive motor and control logic. For inductive Coupling becomes one of the two lying side by side in the direction of travel Coil pairs used, each with a primary winding and one Secondary winding, the end faces of each parallel to a metallic track are aligned and when the two primary windings are energized in the voltages are induced in each of the two secondary windings, one Secondary voltage is used to control the drive motor through the control logic evaluates. The two pairs of coils, including the metallic track, each as open magnetic circuit are formed, and the metallic path electrically is designed to conduct with increasing coverage with the end face of a coil pair an increasing damping of the induced voltage in to effect the secondary winding of a pair of coils. The two pairs of coils are components of two sensors, the output signal of one sensor is one direct measure of the detection of an interruption in the metallic path.
Nach Maßgabe dieses Ausgangssignals wird der Antriebsmotor des Fahrzeuges gesteuert.According to this output signal, the drive motor of the vehicle controlled.
Dieser Sensor besteht aus einem Spulenpaar mit einer Primär- und Sekundärwicklung. Die Erkennung einer Lücke in den metallischen Bahnen wird von einer Sekundärspannung eines Spulenpaares abgeleitet, dessen Amplitude ansteigt, wenn die metallischen Bahnen unterbrochen sind, weil die metallischen Bahnen keine Dämpfung der Sekundärspannung bewirken können. Hat das Spulenpaar zu den metallischen Bahnen einen Abstand unter 10 mm, und sind die metallischen Bahnen ca. 100 mm breit, so ist eine Erkennung einer Unterbrechung in der metallischen Bahnen stets gewährleistet. Sind die metallischen Bahnen aus einem Federbandstahl (50 mm breit, 0,2 mm stark), und hat das Spulenpaar eine Bodenfreiheit von 20 mm zu den metallischen Bahnen ist die Änderung einer Sekundärspannung sehr gering. Bei einer Versuchsanordnung mit den oben genannten Bedingungen, erhöhte sich die Sekundärspannung von 28 V auf 28.3 V bei einer Unterbrechung in der metallischen Bahn. Eine Verdopplung der Sekundär-Windungen führt lediglich zu einer Signalerhöhung von 0,6 V, bei einem Grundsignal von 56 V. Wegen der Temperaturschwankungen, und wegen einer Beeinflussung des Stromimpulses durch Alterungstoleranzen der Bauteile ist eine sichere Auswertung des Sekundärsignals unter diesen Umständen sehr schwierig.This sensor consists of a pair of coils with a primary and Secondary winding. The detection of a gap in the metallic orbits derived from a secondary voltage of a pair of coils, whose amplitude increases when the metallic tracks are broken because of the metallic ones Paths can not dampen the secondary voltage. Has the Coil pair to the metallic tracks a distance of less than 10 mm, and are the metallic tracks are about 100 mm wide, so is a detection Interruption in the metallic tracks is always guaranteed. Are the metallic sheets made of spring steel (50 mm wide, 0.2 mm thick), and the pair of coils has a ground clearance of 20 mm to the metallic tracks the change in a secondary voltage is very small. At a Experimental setup with the conditions mentioned above, the Secondary voltage from 28 V to 28.3 V with an interruption in the metallic train. A doubling of the secondary turns only leads to a signal increase of 0.6 V, with a basic signal of 56 V. Because of the Temperature fluctuations, and because of an influence of the current pulse due to aging tolerances of the components, a reliable evaluation of the Secondary signal very difficult under these circumstances.
Bekannt sind Näherungsschalter, die mittels einem Parallelresonanzkreis von einer Kapazität und einer Induktivität und einem Operationsverstärker gebildet werden. Nach dem Einschalten der Betriebsspannung schwingt der Operationsverstärker mit einer Frequenz von 100 kHz oder bis max. 1 MHz. Die Sensorspule ist in einem Schalenkern aus einem hochpermeablen Ferritmaterial so integriert, daß ein Feld an der Abschirmöffnung des Gehäuses gebildet wird. Befindet sich ein elektrisches Objekt in diesem Feld wird er von dem elektromagnetischen Wechselfeld durchsetzt und es werden nach dem Induktionsgesetz Wirbelströme erzeugt, die dem Feld Energie entziehen. Wird nun ein metallisches Objekt so weit angenähert steht dem Operationsverstärker nicht mehr die notwendige Energie zu Verfügung und die Oszillation bricht zusammen. Diese Ursache führt dazu, daß durch eine Steuerlogik zu diesem Zeitpunkt der Schalter im Näherungsschalter eingeschaltet wird. Eine Hysterese sorgt dafür, daß kein prellen des Schalters möglich ist. Der Vorteil dieses Sensor ist, daß er mit wenigen Mikrowatt elektrischer Energie betrieben werden kann. Der Schalenkern verursacht zusätzliche Toleranzen, bei einer bestimmten Bauform sind die zulässige Streuungen durch die Betriebsspannungs- und Umgebungstemperaturschwankungen relativ groß. Beim Einsatz eines Normschalters und axialer Annäherung der Norm-Meßplatte ergibt sich für einen bestimmten Typ ein Bereich von 0 bis 8,1 mm, wo der Schalter sicher eingeschaltet ist. Die Meßplatte muß einen Mindestabstand von 13,9 mm haben damit der Schalter sicher ausgeschaltet ist. Die mechanische Hubbewegung muß bei axialer Annäherung mindestens 5,8 mm betragen. Um die Toleranzen zu verringern wird vom Hersteller empfohlen die Meßplatte radial zum Näherungsschalter zu bewegen. Ein üblicher Näherungsschalter kann nur einen Schaltabstand erkennen, wobei die Genauigkeit des Schaltabstandes sehr gering ist. Ein weiterer Nachteil ist, daß sich bei einem bestimmten Typ eines Näherungsschalters, die Ansprechzeit von 0,1 ms auf 5 ms vergrößert, wenn sich der Schaltabstand der Meßplatte von 1 mm auf 10 mm erhöht. Durch die Spule des Näherungsschalters wird mit einem Kondensator ein Parallelresonanzkreis gebildet, deren Oszillation unterbleibt, dieses ist ein direktes Maß für den Schaltabstand des Sensors zum elektrisch leitenden Objekt. Nach Maßgabe dieses Schaltzustandes 'Ein oder Aus' wird der Schaltabstand zu einem elektrisch leitenden Objekt erkannt.Proximity switches are known, which by means of a parallel resonance circuit a capacitance and an inductor and an operational amplifier become. After switching on the operating voltage, the oscillates Operational amplifiers with a frequency of 100 kHz or up to max. 1 MHz. The Sensor coil is in a shell core made of a highly permeable ferrite material integrated so that a field is formed at the shield opening of the housing. If there is an electrical object in this field, the alternating electromagnetic field and there will be after Induction law creates eddy currents that draw energy from the field. Becomes now a metallic object is so close to the operational amplifier the necessary energy is no longer available and the oscillation breaks together. This cause leads to this through a control logic When the switch in the proximity switch is switched on. A hysteresis ensures that the switch cannot bounce. The advantage of this sensor is that it can be operated with a few microwatts of electrical energy. The shell core causes additional tolerances, with a certain one Design are the permissible variations due to the operating voltage and Ambient temperature fluctuations are relatively large. When using a Standard switch and axial approach of the standard measuring plate results for one certain type a range from 0 to 8.1 mm where the switch is safe is switched on. The measuring plate must have a minimum distance of 13.9 mm so that the switch is safely turned off. The mechanical lifting movement must at least 5.8 mm when approaching axially. To tolerances The manufacturer recommends reducing the measuring plate radially to To move the proximity switch. A conventional proximity switch can only do one Detect switching distance, the accuracy of the switching distance is very low is. Another disadvantage is that a certain type of Proximity switch, the response time increased from 0.1 ms to 5 ms if the switching distance of the measuring plate increases from 1 mm to 10 mm. Through the The proximity switch coil is turned on with a capacitor Parallel resonance circuit formed, the oscillation does not occur, this is a direct measure of the switching distance of the sensor to the electrically conductive object. In accordance with this switching state 'On or Off', the switching distance becomes detected an electrically conductive object.
Für die Vorrichtung des genauen induktiven Näherungsschalter werden stets zwei Spulenpaare verwendet und dessen Differenzsignal ausgewertet. Die zwei Spulenpaare können durch eine Primärspule und zwei Sekundärspulen gebildet werden, die zwei Spulenpaare können auch durch zwei Primärspulen und zwei Sekundärspulen gebildet werden. Diese zwei Spulenpaare werden z. B. axial übereinander angeordnet, so daß zur induktiven Kopplung zwei Spulenpaare dienen, ein Spulenpaar dient stets als Sensor und wird mit Sensorspulenpaar bezeichnet, dieses wird an der Abschirmungsöffnung des Gehäuses angeordnet um ein elektrisch leitendes Objektes zu erkennen, das abgewandte Spulenpaar ist nicht auf das elektrisch leitende Objekt gerichtet. Der Abstand des abgewandten Spulenpaars zum Sensorspulenpaar muß so groß sein, daß es nicht vom elektrisch leitendes Objekt beeinflußt werden kann. Das induzierte Sekundärsignal dieses Spulenpaares hat stets die gleiche Amplitude wie das Sensorspulenpaar, wenn das Sensorspulenpaar in keiner Weise durch ein fremdes metallisches Objekt gedämpft werden kann, und weil die zwei Sekundärspulen so in Reihe geschaltet sind, daß sie sich kompensieren, hat das Differenzsignal stets 0 Volt. Ist der Schaltabstand zu einem metallischen Objekt relativ groß, kann eine geringfügige Änderung des Differenzsignals sicher ausgewertet werden. Bei einem Spulenpaar mit zwei Primärspulen ist räumliche X/Y/Z-Lage des abgewandten Spulenpaares zum Sensorspulenpaar beliebig, weil das Sekundärsignal dieses Spulenpaares nur die Aufgabe hat die zwei sehr hohen Sekundärspannungen zu kompensieren.For the device of the precise inductive proximity switch are always used two pairs of coils and evaluated its difference signal. The two Coil pairs can be formed by a primary coil and two secondary coils The two pairs of coils can also be replaced by two primary coils and two Secondary coils are formed. These two pairs of coils are e.g. B. axially arranged one above the other so that two pairs of coils for inductive coupling serve, a pair of coils always serves as a sensor and is paired with a sensor coil referred to, this is arranged at the shield opening of the housing to detect an electrically conductive object, the pair of coils facing away is not aimed at the electrically conductive object. The distance of the Coil pair facing away from the sensor coil pair must be so large that it cannot be influenced by the electrically conductive object. That induced Secondary signal of this pair of coils always has the same amplitude as that Sensor coil pair if the sensor coil pair in no way by one foreign metallic object can be dampened, and because the two Secondary coils are connected in series so that they compensate for each other Differential signal always 0 volts. Is the switching distance to a metallic object relatively large, a slight change in the differential signal can be assured be evaluated. With a pair of coils with two primary coils there is spatial X / Y / Z position of the pair of coils facing away from the pair of sensor coils as desired, because the secondary signal of this pair of coils only does the two very job to compensate for high secondary voltages.
Hier wird der Vorteil der Erfindung aufgeführt die Nachteile eingangs erwähnter Art zu eliminieren, für die Vorrichtung des genauen induktiven Näherungsschalter werden zwei Spulenpaare eingesetzt, wobei kein Schalenkern notwendig ist, die induktive Kopplung erfolgt durch einen offenen magnetischen Kreis. Bei axialer Annäherung der Meßplatte an den Näherungsschalter können n Abstandsbereiche festgestellt werden. Ist ein hoher Schaltabstand erwünscht, so kann durch die Erhöhung des Übersetzungsverhältnises, der Erhöhung der Durchmesser der zwei Spulenpaare, und durch die Erhöhung der Dicke der metallischen oder magnetischen Objekte die Empfindlichkeit wesentlich gesteigert werden. Eine Erhöhung der Betriebsspannung bewirkt einen höheren Stromimpuls und eine Erhöhung des möglichen Schaltabstands. Die max. Ansprechzeit des Schalters wird durch die Zykluszeit des Impulsgenerators bestimmt, sie bleibt im gesamten Schaltabstandsbereich der Meßplatte unverändert. Das Differenzsignal kann positiv oder negativ sein, je nach dem welches der zwei Spulenpaare durch ein elektrisch oder magnetisch leitenden Objekt gedämpft wird, im Ausführungsbeispiel wird ein positives Differenzsignal generiert. Der Grund ist, weil das negative Sekundärsignal gedämpft wird und das positive Differenzsignal konstant bleibt. Ändert sich die Betriebsspannung in der Grundstellung, d. h. ohne ein metallisches Objekt, so führt dies zu keiner Änderung des Differenzsignals, weil die zwei Spulenpaare so in Reihe geschaltet sind, daß sich die Sekundärsignale gegenseitig kompensieren. Das elektrisch leitende Objekt erzeugt Wirbelströme und entzieht dem Sensorspulenpaar Feld Energie und dadurch ändert sich das Differenzsignal, das Feld des abgewandten Spulenpaares bleibt unverändert. Besteht das Objekt aus einem Ferritmaterial oder einem Ferritstift, so wird die Polarität des Differenzsignals invertiert, weil die Feldenergie vergrößert wird. Ändern sich die Abmessungen der zwei Spulenpaare durch eine Temperaturänderung bleibt das Differenzsignal in der Grundstellung nahezu unverändert, weil sich die Abmessungen beider Spulenpaare gleichzeitig ändern. Störungen durch Fremdeinwirkungen können sich in der Regel nicht auswirken, weil Störströme auf beide Spulenpaare einwirken und sich gegenseitig kompensieren, weil beide Spulenpaare so in Reihe geschaltet sind, daß sich die Störsignale beider Spulenpaare kompensieren. Um die Kapazität der Sekundärwicklungen gering zu halten kann ein Spulendraht mit einer Isolierung verwendet werden, jedes Material, das elektrisch gut leitend ist eignet sich als Spulendraht. Here is the advantage of the invention listed the disadvantages at the outset to eliminate the type mentioned, for the device of the precise inductive Proximity switches use two pairs of coils, with no shell core is necessary, the inductive coupling is done by an open magnetic Circle. When the measuring plate approaches the proximity switch axially, n Distance ranges can be determined. If a high switching distance is desired, then can be increased by increasing the gear ratio Diameter of the two pairs of coils, and by increasing the thickness of the metallic or magnetic objects sensitivity significantly be increased. An increase in the operating voltage causes a higher one Current pulse and an increase in the possible switching distance. The max. The response time of the switch is determined by the cycle time of the pulse generator determined, it remains in the entire switching range of the measuring plate unchanged. The difference signal can be positive or negative, depending on the which of the two coil pairs by an electrically or magnetically conductive Object is damped, in the exemplary embodiment, a positive difference signal generated. The reason is because the negative secondary signal is attenuated and the positive difference signal remains constant. The operating voltage changes to the basic position, d. H. without a metallic object, this does not lead to any Change in the differential signal because the two pairs of coils are connected in series are that the secondary signals compensate each other. The electric conductive object generates eddy currents and deprives the sensor coil pair of field Energy and this changes the difference signal, the field of the averted Coil pair remains unchanged. The object consists of a ferrite material or a ferrite pin, the polarity of the difference signal is inverted because the Field energy is increased. The dimensions of the two change The difference signal remains in the coil pairs due to a temperature change Basic position almost unchanged because the dimensions of both Change coil pairs at the same time. Interference from external influences can usually have no effect because of interference currents on both pairs of coils act and compensate each other, because both pairs of coils in Are connected in series that the interference signals of both pairs of coils compensate. To keep the capacity of the secondary windings low a coil wire with insulation can be used, any material that good electrical conductivity is suitable as coil wire.
Geringe Toleranzen des Schaltabstandes können durch einen stabilen mechanischen Aufbau der zwei Spulenpaare erreicht werden, deren Lage zueinander gleich bleiben muß. Werden beide Spulenpaare im Gehäuse vergossen, erhöht sich die mechanische Stabilität. Eine Gehäuseabschirmung, z. B. ein Aluminiumrohr mit einem Außengewinde sorgt für ein stabiles Verhalten bei Fremdeinwirkungen.Small tolerances of the switching distance can be achieved by a stable mechanical construction of the two pairs of coils can be achieved, their location must remain the same to each other. Both pairs of coils are in the housing potted, the mechanical stability increases. A housing shield, e.g. B. an aluminum tube with an external thread ensures stable behavior with external influences.
Durch Fertigungstoleranzen beider Spulenpaare bedingt, ist das Differenzsignal in Grundstellung nicht immer 0 Volt. Ein Abgleich des Differenzsignals kann z. B. durch Verminderung der Windungsanzahl der Primär- oder Sekundärspule erreicht werden, dies ist in der Regel zu aufwendig. Bestehen die zwei Spulenpaare aus drei Spulen, so werden zwei Spulen fixiert und eine Spule wird in axialer Richtung justiert bis das Differenzsignal den Spannungswert von 0 Volt hat. Bestehen die zwei Spulenpaare aus vier Spulen, so werden zuerst drei Spulen fixiert, mit der vierten Spule erfolgt der Abgleich. Hat das Differenzsignal in der Grundstellung nicht 0 Volt, ist es möglich ein Spulenpaar durch ein kleines Metallstück zu dämpfen, z. B. durch eine selbstklebende Aluminiumfolie, die auf die Stirnseite eines Spulenpaares befestigt wird. Der Abgleich sollte stets im eingebauten Zustand erfolgen. Erfolgt die Fertigung der Spulenpaar mit sehr geringen Toleranzen, so ist nicht unbedingt erforderlich, daß das Differenzsignal in Grundstellung den Spannungswert 0 Volt hat, es muß nur auf die Polarität geachtet werden. Durch zwei einstellbare Widerstände können z. B. zwei Schaltabstände eines Näherungsschalter eingestellt werden.This is due to the manufacturing tolerances of both pairs of coils Difference signal in the basic position is not always 0 volts. A comparison of the Difference signal can e.g. B. by reducing the number of turns of the primary or secondary coil can be achieved, this is usually too expensive. If the two pairs of coils consist of three coils, two coils are fixed and a coil is adjusted in the axial direction until the difference signal Voltage value of 0 volts. If the two pairs of coils consist of four coils, First three coils are fixed, the fourth coil is used for adjustment. If the difference signal is not 0 volts in the basic position, it is possible to To dampen the coil pair by a small piece of metal, e.g. B. by a self-adhesive aluminum foil on the front of a pair of coils is attached. The adjustment should always take place when installed. He follows the manufacture of the pair of coils with very small tolerances is not absolutely necessary that the differential signal in the basic position Voltage value is 0 volts, you only have to pay attention to the polarity. By two adjustable resistors can e.g. B. two switching distances one Proximity switches can be set.
Das Differenzsignal muß in der Grundstellung des Näherungsschalter nicht den Spannungswert von 0 Volt haben, es kann eine negative oder positive Amplitude haben. Damit kann erreicht werden, daß die Toleranz eines Schaltabstands bei einer Änderung der Betriebsspannungs geringer wird, wenn genau im Schaltabstand durch ein metallisches Objekt, das Differenzsignal auf den Spannungswert von 0 Volt gedämpft wird. Der Schaltabstand wird z. B. durch einen einstellbaren Widerstand vom Anwender abgeglichen. Um einen möglichst großen Schaltabstand zu erreichen wird das Differenzsignal in der Grundstellung auf den Wert von 0 Volt abgeglichen.The differential signal does not have to be in the basic position of the proximity switch have the voltage value of 0 volts, it can be a negative or positive Have amplitude. This can be achieved that the tolerance of a Switching distance when the operating voltage changes, becomes smaller if exactly in the switching distance by a metallic object, the difference signal the voltage value of 0 volts is damped. The switching distance is z. B. by an adjustable resistance adjusted by the user. To one if possible The difference signal in the basic position will reach a large switching distance adjusted to the value of 0 volts.
Haben die zwei Spulenpaare nur eine Primärspule, so ist diese in der Mitte angeordnet und diese induziert in jede Sekundärspule ein Sekundärsignal, ein Sekundärsignal ist positiv das andere ist negativ, beide haben in der Grundstellung die gleiche Amplitude, es entsteht also kein Differenzsignal, weil beide Sekundärspulen so in Reihe geschaltet sind, daß sich deren Signale kompensieren.If the two pairs of coils have only one primary coil, this is in the middle arranged and this induces a secondary signal in each secondary coil Secondary signal is positive, the other is negative, both have in the Home position the same amplitude, so there is no difference signal because both secondary coils are connected in series so that their signals compensate.
Hat jedes Spulenpaar eine getrennte Primärspule kann der Schaltabstand erhöht werden, es ist zweckmäßig das Ende des Drahtes des ersten Spulenpaares der Primärwicklung mit dem Ende des Drahtes des abewandten Spulenpaares der Primärwicklung zu verbinden, weil sich dann deren Magnetfelder gegenseitig kompensieren. Dies ist daran zu erkennen, daß sich beide Spulenpaare gegenseitig abstoßen. Die Spulenpaare können auf zwei oder vier Spulen gewickelt sein, bei Backspulen entfällt der Spulenkörper, große Spulenpaare können auf einer Leiterplatte kaschiert werden.If each coil pair has a separate primary coil, the switching distance can be increased, it is appropriate to end the wire of the first Coil pair of the primary winding with the end of the wire facing away To connect the pair of coils of the primary winding, because then their Compensate for magnetic fields. This can be seen from the fact that repel both pairs of coils. The coil pairs can be on two or four coils have to be wound, the bobbin does not apply to baking coils, large Coil pairs can be laminated on a circuit board.
Bedingt durch die zuvor genannten Maßnahmen wird eine höhere Empfindlichkeit erreicht, die Amplitude des Differenzsignals steigt bei Annäherung des elektrisch leitenden Objekts an. Kann stets von dem gleichen Objekt ausgegangen werden, so kann der Schaltabstand aus der Höhe der Amplitude des Differenzsignal abgeleitet werden, wobei die Genauigkeit der Schaltabstandes wesentlich größer ist. Der genaue induktive Näherungsschalter kann mehrere Schaltabstände haben, hat er zwei Schaltabstände, kann z. B. eine externe Last bei einem Schaltabstand von 15 mm eingeschaltet werden, die Abschaltung der externen Last erfolgt z. B. bei einem Schaltabstand von 3 mm. Due to the aforementioned measures, a higher one Sensitivity reached, the amplitude of the difference signal increases Approach the electrically conductive object. Can always be of the same Object can be assumed, the switching distance from the height of the Amplitude of the difference signal can be derived, the accuracy of the Switching distance is significantly larger. The exact inductive proximity switch can have several switching distances, it has two switching distances, z. Legs external load can be switched on at a switching distance of 15 mm The external load is switched off e.g. B. at a switching distance of 3 mm.
Bei einer Versuchsanordnung erreicht das Differenzsignal der zwei Spulenpaare mit zwei getrennten Primärwicklungen, bei einer Betriebsspannung von 20 Volt eine positive Amplitude von 4 Volt, bei einem Schaltabstand von 0 mm, wobei das metallische Objekt aus einer 1 mm dicken Aluminiumplatte besteht. Die zwei Spulenpaare haben einen max. Wicklungsdurchmesser von 18 mm, die Primärspulen haben 60 Windungen, bei einem Drahtdurchmesser von 0,4 mm, die Sekundärspulen weisen 200 Windungen auf, bei einem Drahtdurchmesser von 0,2 mm. Die zwei Sekundärspulen sind niederohmig abgeschlossen und haben einen Abschlußwiderstand von 1 kΩ, um einen zusätzlichen Störschutz zu erreichen. Durch ein metallisches Gehäuse wird das Differenzsignal zusätzlich bedämpft, damit die Dämpfung nicht zu stark ist, darf der ohmsche Widerstand der Sekundärspulen nicht zu groß sein, außerdem sollten die Spulen einen bestimmten Freiraum zum Gehäuse haben. Das Sensorspulenpaar ist am Gehäuserand angeordnet. Die Empfindlichkeit dieser Versuchsanordnung kann weiter gesteigert werden, indem die Sekundärwindungsanzahl erhöht wird, weil durch Steigerung des Übersetzungsverhältnis eine Vervielfachung des Differenzsignals möglich ist.In a test arrangement, the difference signal of the two reaches Coil pairs with two separate primary windings, at one operating voltage of 20 volts a positive amplitude of 4 volts, with a switching distance of 0 mm, whereby the metallic object from a 1 mm thick aluminum plate consists. The two pairs of coils have a max. Winding diameter of 18 mm, the primary coils have 60 turns with a wire diameter of 0.4 mm, the secondary coils have 200 turns, with one Wire diameter of 0.2 mm. The two secondary coils are low-resistance completed and have a terminating resistance of 1 kΩ to one to achieve additional interference protection. With a metallic housing Differential signal additionally damped so that the damping is not too strong the ohmic resistance of the secondary coils should not be too great, moreover the coils should have a certain clearance to the housing. The Sensor coil pair is arranged on the edge of the housing. The sensitivity of this Experimental arrangement can be further increased by the Secondary number of turns is increased because by increasing the Gear ratio a multiplication of the difference signal is possible.
Es ist verständlich, daß wegen der magnetische Erregung der Primärspule der Betriebsstrom höher ist als üblich. Bei einer Versuchsanordnung beträgt der Stromimpuls 1,8 A, die Anstiegsflanke ist 15 µs lang, bei einer Betriebsspannung von 20 Volt. Durch den Stromimpuls bedingt, muß bei einer Zykluszeit von 1 ms mit einem zusätzlichen Betriebsstrom von 10 mA gerechnet werden. Die Ansprechzeit ist mit der Zykluszeit identisch, und diese bestimmt den Betriebsstrom des genauen Näherungsschalters. Die Ansprechzeit ist für jeden Schaltabstand des Näherungsschalters gleich groß. Die beiden Spulenpaare sind dann optimiert, wenn durch die Annäherung der Meßplatte bedingt, das max. mögliche Differenzsignal erreicht werden kann. Bei vorgegeben Durchmesser des Näherungsschalters spielt die optimale Wahl der Spulenbreite und die Wahl des Drahtdurchmesser beider Spulenpaare eine große Rolle. Die Amplitude des Stromimpulses wird durch den induktiven und ohmsche Widerstand der Primärspulen und durch die Betriebsspannung bestimmt. Es ist zweckmäßig für die Primärspulen einen dickeren Drahtdurchmesser zu verwenden als für die Sekundärspule, der ohmsche Widerstand sollte nicht mehr als 10% bis 20% des Gesamtwiderstandes betragen.It is understandable that because of the magnetic excitation of the primary coil, the operating current is higher than usual. In a test arrangement of the current pulse is 1, 8 A, the leading edge is 15 microseconds long, at an operating voltage of 20 volts. Due to the current pulse, an additional operating current of 10 mA must be expected with a cycle time of 1 ms. The response time is identical to the cycle time, and this determines the operating current of the exact proximity switch. The response time is the same for every switching distance of the proximity switch. The two pairs of coils are optimized if, due to the approach of the measuring plate, the max. possible difference signal can be achieved. Given the diameter of the proximity switch, the optimal choice of coil width and the choice of wire diameter for both pairs of coils play a major role. The amplitude of the current pulse is determined by the inductive and ohmic resistance of the primary coils and by the operating voltage. It is advisable to use a thicker wire diameter for the primary coils than for the secondary coil, the ohmic resistance should not be more than 10% to 20% of the total resistance.
Zur Verringerung des Betriebsstrom ist in der Grundstellung die Zykluszeit höher, bei der ersten Erkennung eines metallischen Objektes verringert sich die Zykluszeit. Die Abstandsmessung ist um den Weg des Objektes, das es während einer Zyklusdauer zurücklegt, ungenau.The cycle time is in the basic position to reduce the operating current higher, the first time a metal object is recognized, the Cycle time. The distance measurement is about the path of the object that it is during one cycle duration, imprecise.
In der Regel ist kein Schalenkern aus einem hochpermeablem Ferritmaterial erforderlich, in Sonderanwendungen können diese zur Erhöhung des magnetischen Feldes dienen, für die zwei Spulenpaare können ein oder zwei Schalenkerne eingesetzt werden.As a rule, a shell core is not made of a highly permeable ferrite material required, in special applications these can be used to increase the serve magnetic field, for the two pairs of coils one or two Cup cores are used.
In der Regel haben die zwei Spulenpaare die gleichen Abmessungen und die gleich Anzahl von Windungen haben. Es kann aber durchaus zweckmäßig sein, die Anzahl der Windungen nicht gleich zu halten, oder das zweite Spulenpaar aus Platzgründen im Durchmesser zu verringern, als Richtlinie gilt, daß beide Spulenpaare die gleiche Induktivität haben, und daß die Drahtlängen beider Sekundärspulen gleich lang sind.As a rule, the two pairs of coils have the same dimensions and have the same number of turns. But it can be useful not keeping the number of turns the same, or the second pair of coils to reduce the diameter for reasons of space, the guideline is that both Coil pairs have the same inductance, and that the wire lengths of both Secondary coils are the same length.
Als Ausgangs-Halbleiterschalter kann ein Transistor, MOSFET, Thyristor oder Triacs verwendet werden. Die Auslegung des Schalters richtet sich nach der angeschlossen Last. Ein Vorteil ist die Programmierbarkeit des Näherungsschalter als Öffner oder Schließer. Der prellfreie Schalter kann als Zweileiter-, Dreileiter-, oder Vierleiterschalter ausgeführt sein. Eine Parallelschaltung oder Reihenschaltung mehreren Näherungsschaltern erfolgt nach der bekannten Methode. Das Ausführungsbeispiel zeigt einen Dreileiter- Schalter mit einem n-schaltenden Typ, bei einer geringen externen Last kann dieser auch als Zweileiterschalter eingesetzt werden. Der Näherungsschalter ist gegen Überspannung durch einen spannungsabhängigen Widerstand oder einer Zenerdiode geschützt. Die Schaltstufe hat eine Schutzbeschaltung und die Ausgänge können daher verpolt werden.A transistor, MOSFET, thyristor can be used as the output semiconductor switch or triacs can be used. The design of the switch depends on the connected load. One advantage is the programmability of the Proximity switch as opener or closer. The bounce-free switch can be used as Two-wire, three-wire or four-wire switches can be designed. A Parallel connection or series connection of several proximity switches according to the known method. The embodiment shows a three-wire Switch with an n-switching type, with a low external load can this can also be used as a two-wire switch. The proximity switch is against overvoltage by a voltage-dependent resistor or a Zener diode protected. The switching stage has a protective circuit and the Outputs can therefore be reversed.
Die Aufgabe wurde gelöst mittels zwei axial übereinander liegenden Spulenpaare. Zum detektieren der elektrisch oder magnetisch leitenden Objekte ist nur das Sensorspulenpaar auf das Objekt ausgerichtet. Das Differenz-Signal der zwei Spulenpaare wird in Grundstellung auf den Wert von 0 Volt abgeglichen. Bei einem sehr geringen Abstand zum metallischen Objekt, und einer vollständigen Bedeckung des Sensorspulenpaars durch das elektrisch leitende Objekt steigt das Differenz-Signal auf die max. Amplitude an, das Sekundärsignal des Sensorspulenpaars wird sehr stark gedämpft, das Sekundärsignal des abgewandten Spulenpaars erreicht immer den höchst möglichen Spannungswert. Die Polarität des Differenz-Signals ist positiv, wenn das Sensorspulenpaar durch das elektrisch leitendes Objekt bedeckt ist. Beim Tausch der Funktionen der zwei Spulenpaare wird jetzt das abgewandte Spulenpaar zum Sensorspulenpaar, so bleiben die Funktionen voll erhalten, die Polarität des Differenz-Signals wird aber negativ. Eine geringfügige Änderung des Differenz-Signals ist jetzt für eine sichere Auswertung vollkommen ausreichend, weil die zwei Spulenpaare so in Reihe geschaltet sind, daß sich beide Sekundärsignale in Grundstellung kompensieren.The object was achieved by means of two axially one above the other Coil pairs. To detect the electrically or magnetically conductive objects only the pair of sensor coils is aligned with the object. The difference signal of the two pairs of coils is in the basic position to the value of 0 volts adjusted. At a very short distance from the metallic object, and a complete coverage of the sensor coil pair by the electrical conductive object, the difference signal rises to the max. Amplitude at that Secondary signal of the sensor coil pair is damped very strongly, that Secondary signal of the opposite coil pair always reaches the highest possible voltage value. The polarity of the difference signal is positive if the pair of sensor coils is covered by the electrically conductive object. At the Exchanging the functions of the two pairs of coils is now averted Coil pair to the sensor coil pair, so the functions are fully retained However, the polarity of the difference signal becomes negative. A slight change of the difference signal is now perfect for a safe evaluation sufficient because the two pairs of coils are connected in series so that Compensate both secondary signals in the basic position.
Ein weiterer Vorteil der Erfindung ist, daß Fremdeinwirkungen einen Stromimpuls durch beide Spulenpaare verursachen, diese Störung kann sich aber nicht auswirken weil die zwei Spulenpaare so in Reihe geschaltet sind, daß sich beide Störsignale kompensieren.Another advantage of the invention is that external influences Cause current impulse through both pairs of coils, this disturbance can but do not affect because the two pairs of coils are connected in series so that compensate for both interference signals.
Im FTS-Bereich werden fahrerlose Flurförderzeuge eingesetzt, zur Spurführung dienen zum Teil reale stromlose Leitspuren. Diese Leitspuren bestehen in der Regel aus einem rostfreiem Federbandstahl, und sind in der Regel 50 mm breit und 0,3 mm dick. Sie werden bevorzugt, weil sie eine höhere mechanische Festigkeit aufweisen. Die Dämpfwirkung dieser Leitspuren ist vergleichbar mit einer Aluminiumfolienbahn mit einer Dicke von ca. 0,01 mm. Werden zwei Näherungsschalter so in einem Fahrzeug angeordnet, daß sie in der Fahrtrichtung betrachtet nebeneinander liegen, so kann durch die Differenzsignale beider Näherungsschalter die Position zur Mitte der Leitspur ermittelt werden. Haben beide Differenzsignale den gleichen Wert, ist die Leitspur mittig zu beiden Näherungsschaltern. Ist das Differenzsignal des rechts angeordneten Näherungsschalter höher, so ist das Fahrzeug zu weit rechts von der Mitte der Leitspur. Bei einer gleichen Anordnung der Näherungsschalter und mit dem Unterschied, daß hier nicht zwei Differenzsignale ausgewertet werden, sondern jeweils 3 Schalterabstände der zwei Näherungsschalter. Der erste Schaltabstand wird erreicht, wenn ein Drittel der Spulenstirnfläche eines Näherungsschalter mit der Leitspur deckungsgleich ist, der zweite Schaltabstand wird ausgelöst, wenn ein zwei Drittel der Spulenstirnfläche mit der Leitspur deckungsgleich ist, der dritte Schaltabstand wird ausgelöst, wenn die volle Spulenstirnfläche mit der Leitspur zur Deckung kommt. Auf diese Art werden durch jeweils drei Schaltabstände, die Position des Flurförderzeuges festgestellt.Driverless industrial trucks are used in the AGV area for Track guidance is used in part by real de-energized guidance tracks. These leading tracks are usually made of stainless spring steel, and are in the Usually 50 mm wide and 0.3 mm thick. They are preferred because they are higher have mechanical strength. The damping effect of these guide tracks is comparable to an aluminum foil sheet with a thickness of approx. 0.01 mm. Are two proximity switches arranged in a vehicle so that they are in the direction of travel considered side by side, so can by the Difference signals of both proximity switches the position to the center of the leading track be determined. If both difference signals have the same value, that is Guide track in the middle of both proximity switches. Is the difference signal of the right arranged proximity switch higher, the vehicle is too far to the right of the middle of the lead track. With the same arrangement of the proximity switches and with the difference that two difference signals are not evaluated here, but rather 3 switch distances of the two proximity switches. The first Switching distance is reached when a third of the coil face of one Proximity switch is congruent with the guide track, the second switching distance is triggered when a two thirds of the coil face with the lead track is congruent, the third switching distance is triggered when the full The end face of the coil coincides with the lead track. That way the position of the truck is determined by three switching distances.
Eine Anwendung der Erfindung kommt in Betracht um z. B. einen mechanischen Positionsschalter durch einen berührungslosen Schalter zu ersetzen. Durch den genauen Näherungsschalter kann eine bestimme Position eines beweglichen metallischen Teiles oder es können n Abstandsbereiche gemessen werden. Mit Hilfe eines im Durchmesser sehr kleinen Näherungsschalters kann z. B. ein kaschierter Strichcode auf einer Leiterplatte gelesen werden. Eine weite Anwendung ist z. B. eine Verschlußüberprüfung von Flaschen, Voraussetzung ist, daß ein Metallverschluß verwendet wird. Ein Einsatz des Näherungsschalters ist möglich, wenn z. B. Nichteisemetalle getrennt werden sollen. Mit Hilfe eines Näherungsschalters kann auch eine Schweißnaht überprüft werden. Die Einsatzmöglichkeiten sind vielseitig, ein Einsatz ist zu empfehlen, wenn Umwelteinflüsse wie Staub, Feuchtigkeit, Vibration den Einsatz eines mechanischen Schalters in der Funktion beeinträchtigen würden. Ebenfalls kann die Dichte der elektrisch leitenden Materialien in Flüssigkeiten durch die Spulenpaare bestimmt werden. Die elektrische Leitfähigkeit eines metallischen Teiles wird durch den Materialdickenfaktor bestimmt. Bei Näherungsschaltern beträgt die Dicke der Normmeßplatte 1 mm.An application of the invention is contemplated to e.g. B. one mechanical position switch through a non-contact switch replace. A precise position can be determined by the exact proximity switch a movable metallic part or there can be n spacing areas be measured. With the help of a very small in diameter Proximity switch can e.g. B. a laminated bar code on a circuit board to be read. A wide application is e.g. B. a closure check of Bottles, provided that a metal cap is used. On Use of the proximity switch is possible if e.g. B. non-ferrous metals separated should be. With the help of a proximity switch, a weld can also be made be checked. The possible uses are versatile, one use is too recommend use when environmental influences such as dust, moisture, vibration of a mechanical switch would impair the function. Likewise can change the density of the electrically conductive materials in liquids by the Coil pairs can be determined. The electrical conductivity of a metallic Part is determined by the material thickness factor. With proximity switches the thickness of the standard measuring plate is 1 mm.
Die Vorrichtung für genaue Näherungsschalter erkennt auch Objekte aus einem magnetisch leitenden Material, je höher dessen magnetische Leitfähigkeit ist, desto größer ist die Felderhöhung, und desto höher ist auch die max. mögliche Amplitude des Differenzsignals des jetzt invertierten Differenzsignals, wenn das Sensorspulenpaar durch ein Ferritmaterial zur Deckung kommt. Das magnetische Objekt kann ein Ferritstift oder Schalenkern sein, der in ein Spulenpaar eintaucht, dadurch erhöht sich der max. mögliche Schaltabstand. Die Bewegungsrichtung des Objekts kann axial oder radial sein, die Ausbildung des metallischen oder magnetische Objektes kann beliebig sein. Durch die Polarität des Differenzsignals positiv oder negativ kann ein metallisches Objekt von einem magnetischen Objekt unterschieden werden.The device for accurate proximity switches also detects objects a magnetically conductive material, the higher its magnetic conductivity is, the larger the field increase, and the higher the max. possible amplitude of the difference signal of the now inverted difference signal, when the sensor coil pair is covered by a ferrite material. The magnetic object can be a ferrite pin or shell core that is in a Immersed pair of coils, this increases the max. possible switching distance. The direction of movement of the object can be axial or radial, the formation the metallic or magnetic object can be any. Through the A metallic object can polarity of the difference signal positive or negative be distinguished from a magnetic object.
Zur Vermeidung von elektrischen und magnetischen Störeinflüssen werden die zwei Spulenpaare und die Steuerlogik durch ein Metall-Gehäuse geschützt. Nur die Seite des Gehäuses, die auf das metallische oder magnetische Objekt gerichtet ist, wird durch eine Abdeckung aus einem nicht metallischen Werkstoff geschützt.To avoid electrical and magnetic interference the two pairs of coils and the control logic are protected by a metal housing. Only the side of the case that faces the metallic or magnetic object is directed through a cover made of a non-metallic material protected.
Bei Sonderausführungen und zwei Primärspulen, kann das Spulenpaar, das zur Kompensation dient außerhalb vom Gehäuse des Annäherungsschalter angeordnet sein. Bei im Durchmesser kleinen Spulenpaaren können zur Erhöhung der induktiven Kopplung beide Spulendrähte gemeinsam gewickelt werden. Die Spulenpaare können auch mittels Mikromechanik hergestellt werden.For special versions and two primary coils, the pair of coils, the for compensation serves outside the housing of the proximity switch be arranged. With small coil pairs in diameter can Increasing the inductive coupling wound both coil wires together become. The coil pairs can also be produced by means of micromechanics become.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei einer Vorrichtung eingangs genannter Art elektrisch und magnetisch leitende Objekte zu identifizieren.The present invention is based on the object Device of the type mentioned electrically and magnetically conductive objects to identify.
Diese Aufgabe wird durch eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.This object is achieved by a device with the features of Claim 1 solved.
Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.Developments of the invention are the subject of the dependent claims.
Die Lösung der Erfindung sind zwei Spulenpaare einzusetzen, deren Sekundärsignale sich gegenseitig kompensieren um durch eine Abtastung des Differenzsignals elektrisch und magnetisch leitende Objekte zu erkennen. Für die Auslösung ist maßgebend, daß eine Stirnkante des Sensorspulenpaars mit dem elektrisch leitenden Objekte voll oder teilweise zur Deckung kommt, um aus der Amplitude des Differenzsignals, den Abstand zum elektrisch leitenden Objekt aus der bedeckten Spulenstirnfläche abzuleiten.The solution of the invention is to use two pairs of coils, their Secondary signals compensate each other by sampling the Difference signal to detect electrically and magnetically conductive objects. For the Tripping is decisive that an end edge of the sensor coil pair with the electrically conductive objects fully or partially comes to cover from the Amplitude of the difference signal, the distance from the electrically conductive object derive the covered coil face.
Bei der Toleranz des Schaltabstandes geht der zurückgelegte Weg der elektrisch leitenden Objekte während einer Zykluszeit zusätzlich ein. Beträgt die Zykluszeit für die Abtastung der zwei Spulenpaare 1 ms, und beträgt die Näherungsgeschwindigkeit 1 km/h, so kann im ungünstigen Fall ein max. Schaltabstandsfehler von 0,28 mm auftreten. Alterungs-Toleranzen der Bauteile, die den Stromimpuls und die Schaltschwelle des Komparators beeinflussen, müssen ebenfalls berücksichtigt werden.With the tolerance of the switching distance, the distance traveled by the electrically conductive objects is also taken into account during a cycle time. If the cycle time for scanning the two pairs of coils is 1 ms and the approach speed is 1 km / h, a max. Switching distance errors of 0.28 mm occur. Aging tolerances of the components that influence the current pulse and the switching threshold of the comparator must also be taken into account.
Beim Erkennen von n Abstandsbereichen werden die generierten Differenzsignale am Ausgang zur Verfügung gestellt, in diesem Fall ist nur Taktgenerator, ein Impulsgenerator und ein 'One-Shot Multivibrator' notwendig. Die zwei Differenzsignale von zwei Näherungsschaltern können in Reihe geschaltet werden, dabei ist zu beachten, daß ein Differenzsignal positiv und das andere negativ ist. Sind beide Sekundärsignale positiv oder negativ, so muß der Anfang der einen Sekundärspule zum Ende der anderen Sekundärspule führen. Soll der binäre Wert der Amplituden der Differenzsignale übermittelt, so erfolgt eine Analog/Digital-Wandlung der Differenzsignale in einer Blackbox.When n distance ranges are recognized, the generated Differential signals provided at the output, in this case is only Clock generator, a pulse generator and a 'one-shot multivibrator' necessary. The two differential signals from two proximity switches can be connected in series be switched, it should be noted that a differential signal is positive and that other is negative. If both secondary signals are positive or negative, the Lead the beginning of one secondary coil to the end of the other secondary coil. If the binary value of the amplitudes of the difference signals is to be transmitted, this is done an analog / digital conversion of the difference signals in a black box.
Durch einen Microcontroller oder Signalprozessor kann die Funktionalität des Näherungsschalters wesentlich gesteigert werden, bei weniger Bauteilen. Der Leistungs-MOSFET Transistor, der den Stromimpuls schaltet, kann direkt vom Microcontroller gesteuert werden. Um Störungen zu eliminieren kann nach der Erkennung des Schaltabstandes des metallischen Objekts eine Stromimpulsfolge ausgelöst werden. Mit einem A/D-Wandler oder Signalprozessor können die n Abstandsbereiche über serielle Bussysteme wie Profibus oder CAN weitergegeben werden. Die Datenübermittlung kann auch über Funk erfolgen. Die Ausführungen erfolgen in Zwei-, Drei- und Vierleitertechnik in Verbindung mit speicherprogrammierbaren Steuerungen. Mit Hilfe eines nicht flüchtigen Speichers im Näherungsschalter, können z. B. zwei Schaltabstände vor Ort programmiert werden. Der Näherungsschalter wird mechanisch in die Position gebracht, bei der er schalten soll. Danach wird der Pegel einer bestimmten Steuerleitung geändert, der Mikrocontroller ist im Programmier-Modus und speichert den gemessen Wert der Amplitude des Differenzsignal in einem nicht flüchtigen Speicher ab. Danach wird die Steuerleitung geändert, der Näherungsschalter ist im Betriebsmodus, der Mikrocontroller führt bei jeder Abfrage einen Vergleich mit dem hinterlegten binären Differenzsignal-Wert durch, beim Erreichen des Schaltabstandes schaltet der Ausgangs-Leistungs- MOSFET Transistor die externen Last.By means of a microcontroller or signal processor, the functionality of the Proximity switch can be increased significantly with fewer components. The Power MOSFET transistor that switches the current pulse can be directly from the Microcontrollers can be controlled. To eliminate interference after the Detection of the switching distance of the metallic object a current pulse sequence to be triggered. With an A / D converter or signal processor, the n Distance ranges via serial bus systems such as Profibus or CAN be passed on. The data can also be transmitted via radio. The designs are made in two, three and four wire technology in conjunction with programmable logic controllers. With the help of a non-volatile Memory in the proximity switch, z. B. two switching distances on site be programmed. The proximity switch is mechanically in the position brought, at which he should switch. After that, the level of a certain one Control line changed, the microcontroller is in programming mode and does not store the measured value of the amplitude of the difference signal in a volatile memory. Then the control line is changed Proximity switch is in operating mode, the microcontroller performs with everyone Query a comparison with the stored binary difference signal value through, when the switching distance is reached, the output power MOSFET transistor the external load.
Nachfolgend wird die Erfindung anhand der Zeichnungen von Ausführungsbeispielen eines genauen induktiven Näherungsschalter mit einem und mehreren Schaltabständen näher erläutert, wobei die zwei Spulenpaare mit einer Primärspule und zwei Sekundärspulen ausgebildet sind, um durch die Änderung des Differenzsignal durch ein metallisches oder magnetisches Objekt eine Funktion abzuleiten.The invention is described below with reference to the drawings of Embodiments of a precise inductive proximity switch with a and several switching distances explained in more detail, the two coil pairs with a primary coil and two secondary coils are designed to pass through the Change of the difference signal by a metallic or magnetic object derive a function.
In der Weiterbildung nach Schutzanspruch 2, wobei die zwei Spulenpaare mit zwei Primärspulen und zwei Sekundärspulen ausgebildet sind, um durch die Änderung des Differenzsignal durch ein metallisches oder magnetisches Objekt eine Funktion abzuleiten.In the development according to protection claim 2, the two pairs of coils are formed with two primary coils and two secondary coils to pass through the Change of the difference signal by a metallic or magnetic object derive a function.
Es zeigen:Show it:
Fig. 1A zeigt im Schnitt eine schematisierte Darstellung eines Näherungsschalters in einem Metallgehäuse, in diesem ist eine Primärspule und zwei Sekundärspulen integriert dessen Differenzsignal wird durch ein metallisches Objekt gedämpft, das sich radial nähert, wobei die zwei Spulenpaare samt des metallisches Objekts jeweils als offener magnetischer Kreis ausgebildet sind, Fig. 1A shows in section a schematic representation of a proximity switch in a metal housing, in which a primary coil and two secondary coils are integrated whose difference signal is damped by a metallic object that approaches radially, the two coil pairs together with the metallic object each as an open magnetic Circle are formed
Fig. 1B zeigt im Schnitt eine schematisierte Darstellung eines Näherungsschalters in einem Metallgehäuse, in diesem ist eine Primärspule und zwei Sekundärspulen integriert dessen Differenzsignal wird durch einen Ein/Aus- Schalter gedämpft, wobei die zwei Spulenpaare samt des metallischen Schalter jeweils als offener magnetischer Kreis ausgebildet sind, FIG. 1B shows a sectional schematic illustration of a proximity switch in a metal housing, this is a primary coil and two secondary coils integrates the difference signal is attenuated by an on / off switch, wherein the two pairs of coils together with the metallic switch in each case designed as an open magnetic circuit are,
Fig. 1C zeigt im Schnitt eine schematisierte Darstellung eines Näherungsschalters in einem Metallgehäuse, in diesem sind zwei Primärspulen und zwei Sekundärspulen integriert dessen Differenzsignal wird durch ein metallisches Objekt gedämpft, das stets größer ist als ein Spulenpaar, wobei die zwei Spulenpaare samt des metallisches Objekts jeweils als offener magnetischer Kreis ausgebildet sind, Fig. 1C illustrates a sectional schematic illustration of a proximity switch in a metal housing, in this two primary coils and two secondary coils are integrated whose difference signal is attenuated by a metallic object, which is always greater than a pair of coils, the two pairs of coils together with the metallic object, respectively are designed as an open magnetic circuit,
Fig. 1D zeigt im Schnitt eine schematisierte Darstellung eines relativ kleinen Näherungsschalters in einem Kunststoffgehäuse, in diesem sind zwei Primärspulen und zwei Sekundärspulen integriert, dessen Differenzsignal wird durch einen Ferritstift erhöht, dieser taucht in das Sensorspulenpaar ein, dadurch erhöht sich der mögliche Schaltabstand. Die Erhöhung des Schaltabstandes kann auch durch einen Schalenkern bewirkt werden, wobei die zwei Spulenpaare samt des magnetischen Objekts jeweils als halboffener magnetischer Kreis ausgebildet sind, Fig. 1D illustrates a sectional schematic illustration of a relatively small proximity switch in a plastic housing, in which two primary coils and two secondary coils are integrated, the difference signal is increased by a Ferritstift, this is immersed in the sensor coil pair, thereby the possible switching distance increases. The increase in the switching distance can also be brought about by a shell core, the two coil pairs together with the magnetic object each being designed as a semi-open magnetic circuit,
Fig. 1E zeigt die Darstellung einer Induktivität einer Primärspule, und einen Stromimpuls, der durch die Primärspule fließt, Fig. 1E shows the representation of an inductance of a primary coil, and a current pulse flowing through the primary coil,
Fig. 1F zeigt die Darstellung einer Induktivität zweier Primärspulen, wobei die Primärspulen so in Reihe geschaltet sind, daß sich beide magnetischen Felder kompensieren, und einen Stromimpuls, der durch zwei Primärspulen fließt, Fig. 1F shows a representation of an inductance of two primary coils, the primary coils are connected in series so that both magnetic fields are compensated, and a current pulse flowing through two primary coils,
Fig. 1G zeigt die Darstellung der Induktivitäten zweier Primärspulen, wobei die Primärspulen so in Reihe geschaltet sind, daß sich hier beide magnetischen Felder nicht kompensieren, und einen Stromimpuls, der durch die zwei Primärspulen fließt, Fig. 1G shows the representation of the inductances of two primary coils, the primary coils are connected in series so that the two magnetic fields did not compensate for this, and a current pulse flowing through the two primary coils,
Fig. 1H zeigt die Darstellung der Induktivitäten zweier Primärspulen, wobei die Primärspulen parallel geschaltet sind, und zeigt einen Stromimpuls, der durch die zwei Primärspulen fließt, Fig. 1H shows the representation of the inductances of two primary coils, the primary coils are connected in parallel, and displays a current pulse flowing through the two primary coils,
Fig. 1I zeigt die Darstellung einer runden Windung einer Primärspule, Fig. 1I shows the representation of a circular turn of a primary coil,
Fig. 1J zeigt die Darstellung einer quadratischen Windung einer Primärspule, Fig. 1J shows the representation of a square coil of a primary coil,
Fig. 1K zeigt die Darstellung eines metallisches oder magnetisch leitenden Objektes, Fig. 1K shows the representation of a metallic or magnetically conductive object,
Fig. 1L zeigt im Schnitt eine schematisierte Darstellung eines Näherungsschalters in einem Metallgehäuse, in diesem sind zwei Primärspulen und zwei Sekundärspulen integriert, wobei in Grundstellung ein Abgleich des Differenzsignals des Näherungsschalters durch justieren einer Wicklung erfolgt, um die Fertigungstoleranzen der zwei Spulenpaare auszugleichen, Fig. 1L shows in section a schematic representation of a proximity switch in a metal housing, in this two primary coils and two secondary coils are integrated, taking place in the basic position an adjustment of the difference signal of the proximity switch by adjusting a winding to the manufacturing tolerances of the two pairs of coils to compensate,
Fig. 1M zeigt im Schnitt eine schematisierte Darstellung eines Näherungsschalters in einem Metallgehäuse, in diesem sind zwei Spulenpaare integriert, dessen Differenzsignal wird durch ein metallisches Objekt gedämpft, dieses hat die gleiche Ausbildung wie die Spulenpaare, wobei die zwei Spulenpaare samt des metallisches Objekts jeweils als offener magnetischer Kreis ausgebildet sind, Fig. 1M shows in section a schematic representation of a proximity switch in a metal housing, in this two pairs of coils are integrated, the difference signal is attenuated by a metallic object, this has the same configuration as the pairs of coils, the two pairs of coils together with the metallic object respectively as open magnetic circuit are formed,
Fig. 2A zeigt im Schnitt eine schematisierte Darstellung eines Näherungsschalters in einem Flurförderzeug in einem Metallgehäuse, in diesem sind zwei Spulenpaare integriert dessen Differenzsignal wird durch eine metallische Leitspur gedämpft, wobei die zwei Spulenpaare samt der metallischen Leitspur jeweils als offener magnetischer Kreis ausgebildet sind, Fig. 2A shows in section a schematic representation of a proximity switch in a truck in a metal housing, in this, two pairs of coils integrates the difference signal is attenuated by a metal guide track, said two pairs of coils together with the metallic guide track are in each case designed as an open magnetic circuit,
Fig. 2B zeigt im Schnitt eine schematisierte Darstellung von zwei Näherungsschaltern in einem Flurförderzeug mit n Anstandsbereichen mit jeweils einem Metallgehäuse, in diesen sind jeweils zwei Spulenpaare integriert, die Sekundärspulen sind hervorgehoben, und dessen zwei Differenzsignale werden in Reihe geschaltet und durch eine metallische Leitspur gedämpft, wobei ein Differenzsignal positiv und das andere negativ ist, und die jeweiligen zwei Spulenpaare samt der metallischen Leitspur jeweils als offener magnetischer Kreis ausgebildet sind. Fig. 2B shows a section of a schematic representation of two proximity switches in an industrial truck with n propriety areas each having a metal housing, in these two pairs of coils are respectively integrated, the secondary coils are highlighted, and the two differential signals are connected in series and damped by a metallic guide track , wherein one difference signal is positive and the other is negative, and the respective two coil pairs together with the metallic guide track are each designed as an open magnetic circuit.
Fig. 2C zeigt im Schnitt eine schematisierte Darstellung eines Näherungsschalters mit n Anstandsbereichen, in diesem sind zwei axial angeordnete Spulenpaare integriert dessen Differenzsignal wird durch eine metallisches Objekt gedämpft, wobei die zwei Spulenpaare samt des metallischen Objekts als offener magnetischer Kreis ausgebildet sind, Fig. 2C shows in section a schematic representation of a proximity switch with n propriety areas that are two axially arranged coil pairs integrates the difference signal is attenuated by a metallic object, wherein the two pairs of coils together with the metallic object are designed as an open magnetic circuit,
Fig. 2D zeigt im Schnitt eine schematisierte Darstellung eines Näherungsschalters, in diesem sind zwei Spulenpaare integriert, dessen magnetisches Feld wird durch ein magnetisches Objekt erhöht, wobei die zwei Spulenpaare samt des magnetischen Objekts als halboffener magnetischer Kreis ausgebildet sind, Fig. 2D shows in section a schematic representation of a proximity switch, in this two pairs of coils are integrated, the magnetic field is increased by a magnetic object, wherein the two pairs of coils together with the magnetic object are formed as semi-open magnetic circuit,
Fig. 2E zeigt eine Darstellung einer metallischen Leitspur, diese ist auf einer Fahrbahn verlegt, Fig. 2E shows a diagram of a metal guide track, this is laid on a roadway,
Fig. 2F zeigt im Schnitt eine Darstellung eines Näherungsschalters, mit zwei Spulenkörpern und zwei Spulenpaaren, wobei das Sensorspulenpaar auf ein metallisches Objekt gerichtet ist, das sich axial nähert, eine Steuerungsplatte mit einem einstellbaren Widerstand zur Einstellung des Schaltabstandes, eine Anzeige des Schaltabstandes mittels einer Leuchtdiode und einen Abgleich des Differenzsignals, wobei der Näherungsschalter durch ein Metallgehäuse geschützt ist, Fig. 2F illustrates a sectional view of a proximity switch, having two coil bodies and two pairs of coils, wherein the sensor coil pair is addressed to a metallic object approaching axially, a control plate with an adjustable resistor for adjusting the switching distance, a display of the sensing distance by means of a LED and a comparison of the difference signal, the proximity switch being protected by a metal housing,
Fig. 3A zeigt eine Prinzipschaltung eines Näherungsschalters, ein Taktgenerator und Stromimpulsschalter generieren einen Stromimpuls, der durch eine Primärspule der zwei Spulenpaare fließt, das Differenzsignal der zwei Sekundärspulen wird durch eine Steuerlogik ausgewertet, wobei durch ein metallisches Objekt einen Schaltabstand ausgelöst wird um eine Last zu schalten, Fig. 3A shows a basic circuit diagram of a proximity switch, a clock generator and current pulse switch generate a pulse of current flowing through a primary coil of the two coil pairs, the difference signal of the two secondary coils is evaluated by a control logic, being triggered by a metallic object a switching distance around a load to switch,
Fig. 3B zeigt ein Impulsdiagramm mit einer Darstellung einer Taktleitung, eines Stromimpulses, eines Differenzsignals und eines Schaltvorganges, Fig. 3B shows a timing diagram with a representation of a clock line, a current pulse, a difference signal and a switching process,
Fig. 3C zeigt das Symbol des n-schaltenden Näherungsschalters in Dreileitertechnik, Fig. 3C shows the symbol of the n-switching proximity switch in three-wire technology,
Fig. 3D zeigt eine Prinzipschaltung eines Näherungsschalters, eines Taktgenerators, einem 'One-Shot-Multivibrators' und einem Schalter, ein Stromimpuls wird generiert, der durch eine Primärspule der zwei Spulenpaare fließt, das Differenzsignal der zwei Sekundärspulen wird am Ausgang zur Verfügung gestellt, wobei durch ein metallisches Objekt n Abstandsbereiche ausgelöst werden können, diese werden in einer Blackbox ausgewertet, Fig. 3D shows a basic circuit diagram of a proximity switch, a clock generator, a 'one-shot multivibrator' and a switch, a current pulse is generated which flows through a primary coil of the two coil pairs, the difference signal of the two secondary coils is provided at the output, n distance areas can be triggered by a metallic object, these are evaluated in a black box,
Fig. 3E zeigt ein Impulsdiagramm mit einer Darstellung einer Taktleitung, eines Stromimpulses eines Differenzsignals und einer Strobeleitung, Vorrichtung für einen genauen induktiven Näherungsschalter gemäß dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 1A, zeigt im Schnitt eine schematisierte Darstellung eines Näherungsschalters (1) mit einem Metallgehäuse (10), wobei die zwei Spulenpaare (2, 3) samt des metallisches Objekts (9/1) jeweils als offener magnetischer Kreis ausgebildet sind. Beide Spulenpaare (2, 3) sind axial übereinander angeordnet und sind so weit voneinander entfernt, daß keine oder nur eine geringe gegenseitige Beeinflussung möglich ist. Das metallische Objekt (9/1) ist soweit von dem Spulenpaar (2) entfernt, daß keine Dämpfung des Differenzsignals (22) möglich ist. Das Spulenpaar (2) wird durch die Spulen (311, 2/2) gebildet, das Sensorspulenpaar (3) wird durch die Spulen (3/1, 3/2) gebildet. Die Primärspule (3/1) ist mittig und axial zu den zwei Sekundärspulen (2/2, 3/2) angeordnet. Bei einer magnetischen Erregung fließt ein Stromimpuls (21) vom Spulenanschluß (4/1) über die Primärspule (3/1) zum Spulenanschluß (4/2). Dadurch wird von den Primärspule (3/1) in die Sekundärspulen (2/2, 3/2) zwei Sekundärsignale induktiv gekoppelt. An den Spulenanschlüssen (5/1, 5/3) steht das positive Sekundärsignal der Sekundärspule (2/2) an, dagegen steht an den Spulenanschlüssen (5/2, 5/3) das negative Sekundärsignal der Sekundärwicklung (3/2) an. Die Sekundärspulen (2/2, 3/2) sind so in Reihe geschaltet, daß sich die Sekundärsignale gegenseitig kompensieren, wenn kein metallisches Objekt (9/1) das Sensorspulenpaar (3) dämpfen kann. In der Grundstellung hat das Differenzsignal (22) an den Spulenanschlüssen (5/1, 5/2) den Spannungswert von 0 V. Wird nun durch ein metallischen Objekt (9/1) durch eine radiale Annäherung die Stirnfläche des Sensorspulenpaars (3) bedeckt, erzeugen die Spulenpaare (2, 3) an den Spulenanschlüssen (5/1, 5/2) ein Differenzsignal (22), es kann positiv oder negativ sein. Die Polarität des Differenzsignals (22) ist davon abhängig, ob das Sensorspulenpaar (3) oder das Spulenpaar (2) durch ein metallisches Objekt bedeckt wird, im Ausführungsbeispiel wird hier ein positives Differenzsignal generiert. Vorrichtung für einen genauen induktiven Näherungsschalter gemäß dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 1B, zeigt im Schnitt eine schematisierte Darstellung eines Näherungsschalters (1/1) mit einem Metallgehäuse (10), wobei die zwei Spulenpaare (2, 3) samt des metallisches Objekts (9/2) jeweils als offener magnetischer Kreis ausgebildet sind. Wird nun durch ein metallischen Objekt (9/2), das hier durch einen Ein/Aus-Schalter gebildet wird, die Stirnfläche des Sensorspulenpaars (3) bedeckt, generieren die Spulenpaare (2, 3) an den Spulenanschlüssen (5/1, 5/2) ein positives Differenzsignal (22). Fig. 3E shows a timing diagram with a representation of a clock line, a current pulse of a differential signal and a strobe line, device for an accurate inductive proximity switch according to the embodiment of FIG. 1A illustrates a sectional schematic illustration of a proximity switch (1) with a metal housing (10 ), wherein the two pairs of coils (2, are each formed 3) together with the metallic object (9/1), as an open magnetic circuit. Both pairs of coils ( 2 , 3 ) are arranged axially one above the other and are so far apart from one another that little or no mutual interference is possible. The metallic object (9/1), is removed as much of the pair of coils (2) that there is no attenuation of the difference signal (22) is possible. The coil pair (2) is formed by the coils (311, 2/2), the sensor coil pair (3) is formed by the coils (3/1, 3/2). The primary coil (3/1), is centrally and axially to the two secondary coils (2/2 3/2). In a magnetic excitation current pulse (21) flows from the coil terminal (4/1), via the primary coil (3/1), to the coil terminal (4/2). Characterized is inductively coupled from the primary coil (3/1) into the secondary coil (2/2, 3/2), two secondary signals. At the coil terminals (5/1 5/3), the positive secondary signal of the secondary coil (2/2) stands on the other hand, is at the coil terminals (5/2, 5/3) to the negative secondary signal of the secondary winding (3/2) . The secondary coils (2/2, 3/2) are connected in series so that the secondary signals cancel each other when no metallic object (9/1), can damp the sensor coil pair (3). In the basic position, the difference signal (22) is now (9/1), covered at the coil terminals (5/1 5/2) the voltage value of 0 V. If by a metallic object through a radial approach the face of the sensor coil pair (3) producing pairs of coils (2, 3) at the coil connections (5/1 5/2) a difference signal (22), it may be positive or negative. The polarity of the difference signal ( 22 ) depends on whether the sensor coil pair ( 3 ) or the coil pair ( 2 ) is covered by a metallic object; in the exemplary embodiment, a positive difference signal is generated here. Device for an accurate inductive proximity switch according to the embodiment of FIG. 1B shows a sectional schematic illustration of a proximity switch (1/1) with a metal housing (10), wherein the two pairs of coils (2, 3) together with the metallic object (9 / 2 ) are each designed as an open magnetic circuit. If now by a metallic object (9/2), which is formed here by an on / off switch, covering the end face of the sensor coil pair (3), which generate pairs of coils (2, 3) at the coil connections (5/1, 5 / 2 ) a positive difference signal ( 22 ).
Vorrichtung für einen genauen induktiven Näherungsschalter gemäß dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 1C, zeigt im Schnitt eine schematisierte Darstellung eines Näherungsschalters (1/2) mit einem Metallgehäuse (10), wobei die zwei Spulenpaare (2, 3) samt des metallisches Objekts (9/3) jeweils als offener magnetischer Kreis ausgebildet sind. In diesem Ausführungsbeispiel führt der Spulenanschluß (5/1) zum Anfang der Sekundärspule (2/2), deren Ende ist mit dem Anfang der Sekundärspule (3/2) ist über den Spulenanschluß (5/3) verbunden und deren Ende führt zum Spulenanschluß (5/2). Bei einer magnetischen Erregung fließt ein Stromimpuls (21) vom Anfang des Spulenanschluß (4/1) über die Primärspule (2/1) deren Ende zum Ende der Primärspule (3/1) führt und deren Anfang am Spulenanschluß (4/2). Dadurch werden von den Primärspulen (2/1, 3/1) in die Sekundärspulen (2/2, 3/2) zwei Sekundärsignale induktiv gekoppelt. An den Spulenanschlüssen (5/1, 5/3) steht das positive Sekundärsignal der Sekundärspule (2/2) an, dagegen steht an den Spulenanschlüssen (5/2, 5/3) das negative Sekundärsignal der Sekundärwicklung (3/2) an. Die Spulenpaare (2, 3) sind so in Reihe geschaltet, daß sich die Sekundärsignale gegenseitig kompensieren wenn kein metallisches Objekt (913) das Sensorspulenpaar (3) dämpfen kann. In der Grundstellung hat das Differenzsignal (22), das an den Spulenanschlüssen (5/1, 5/2) abgegriffen wird, den Spannungswert von 0 V. Wird nun durch ein metallischen Objekt (9/3) die Stirnfläche des Sensorspulenpaars (3) in axialer Richtung bedeckt, generieren die Spulenpaare (2, 3) an den Spulenanschlüssen (5/1, 5/2) ein positives Differenzsignal (22). Zur Stabilisierung wird mittels einer Abdeckung (10/1) das Differenzsignal (22) reduziert. Das metallische Objekt (9/3) ist größer als ein Spulenpaar und kann z. B. eine Leiterplatte sein, deren Kupferschichtdicke festgestellt werden soll. Bei einer Unterscheidung der Dicke von 18 µ, 35 µ und 70 µ werden für die Auswertung des Differenzsignals (22) drei Schalterabstände benötigt, die durch die Erweiterung der Prinzipschaltung nach Figur (3A) gebildet werden mittels zweier zusätzlichen Operationsverstärker, zweier Flip-Flops, zweier Abgleichwiderstände und zweier Leuchtdioden, wobei der höchste Wert der 'Dicken Anzeige' gültig ist. Mit dieser Anordnung kann auch ein Riß in einer Schweißnaht oder eine Metallart ermittelt werden, wenn die Dicke des Metalles konstant ist. Ist das Metallart immer gleich, kann z. B. auch die Dicke einer metallischen Folie gemessen werden.Device for an accurate inductive proximity switch according to the embodiment of FIG. 1C illustrates a sectional schematic illustration of a proximity switch (1/2) with a metal housing (10), wherein the two pairs of coils (2, 3) together with the metallic object (9 / 3 ) are each designed as an open magnetic circuit. In this embodiment, the coil terminal (5/1) leads to the start of the secondary coil (2/2), the end of which is connected to the start of the secondary coil (3/2) is connected to the coil terminal (5/3) and whose end leads to the coil terminal (5/2). In a magnetic excitation current pulse (21) from the beginning of the coil terminal (4/1), flows (2/1), the end of which leads through the primary coil to the end of the primary coil (3/1), and its top on the coil terminal (4/2). Thereby be inductively coupled (2/2, 3/2), two secondary signals in the secondary coils by the primary coils (2/1, 3/1). At the coil terminals (5/1 5/3), the positive secondary signal of the secondary coil (2/2) stands on the other hand, is at the coil terminals (5/2, 5/3) to the negative secondary signal of the secondary winding (3/2) . The coil pairs ( 2 , 3 ) are connected in series so that the secondary signals compensate each other when no metallic object ( 913 ) can dampen the sensor coil pair ( 3 ). In the basic position has the difference signal (22), which is tapped at the coil terminals (5/1 5/2), the voltage value of 0 V. If now by a metallic object (9/3), the end face of the sensor coil pair (3) covered in the axial direction, generate the pairs of coils (2, 3) at the coil connections (5/1 5/2) a positive difference signal (22). In order to stabilize the differential signal (22) is reduced by means of a cover (10/1). The metallic object (9/3) is greater than a coil pair and can, for. B. be a circuit board whose copper layer thickness is to be determined. With a distinction of the thickness of 18 μ, 35 μ and 70 μ, three switch distances are required for the evaluation of the difference signal ( 22 ), which are formed by the expansion of the basic circuit according to FIG. ( 3 A) by means of two additional operational amplifiers, two flip-flops , two trimming resistors and two light emitting diodes, whereby the highest value of the 'thick display' is valid. With this arrangement, a crack in a weld seam or a type of metal can also be determined if the thickness of the metal is constant. If the type of metal is always the same, z. B. also the thickness of a metallic foil can be measured.
Vorrichtung für einen genauen induktiven Näherungsschalter gemäß dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 1D, zeigt im Schnitt eine schematisierte Darstellung eines relativ kleinen Näherungsschalters (1/3), mit einem Kunststoffgehäuse (10), wobei die zwei Spulenpaare (2, 3) samt des metallisches Objekts (9/4) jeweils als halboffener magnetischer Kreis ausgebildet sind. Das magnetische Objekts (9/4) dient zur Erhöhung des Schaltabstandes und ist ein Ferritstift, dieser taucht in axialer Richtung in das Sensorspulenpaar ein. Beim Spulenpaar (2) des Näherungsschalter (1/3) ist die Sekundärspule (2/2) die Innenlage und die Primärspule (2/1) die Außenlage, beim Sensorspulenpaar (3) ist die Sekundärspule (3/2) die Innenlage und die Primärspule (3/1) die Außenlage, wobei die Funktion beider Spulenpaare (2, 3) voll erhalten bleiben. Je nach Auswertung des Differenzsignals (22) kann nach der Prinzipschaltung nach Fig. 3A ein Schaltabstand oder mehrere Schaltabstände festgestellt werden, weil das Differenzsignal (22) bei einer Annäherung des Ferritstifts (9/4) stetig ansteigt. Die Erhöhung des Schaltabstandes kann auch durch einen oder zwei Schalenkerne (8/2) aus hochpermeablem Ferritmaterial bewirkt werden, der Luftabstand zum metallischen Objekt wird durch den Schalenkern verringert. Die Induktivität steigt, der Schalenkern formt das magnetische Feld der die Spule. Nach der Prinzipschaltung nach Fig. 3D können n Abstandsbereiche festgestellt werden, weil das Differenzsignal (22) am Ausgang zur Verfügung gestellt wird, um es nach einer Spezifikation des Anwenders in einer Blackbox auszuwerten. Ein Kunststoffgehäuse kommt hier zum Einsatz, weil keine metallischen Fremdkörper eine Änderung des Differenzsignals bewirken können.Device for an accurate inductive proximity switch according to the embodiment of FIG. 1D illustrates a sectional schematic illustration of a relatively small proximity switch (1/3), with a plastic housing (10), wherein the two pairs of coils (2, 3) together with the metallic object (9/4) are each formed as a half-open magnetic circuit. The magnetic object (9/4) is used to increase the operating distance and is a Ferritstift, this is immersed in the sensor coil pair in the axial direction. When the pair of coils (2) of the proximity switch (1/3), the secondary coil (2/2) the inner layer and the primary coil (2/1), the outer layer, the sensor coil pair (3) is the secondary coil (3/2) the inner layer and the primary spool (3/1), the outer layer, wherein the function of both pairs of coils (2, 3) are fully retained. Depending on the evaluation of the difference signal (22) 3A is an operating distance or more operating distances can according to the principle circuit shown in FIG. Be determined because the difference signal (22) increases continuously during an approach of the Ferritstifts (9/4). The increase of the switching distance can also be effected by one or two pot-type cores (8/2) of high permeability ferrite material, the air distance to metallic object is reduced by the shell core. The inductance increases, the shell core forms the magnetic field of the coil. According to the principle circuit shown in FIG. 3D n pitch regions can be identified because the difference signal (22) is provided at the output in order to evaluate it according to a specification of the user in a black box. A plastic housing is used here because no metallic foreign objects can change the differential signal.
Vorrichtung für einen genauen induktiven Näherungsschalter gemäß dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 1E zeigt eine Primärspule (3/1), deren Anfang zum Spulenanschluß (4/1) führt, das Ende dieser Wicklung führt zum Spulenanschluß (4/2), die Funktion bleibt erhalten, wenn der Anfang der Primärspule (3/1) mit dem Ende vertauscht wird.Device for an accurate inductive proximity switch according to the embodiment of FIG. 1E shows a primary coil (3/1), whose initial leads to the coil terminal (4/1), the end of this winding leads to the coil terminal (4/2), which function is retained when the beginning of the primary coil (3/1), reversed at the end.
Vorrichtung für einen genauen induktiven Näherungsschalter gemäß dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 1F zeigt zwei Primärspulen (2/1, 3/1). Die zwei Felder dieser Primärspulen (2/1, 3/1) heben sich auf wenn ein Stromimpuls (21) fließt, weil der Spulenanschluß (4/1) zum Anfang des Spulendrahtes der Primärspule (2/1) führt, das Ende dieser Wicklung führt zum Ende des Spulendrahtes der Primärspule (3/1), der Anfang dieser Wicklung führt Spulenanschluß (4/2). Bei dieser Anordnung wirkt sich das magnetische Feld auf andere Komponenten nicht aus. Device for an accurate inductive proximity switch according to the embodiment of Fig. 1F shows two primary coils (2/1, 3/1). The two fields of these primary coils (2/1, 3/1) cancel each other out when a current pulse (21) flows, because the coil terminal (4/1), to the beginning of the coil wire of the primary coil (2/1), leads the end of this winding leads to the end of the coil wire of the primary coil (3/1), the beginning of this winding coil terminal leads (4/2). With this arrangement, the magnetic field does not affect other components.
Vorrichtung für einen genauen induktiven Näherungsschalter gemäß dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 1G zeigt zwei Primärspulen (2/1, 3/1). Die zwei Felder dieser Primärspulen (2/1, 3/1) heben sich nicht auf wenn ein Stromimpuls (21) fließt, weil der Spulenanschluß (4/1) zum Anfang des Spulendrahtes der Primärspule (2/1) führt, das Ende dieser Wicklung führt zum Anfang des Spulendrahtes der Primärspule (3/1), das Ende dieser Wicklung führt Spulenanschluß (4/2), die Funktion bleibt erhalten.Device for an accurate inductive proximity switch according to the embodiment of FIG. 1G shows two primary coils (2/1, 3/1). The two fields of these primary coils (2/1, 3/1), do not cancel when a current pulse (21) flows, because the coil terminal (4/1), leads to the beginning of the coil wire of the primary coil (2/1), the end of this winding leads to the beginning of the coil wire of the primary coil (3/1), the end of this winding coil terminal leads (4/2), which function is retained.
Vorrichtung für einen genauen induktiven Näherungsschalter gemäß dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 1H zeigt zwei Primärspulen (2/1, 3/1), die parallel geschaltet sind, und deren Enden zu den Spulenanschlüssen (4/1, 4/2) führen. Der Stromimpuls (21) teilt sich auf, es ist nicht sichergestellt, daß beide Teilströme die gleiche Amplitude haben, die Funktion der Spulenpaare (2, 3) bleibt erhalten, weil beide Spulenpaare so geschaltet werden, daß sich beide Sekundärsignale kompensieren. Wenn jeweils der Anfang und das Ende jedes Spulenpaare (2, 3) parallel geschaltet werden heben sich die magnetischen Felder gegenseitig auf.Device for an accurate inductive proximity switch according to the embodiment of Fig. 1H depicts two primary coils (2/1, 3/1) which are connected in parallel, and lead the ends of the coil terminals (4/1, 4/2). The current pulse ( 21 ) divides, it is not ensured that both partial currents have the same amplitude, the function of the coil pairs ( 2 , 3 ) is retained because both coil pairs are switched so that both secondary signals compensate. If the start and end of each coil pair ( 2 , 3 ) are connected in parallel, the magnetic fields cancel each other out.
Vorrichtung für einen genauen induktiven Näherungsschalter gemäß dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 1I zeigt eine runde Windung einer Primärspule (2/1) mit dem Durchmesser D, durch die ein Stromimpuls (21) fließt. In der Regel ist die Ausbildung einer Windung des Spulenpaares (2, 3) gleich, die Funktion bleibt auch bei unterschiedlichen Ausbildungen erhalten.Device for an accurate inductive proximity switch according to the embodiment of FIG. 1I shows a circular turn of a primary coil (2/1), with the diameter D through which a current pulse (21) flows. As a rule, the formation of one turn of the pair of coils ( 2 , 3 ) is the same, the function is retained even with different designs.
Vorrichtung für einen genauen induktiven Näherungsschalter gemäß dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 1J zeigt eine Windung einer Primärspule (2/1) mit der Seitenlänge D, durch die Windung fließt ein Stromimpuls (21), deren Feldstärke ist höher, weil die Drahtlänge dieser Windung größer ist. Bei der Vorrichtung für einen genauen induktiven Näherungsschalter kann die Ausbildung einer Windung des Spulenpaares (2, 3) beliebig sein. Device for an accurate inductive proximity switch according to the embodiment of FIG. 1J shows one turn of a primary coil (2/1), with side length D, through the winding, a current pulse (21), whose field strength is higher because the wire length of the coil is greater . In the device for a precise inductive proximity switch, the formation of a turn of the coil pair ( 2 , 3 ) can be as desired.
Vorrichtung für einen genauen induktiven Näherungsschalter gemäß dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 1K zeigt ein metallisches oder magnetisches Objekt (9/5), die Ausbildung kann beliebig sein, bei einer variablen Dicke.Device for an accurate inductive proximity switch according to the embodiment of FIG. 1C shows a metallic or magnetic object (9/5), the formation may be any, at a variable thickness.
Vorrichtung für einen genauen induktiven Näherungsschalter gemäß dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 1L zeigt einen Näherungsschalter (1/4) mit zwei Spulenpaare (2, 3), diese bestehen aus vier Wicklungen (2/1, 2/2, 3/1, 3/2). Der Abgleich des Differenz-Signals (22) auf den Spannungswert 0 V erfolgt in Grundstellung durch die justieren der Spule (2/2) in axialer Richtung. Die Funktion bleibt erhalten, wenn die Spule (2/1) justiert wird. Im Ausführungsbeispiel hat der Spulenkörper der Wicklung (2/1) einen Zapfen, auf dem der Spulenkörper der Wicklung (2/2) in axialer Richtung geführt wird, nach dem Abgleich des Differenzsignals auf den Spannungswert von 0 Volt erfolgt eine dauerhafte Fixierung der Spule (2/2).Device for an accurate inductive proximity switch according to the embodiment of FIG. 1L shows a proximity switch (1/4) with two pairs of coils (2, 3), these consist of four windings (2/1, 2/2, 3/1, 3 / 2 ). The adjustment of the differential signal (22) to the voltage value 0 V is carried out in the basic position by the adjusting of the coil (2/2) in the axial direction. The function is preserved when the coil (2/1), is adjusted. In the embodiment of the bobbin winding has (2/1), a pin on which the bobbin of the winding is guided in the axial direction (2/2), after the adjustment of the difference signal to the voltage value of 0 volt permanent fixation is carried out of the coil ( 2/2).
Vorrichtung für einen genauen induktiven Näherungsschalter gemäß dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 1M, zeigt im Schnitt eine schematisierte Darstellung eines Näherungsschalters (1/5) mit einem Metallgehäuse (10), wobei die zwei Spulenpaare (2, 3) samt des metallisches Objekts (9/6) jeweils als offener magnetischer Kreis ausgebildet sind. Die Spulenpaare (2, 3) sind hier nebeneinander angeordnet, daß Sensorspulenpaar (3) ist auf das metallische Objekt (9/6) gerichtet. Beim Spulenpaar (2) ist die Primärspule (211) die Innenlage und die Sekundärspule (2/2) die Außenlage. Beim Sensorspulenpaar (3), ist die Primärspule (3/l) die Innenlage und die Sekundärspule (3/2) die Außenlage, wobei die Funktion beider Spulenpaare (2, 3) voll erhalten bleiben. Zur Stabilisierung wird mittels einer Abdeckung (10/2) das Differenzsignal reduziert, das metallische Objekt (9/6) hat hier die gleiche Ausbildung wie die Spulenpaare (2, 3). Die Spulenpaare (2, 3) haben die Form eines Dreiecks samt dem metallischen Objekt (9/6). Durch die Spulenpaare (2, 3) wird die genaue Position und der Drehwinkel eines Dreiecks (916) erkannt. Bei einer vorgegebenen Materialdicke des Objekts (9/6) erreicht das Differenzsignal (22) den max. möglichen Wert, wenn das Dreieck (9/6) mit Spulenpaar (2, 3) vollständig deckungsgleich ist.Device for an accurate inductive proximity switch according to the embodiment of FIG. 1M, shows in section a schematic representation of a proximity switch (1/5) with a metal housing (10), wherein the two pairs of coils (2, 3) together with the metallic object (9 / 6 ) are each designed as an open magnetic circuit. The pairs of coils (2, 3) are arranged side by side here that the sensor coil pair (3) is directed to the metallic object (9/6). When the pair of coils (2) the primary coil (211) is the inner layer and the secondary coil (2/2), the outer layer. In the sensor coil pair (3), the primary coil (3 / l), the inner layer and the secondary coil (3/2), the backsheet, wherein the function of both pairs of coils (2, 3) are fully retained. In order to stabilize the differential signal is reduced by means of a cover (10/2), the metallic object (9/6) here has the same configuration as the pairs of coils (2, 3). The pairs of coils (2, 3) have the shape of a triangle together with the metallic object (9/6). The exact position and angle of rotation of a triangle ( 916 ) is recognized by the coil pairs ( 2 , 3 ). For a given material thickness of the object (9/6) the difference signal (22) reaches the max. possible value, if the triangle (9/6) with the pair of coils (2, 3) is completely congruent.
Vorrichtung für einen genauen induktiven Näherungsschalter gemäß dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 2A, zeigt im Schnitt eine schematisierte Darstellung eines Näherungsschalters (1/6) in einem Flurförderzeug mit einem Metallgehäuse (10), wobei die zwei Spulenpaare (2, 3) samt des metallisches Objekts (9/7) jeweils als offener magnetischer Kreis ausgebildet sind. Das metallische Objekt ist eine Leitspur (9/7), diese ist unter einem Bodenbelag verlegt und hat die Aufgabe eine Flurförderzeug in der Spur zu führen. Die Bodenfreiheit B des Näherungsschalter zur Leitspur ändert sich nur geringfügig. Der Näherungsschalter (1/6) tastet die Leitspur (9/7) durch die zwei Spulenpaare (2, 3) ab. Ist das Differenzsignal (22) nahezu 0 V, weil die zwei Spulenpaare (2, 3) durch die Leitspur (9/7) nicht mehr zur Deckung kommen, werden beide Antriebsmotore ausgeschaltet, um das Flurförderzeug zu stoppen.Device for an accurate inductive proximity switch according to the embodiment of FIG. 2A shows in section a schematic representation of a proximity switch (1/6) in an industrial truck with a metal housing (10), wherein the two pairs of coils (2, 3) together with the metallic object (9/7) are each designed as an open magnetic circuit. The metallic object is a guide track (9/7), this is laid under a floor covering and has the task to perform a truck in the track. The ground clearance B of the proximity switch to the guide track changes only slightly. The proximity switch (1/6) scans the guide track (9/7) down through the two pairs of coils (2, 3). Is the difference signal (22) is nearly 0 V because the two pairs of coils (2, 3) does not come more to cover by the guide track (9/7), both drive motors are switched off to stop the truck.
Vorrichtung für einen genauen induktiven Näherungsschalter gemäß dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 2B, zeigt im Schnitt eine schematisierte Darstellung zweier Näherungsschalters (1/7, 1/8) mit einem Metallgehäuse (10), die Sekundärspulen (2/2, 3/2) des Näherungsschalters (1/7) und die Sekundärspulen (2/2, 3/2) des Näherungsschalters (1/8), wobei die jeweiligen Spulenpaare (2, 3) samt des metallisches Objekts (9/8) jeweils als offener magnetischer Kreis ausgebildet sind. Die zwei Näherungsschalter (1/7, 1/8) sind so in einem Flurförderzeug so angeordnet, daß sie in der Fahrtrichtung betrachtet nebeneinander liegen, so kann durch das Differenzsignal (22/1, 22/2), das durch die Differenzsignale (22) beider Näherungsschalter (1/7, 1/8) gebildet wird, die Position zur Mitte der Leitspur (9/8) des Flurförderzeuges ermittelt werden. Das metallische Objekt ist eine Leitspur (9/8), diese ist auf der Fahrbahn verlegt und hat die Aufgabe eine Flurförderzeug in der Spur zu führen. Weil die Sekundärspule (3/2) des Näherungsschalters (1/7) auf die Leitspur gerichtet ist wird ein hier positives Differenzsignal generiert. Beim Näherungsschalters (1/8) ist die Sekundärspule (2/2) auf die Leitspur gerichtet, deswegen wird hier negatives Differenzsignal (22) generiert. Die Sekundärspulen (2/2, 3/2) des Näherungsschalters (1/7) sind mit den Sekundärspulen (2/2, 3/2) des Näherungsschalters (1/8) in Reihe geschaltet, so daß am Ausgang das Differenzsignal (22/1, 22/2) am Ausgang zur Verfügung steht. Ist die Leitspur in der Mitte der zwei Näherungsschalter (1/7, 1/8), so sind dessen Differenzsignale (22) in der Amplitude gleich hoch, aber in der Polarität unterschiedlich, so daß sie sich gegenseitig kompensieren, und am Ausgang das Differenzsignal (22/1, 22/2) zur Verfügung steht. Ist das Flurförderzeug zu weit rechts der Leitspur (9/8), ist das Differenzsignal (22) des links angeordneten Näherungsschalter (1/7) höher, so daß ein positives Differenzsignal (22) entsteht. Aus der Polarität negativ oder positiv wird die Position des Flurförderzeuges zur Leitspur (9/8) abgeleitet.Device for an accurate inductive proximity switch according to the embodiment of FIG. 2B shows a section of a schematic representation of two proximity switch (1/7, 1/8) with a metal housing (10), the secondary coils (2/2, 3/2) of proximity switch (1/7) and the secondary coil (2/2, 3/2) of the proximity switch (1/8), wherein the respective pairs of coils (2, 3) (9/8) in each case designed as an open magnetic circuit together with the metallic object are. The two proximity switches (1/7, 1/8) are arranged in an industrial truck such that viewed in the direction of travel adjacent to each other, so, by the difference signal (22/1, 22/2) represented by the difference signals (22 ) of both proximity switches (1/7 1/8 is formed), the position of the center of the guide track (9/8) are determined of the truck. The metallic object is a guide track (9/8), it is laid on the roadway and has the task to perform a truck in the track. Because the secondary coil (3/2) (/ 1 7) of the proximity switch directed to the guide track, a positive here difference signal is generated. When the proximity switch (1/8) the secondary coil (2/2) is directed to the guide track, so negative differential signal (22) is generated here. The secondary coils (2/2, 3/2) of the proximity switch (1/7) are connected with the secondary coil (2/2, 3/2) of the proximity switch (1/8) in series so that at the output of the difference signal (22 / 1, 22/2) is available at the output. If the guide track in the middle of the two proximity switches (1/7, 1/8), so the difference signals (22) are equal in amplitude high but different in polarity, so that they compensate each other, and at the output of the difference signal (22/1, 22/2) is available. If the truck is to the far right of the guide track (9/8), the difference signal (22) is arranged on the left of the proximity switch (1/7) higher, so that a positive difference signal (22) is formed. The position of the truck to the guide track (9/8) is derived from the polarity of negative or positive.
Vorrichtung für einen genauen induktiven Näherungsschalter gemäß dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 2C, zeigt im Schnitt eine schematisierte Darstellung eines Näherungsschalters (1/9), wobei die zwei Spulenpaare (2, 3) samt des metallisches Objekts (9/9) jeweils als offener magnetischer Kreis ausgebildet sind. Das Differenzsignal (22) hat in der Grundstellung den Spannungswert 0 Volt, mit Hilfe des Näherungsschalters (1/9) kann z. B. ein metallisches Objekt im Boden geortet werden, weil dadurch das Differenzsignal (22) erhöht wird.Device for an accurate inductive proximity switch according to the embodiment of FIG. 2C shows in section a schematic representation of a proximity switch (1/9), wherein the two pairs of coils (2, 3) together with the metallic object (9/9) respectively as an open magnetic Circle are formed. The difference signal (22) may be, in the basic position, the voltage value 0 volts, with the aid of the proximity switch (1/9). B. a metallic object can be located in the ground because this increases the difference signal ( 22 ).
Vorrichtung für einen genauen induktiven Näherungsschalter gemäß dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 2D, zeigt im Schnitt eine schematisierte Darstellung eines Näherungsschalters (1/10) in einem Metallgehäuse (10), wobei die zwei Spulenpaare (2, 3) samt des magnetischen Objekts jeweils als halboffener magnetischer Kreis ausgebildet sind. Das Spulenpaar (2) ist senkrecht zum Sensorspulenpaar (3) angeordnet, die Funktion bleibt trotzdem erhalten, weil beide Spulenpaare (2, 3) so in Reihe geschaltet werden, daß sich beide Sekundärsignale gegenseitig kompensieren. Das magnetische Objekt ist nicht dargestellt, weil es eine beliebige Ausbildung haben kann, mit Hilfe des Näherungsschalters (1/10) kann der Schaltabstand erhöht.Device for an accurate inductive proximity switch according to the embodiment of FIG. 2D illustrates a sectional schematic illustration of a proximity switch (1/10) in a metal housing (10), wherein the two pairs of coils (2, 3) together with the magnetic object in each case as semi-open magnetic circuit are formed. The coil pair ( 2 ) is arranged perpendicular to the sensor coil pair ( 3 ), the function is still retained because the two coil pairs ( 2 , 3 ) are connected in series so that the two secondary signals compensate each other. The magnetic object is not shown, because it can have any form, by means of the proximity switch (1/10) of the switching distance can be increased.
Vorrichtung für einen genauen induktiven Näherungsschalter gemäß dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 2E zeigt ein metallisches Objekt einer Leitspur (9/11) aus einem rostfreien Federstahlband, deren Dicke und Breite variabel ist, die zwei Spulenpaare können auch durch eine metallische Folienbahn gedämpft werden, eine Aluminiumfolienbahn ist dafür sehr geeignet.Device for an accurate inductive proximity switch according to the embodiment of FIG. 2E shows a metallic object a guide track (9/11) of a stainless spring steel strip, whose thickness and width is variable, the two pairs of coils can be damped by a metallic sheet, an aluminum sheet is very suitable for this.
Vorrichtung für einen genauen induktiven Näherungsschalter gemäß dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 2F zeigt im Schnitt eine Darstellung eines Näherungsschalters (1/11) mit einem Metallgehäuse (10), zwei Spulenkörpern (8, 8/1), eines Spulenpaars (2) und (3), einen Wicklungsfreiraum (6/5), eine Steuerungsplatte (6), einen Schaltabstands-Abgleich (6/1), eine Anzeige des Schaltabstandes (6/2), einen Abgleich des Differenzsignals (6/6), zwei Befestigungsmuttern (7, 7/1), einen Gehäusedeckel (10/4), ein Anschlußkabel (10/5), eine Kabelverschraubung (10/3) und ein metallisches Objekt (9/12), das sich axial nähert, wobei auf dem Spulenkörper (8) die Wicklung der Sekundärspule (2/2) und des Sensorspulenpaars (3) gewickelt sind, wobei auf dem Spulenkörper (8/1) die Wicklung der Primärspule (2/1) gewickelt ist, wobei das abgewandte Spulenpaar (2) aus den Spulen (2/1, 2/2) besteht, wobei das Sensorspulenpaar aus den Spulen (3/1, 3/2) besteht, und wobei die Spulenpaare (2, 3) samt des metallisches Objekts (9/12) jeweils als offener magnetischer Kreis ausgebildet sind. Das Gehäuse (10) ist mit einem Außengewinde versehen und besteht wie der Gehäusedeckel (10/4) aus einem elektrisch leitenden Material. Um die Kapazität der Primärwicklung (3/1) zu der Sekundärwicklung (312) gering zu halten, ist zwischen beiden Wicklungen ein Freiraum (6/5), der sich z. B. durch mehrere Isolierlagen ergibt. Damit der Abstand der Wicklung des Sensorspulenpaars (3) zum metallischen Objekt (9/12) möglichst gering gehalten werden kann, dient eine Seite des Spulenkörpers (8) als Gehäusewand. Der Spulenkörper (8) bildet mit dem Spulenpaar (3) und der Sekundärspule (2/2) eine Einheit, dies hat den Vorteil das sich die Lage der zwei Spulenpaare (2, 3) zueinander nur durch den Abgleich (6/6) des Spulenkörpers (8/1) ändern kann. Das Differenzsignal (22) wird in der Grundstellung abgeglichen, in dem die axiale Lage des Spulenkörper (8/1) mit der Primärspule (2/1) durch den Abgleich (6/6) veränderbar ist. Durch einen einstellbaren Widerstand (6/1) auf der Steuerungsplatte (6) erfolgt die Einstellung des Schaltabstandes, der Zustand des Schaltabstandes wird mittel einer Leuchtdiode (6/2) angezeigt, die von außen von allen Seiten sichtbar ist. Damit der Schaltabstand nur geringfügig abweicht, sollte nur ein bestimmtes Objekt (9/12) verwendet werden. Bei der Montage des Näherungsschalters (1/11) ist zu beachten, daß die üblichen Freiräume für Näherungsschalter eingehalten werden. Die Befestigung des Näherungsschalter erfolgt durch zwei Muttern (7, 7/1). Eine dauerhafte Fixierung der Spulen und der Steuerungsplatte (6) erfolgt durch ein Gießharz, so daß bei Schock- und Schwingungsbeanspruchung die Funktionsfähigkeit voll erhalten bleibt. Der Näherungsschalter (1/11) ist ein Ausführungsbeispiel, ein anderer mechanischer Aufbau kann sich durchaus als zweckmäßig erweisen, auch das Differenzsignal (22) kann durch andere Maßnahmen abgeglichen werden. Die Anpassung an eine bestimme Aufgabe erfolgt zuerst durch die Größe des Durchmessers des Spulenpaares (2, 3) und den Einsatzort. Bei minimalen Anforderungen hat der Näherungsschalter (1/11) die Schutzart IP00, bei höchsten Anforderungen kommt ein Näherungsschalter (1/11) mit der Schutzart IP68 zum Einsatz. Anstelle eines abgeschirmten Anschlußkabels (10/5) kann auch eine Steckverbindung als Schnittstelle dienen, die Meldungen der Schaltabstände können auch kabellos über Funk übermittelt werden.Device for an accurate inductive proximity switch according to the embodiment of FIG. 2F illustrates a sectional view of a proximity switch (1/11) with a metal housing (10), two coil bobbins (8, 8/1), a pair of coils (2) and (3 ), a winding space (6/5), a control plate (6), a sensing distance adjustment (6/1), a display of the switching distance (6/2), a comparison of the difference signal (6/6), two fastening nuts (7 , 7/1), a housing cover (10/4), a connecting cable (10/5), a cable gland (10/3) and a metallic object (9/12), which passes axially, whereby on the bobbin (8 wound), the winding of the secondary coil (2/2) and the sensor coil pair (3), wherein the winding of the primary coil is wound (2/1), on the coil former (8/1), wherein the remote pair of coils (2) from the coils (2/1 2/2), wherein the Sensorspulenp aar consists of the coils (3/1, 3/2), and wherein the pairs of coils (2, 3) are respectively formed together with the metallic object (9/12) as an open magnetic circuit. The housing (10) is provided with an external thread and, like the housing cover (10/4) of an electrically conductive material. To the capacity of the primary winding to minimize the secondary winding (312) (3/1), is a free space (6/5), the z between both windings. B. results from several insulating layers. Thus, the distance of the winding of the sensor coil pair (3) can be kept as low as possible to the metallic object (9/12), one side serves the bobbin (8) and housing wall. The coil body (8) forms with the coil pair (3) and the secondary coil (2/2) a unit, this has the advantage that the position of the two pairs of coils (2, 3) to each other of only by the balance (6/6) can change the bobbin (8/1). The difference signal (22) is aligned in the basic position, in which the axial position of the bobbin (8/1) to the primary coil (2/1) is variable by the adjustment (6/6). By an adjustable resistor (6/1), on the control panel (6) setting the switching distance, the state of the switching distance is carried out a light emitting diode (6/2) is slow displayed, which is visible from the outside from all sides. Thus, the switching distance deviates only slightly, only a certain object (9/12) should be used. When mounting of the proximity switch (1/11) Note that the usual clearances are maintained for proximity switches. The fastening of the proximity switch by two nuts (7, 7/1). A permanent fixation of the coils and the control plate ( 6 ) is carried out by a casting resin, so that the functionality is fully maintained in the event of shock and vibration. The proximity switch (1/11) is one embodiment, other mechanical structure may well prove to be expedient also to the difference signal (22) can be adjusted by other means. The adaptation to a specific task is first carried out by the size of the diameter of the coil pair ( 2 , 3 ) and the place of use. With minimal requirements of the proximity switch has (1/11) the degree of protection IP00, at the highest requirements is a proximity switch (1/11) with the degree of protection IP68 used. Instead of a shielded connecting cable (10/5), a plug connection can serve as an interface, the messages of the operating distances can also be transmitted wirelessly by radio.
Die Vorrichtung für einen genauen induktiven Näherungsschalter, gemäß der Prinzipschaltung nach Fig. 3A, 3B stellt eine Steuerlogik dar, um mittels zweier Spulenpaare (2, 3), einen Schaltabstand abzuleiten und eine externe Last (R24) ein- oder auszuschalten. Die Steuerlogik besteht im wesentlichen aus einem Taktgenerator (15) einem Impulsgenerator (20), einem Operationsverstärker (33), einem Flip-Flop (35), einem Leistungs-MOSFET (T4), einem Schaltabstands- Abgleich (6/1) mittels dem einstellbaren Widerstands R8, und einer Anzeige des Schaltabstands (6/2). Mittels der Kondensatoren C8 und C9 werden die Spannungsspitzen der Betriebsspannung (44) geglättet. Die Primärspule (3/1) wird magnetisch erregt, um durch ein metallisches Objekt (9/1) eine externe Last (R24) einzuschalten. Die positive Betriebsspannung wird durch die Leitung (44) zugeführt, die Leitung (46) GND hat das Potential von 0 Volt. An der Betriebsspannung (44) und der Anschlußleitung (45) wird eine externe Last R24 angeschlossen. In einem Näherungsschalter sind zwei Spulenpaare (2, 3) mit einer Primärspule (3/1) und den Sekundärspulen (2/2, 3/2) so angeordnet, daß die Primärspule (3/1) zwischen den zwei Sekundärwicklungen (2/2, 3/2) in axialer Richtung angeordnet ist, und die Stirnseite der Sekundarspule (3/2) auf ein metallisches Objekt (9/1) gerichtet ist. Ein Vertausch der Sekundärspulen (2/2, 3/2) führt zu keiner Beeinträchtigung, außer daß hier ein negatives Differenzsignal (22) generiert wird. Im Ausführungsbeispiel wird durch die Steuerlogik ein positives Differenzsignal (22) generiert, weil das Sensorspulenpaar (3) mit einem metallisches Objekt (9/1) zur Deckung kommt. The device for a precise inductive proximity switch, according to the basic circuit according to FIGS. 3A, 3B, represents a control logic for deriving a switching distance by means of two pairs of coils ( 2 , 3 ) and switching an external load (R24) on or off. The control logic essentially consists of a clock generator (15) a pulse generator (20), an operational amplifier (33), a flip-flop (35), a power MOSFET (T4), a Schaltabstands- balance (6/1) by means of the variable resistor R8, and a display of the switching interval (6/2). The voltage peaks of the operating voltage ( 44 ) are smoothed by means of the capacitors C8 and C9. The primary coil (3/1) is magnetically energized to turn by a metallic object (9/1), an external load (R24). The positive operating voltage is supplied through line ( 44 ), line ( 46 ) GND has the potential of 0 volts. An external load R24 is connected to the operating voltage ( 44 ) and the connecting line ( 45 ). In a proximity switch, two pairs of coils (2, 3) having a primary coil (3/1), and the secondary coils (2/2, 3/2) arranged such that the primary coil (3/1) between the two secondary windings (2/2 , 3/2) arranged in the axial direction and the end side of the secondary coil (/ 3 directed 2) to a metallic object (9/1). One of incorrect lubricant of the secondary coils (2/2, 3/2) results in no impairment, except that here a negative difference signal (22) is generated. In the embodiment, a positive difference signal (22) is generated by the control logic, since the sensor coil pair (3) (9/1) comes with a metallic object is intended to cover.
Der Spulenanschluß (4/1) führt zum Anfang der Primärspule (3/1) das Ende der Primärspule (3/1) führt zum Spulenanschluß (4/2). Der Spulenanschluß (5/1) führt zum Anfang der Sekundärspule (2/2), deren Ende führt zum Spulenanschluß (5/3) und verbindet das Ende der Sekundärspule (3/2), deren Anfang führt zum Spulenanschluß 5/2. Da Anfang und Ende beider Sekundärspulen (2/2, 3/2) vertauscht sind, ist an den Spulenanschlüssen (5/1, 5/2) nur das Differenzsignal (22) der zwei Sekundärsignale der Sekundärspulen (2/2, 3/2) wirksam, wenn ein Stromimpuls (21) durch den Impulsgenerator (15) ausgelöst wird. Durch die Primärwicklung (3/1) fließt ein Stromimpuls (21) vom Spulenanschluß (4/1) zum Spulenanschluß (4/2), dadurch werden von der Primärspule (3/1) in die Sekundärspulen (2/2, 3/2) zwei Sekundärsignale induktiv gekoppelt. An den Spulenanschlüssen (5/1, 5/3) steht das positive Sekundärsignal der Sekundärspule (2/2) an, dagegen steht an den Spulenanschlüssen (5/2, 5/3) das negative Sekundärsignal der Sekundärspule (3/2) an. Je nachdem, ob die Stirnflächen des Spulenpaars (3) von einem metallischen Objekt (9/1) bedeckt sind, erzeugen die Sekundärspulen (2/2, 3/2) an den Spulenanschlüssen (5/1, 5/2) kein Differenzsignal (22), oder ein positives Differenzsignal (22). Die Sekundärspulen (2/2, 3/2) liefern an den Spulenanschlüssen (5/1, 5/2) kein Differenzsignal (22) oder nur ein geringes Differenzsignal (22), wenn kein metallisches Objekt (9/1) das Sensorspulenpaar (3) bedeckt. Die Sekundärspulen (2/2, 3/2) liefern an den Spulenanschlüssen (5/1, 5/2) den höchst möglichen Wert eines positives Differenzsignals (22), wenn ein sehr gutes elektrisch leitfähigen Objekt (9/1) die Stirnfläche des Sensorspulenpaars (3) vollständig und ohne Schaltabstand bedeckt.The coil terminal (4/1), leads to the beginning of the primary coil (3/1), the end of the primary coil (3/1), leads to the coil terminal (4/2). The coil terminal (5/1) leads to the start of the secondary coil (2/2), the end of which leads to the coil terminal (5/3) and connects the end of the secondary coil (3/2) whose initial leads to the coil terminal 5/2. Since the beginning and end of both secondary coils (2/2, 3/2) are reversed, is connected to the coil terminals (5/1 5/2) only the difference signal (22) of the two secondary signals of the secondary coils (2/2, 3/2 ) effective when a current pulse ( 21 ) is triggered by the pulse generator ( 15 ). Through the primary winding (3/1), a current pulse (21) flows from the coil terminal (4/1), to the coil terminal (4/2), characterized to be from the primary coil (3/1) into the secondary coil (2/2, 3/2 ) two secondary signals inductively coupled. At the coil terminals (5/1 5/3), the positive secondary signal of the secondary coil (2/2) stands on the other hand, is at the coil terminals (5/2, 5/3) to the negative secondary signal of the secondary coil (3/2) . Depending on whether the end faces of the coil pair (3) are covered by a metallic object (9/1), which produce secondary coils (2/2, 3/2) to the coil terminals (5/1 5/2) no difference signal ( 22 ), or a positive difference signal ( 22 ). The secondary coils (2/2, 3/2) supplied to the coil terminals (5/1 5/2) no difference signal (22) or only a slight difference signal (22) when no metallic object (9/1), the sensor coil pair ( 3 ) covered. The secondary coils (2/2, 3/2) supplied to the coil terminals (5/1 5/2) to the highest possible value of a positive difference signal (22) when a very good electrically conductive object (9/1), the end face of Sensor coil pairs ( 3 ) covered completely and without switching distance.
Der Taktgenerator (15) ist nach einer üblichen Schaltung ausgeführt und besteht aus einem Inverter, dem RC-Glied R1 C1, den Widerständen R2, R3, und einer Diode D2. Nach Einschalten der Betriebsspannung ist der Taktgenerator (15) betriebsbereit, so daß die Taktleitung (19) zyklisch einen positiven Impuls von etwa 20 µs und einen negativen Impuls von ca. 1 ms generiert, die Taktleitung (47) ist invertiert. Das Tastverhältnis des Taktgenerators (15) ist durch Änderung des Widerstandes R3 veränderbar, die Zykluszeit der Taktleitung (19) wird durch das RC-Glied R1 und C1 bestimmt, der Abgleich der Zykluszeit erfolgt durch Änderung des Widerstandes von R2. Bei einer hohen Annäherungsgeschwindigkeit eines metallischen Objektes (9/1) muß die Zykluszeit des Taktgenerators (15) verringert werden, der Widerstandswert von R1 wird erniedrigt.The clock generator ( 15 ) is designed according to a conventional circuit and consists of an inverter, the RC element R1 C1, the resistors R2, R3, and a diode D2. After switching on the operating voltage, the clock generator ( 15 ) is ready for operation, so that the clock line ( 19 ) cyclically generates a positive pulse of approximately 20 microseconds and a negative pulse of approximately 1 ms, the clock line ( 47 ) is inverted. The duty cycle of the clock generator ( 15 ) can be changed by changing the resistor R3, the cycle time of the clock line ( 19 ) is determined by the RC element R1 and C1, the adjustment of the cycle time is done by changing the resistance of R2. At a high rate of approach of a metallic object (9/1), the cycle time of the clock generator (15) must be decreased, the resistance value of R1 is lowered.
Der Impulsgenerator (20) besteht aus einem Leistungs-MOSFET Transistor T1 und einem RC-Glied R5 und C3, einer Diode D1, einem RC-Glied R4 und C2, dieses RC-Glied sorgt für eine Verrundung der Anstiegsflanke des Stromimpulses (21). Die Diode D1 am Spulenanschluß (4/1) hat die Aufgabe das negative Primärsignal zu begrenzen. Der Widerstand R5 ist über die Leitung (44) an der Betriebsspannung angeschlossen. Während der Zeit, wenn die Taktleitung (19) einen Low-Pegel hat, ist der Leistungs-MOSFET Transistor T1 gesperrt, und über den Widerstand R5 wird der Kondensator C3 aufgeladen. Die Ladezeit wird beendet, wenn am Spulenanschluß (4/1) die Amplitude der Betriebsspannung (44) ansteht. Der Stromimpuls (21) wird mit einem High-Pegel der Taktleitung (19) ausgelöst, indem über das RC-Glied R4 und C2 die Spannung stetig ansteigt und schließlich der Leistungs-MOSFET Transistor T1 schaltet, und der Kondensator C3 sich über die Primärspule (3/1) und die Drain- Sourse-Strecke des Leistungs-MOSFET Transistors T1 entladen kann. Durch den Stromimpuls (21) wird bei der Anstiegsflanke und abfallenden Flanke jeweils ein Sekundärsignal in den Sekundärspulen (2/2, 3/2) induktiv gekoppelt, das als Differenz an den Spulenanschlüssen (5/1, 5/2) als Differenzsignal (22) ansteht. The pulse generator ( 20 ) consists of a power MOSFET transistor T1 and an RC element R5 and C3, a diode D1, an RC element R4 and C2, this RC element rounds off the rising edge of the current pulse ( 21 ). The diode D1 on the coil terminal (4/1), is to limit the negative primary signal the task. Resistor R5 is connected to the operating voltage via line ( 44 ). During the time when the clock line ( 19 ) has a low level, the power MOSFET transistor T1 is blocked and the capacitor C3 is charged via the resistor R5. The charging time is terminated when (4/1), is present, the amplitude of the operating voltage (44) on the coil terminal. The current pulse ( 21 ) is triggered with a high level of the clock line ( 19 ) in that the voltage rises continuously via the RC element R4 and C2 and finally the power MOSFET transistor T1 switches, and the capacitor C3 switches over the primary coil ( 3/1) and the drain Sourse path can discharge the power MOSFET transistor T1. By the current pulse (21) a secondary signal in the secondary coils is at the rising edge and falling edge, respectively (2/2, 3/2) inductively coupled, which as the difference at the coil terminals (5/1 5/2) as a difference signal (22 ) pending.
Im Ausführungsbeispiel wird das Differenzsignal (22) ausgewertet, das bei der Vorderflanke des Stromimpulses (21) entsteht.In the exemplary embodiment, the difference signal ( 22 ) that arises on the leading edge of the current pulse ( 21 ) is evaluated.
Der Abschlußwiderstand R6 ist an den Spulenanschlüssen (5/1, 5/2) angeschlossen und bewirkt einen zusätzlichen Störschutz des Differenzsignals (22). Am Spulenanschluß (5/2), wird das Differenzsignal (22) auf einer Seite durch den Kondensator C4 wechselstrommäßig zur Betriebsspannung (44) kurz geschlossen. Das Widerstandsverhältnis der Widerstände R7 + R8 zu R9 bestimmt das Potential am Spulenanschluß (5/2), das Potential hat hier die Hälfte der Betriebsspannung (44). Der Schaltabstand (6/1) wird durch R8 eingestellt, die Widerstände R22 und R23 dienen zur Erzeugung einer Hysterese, und sind nach einer üblichen Schaltung ausgeführt, nur wenn das Differenzsignal (22) höher ist als der Spannungsabfall an R8 plus dem Spannungswert durch die Hysterese kann der Operationsverstärker (33) die Leitung (34) kurzzeitig auf nahezu 0 Volt schalten. Die Betriebsspannung der Leitung (44) dient als Betriebsspannungszuführung für die CMOS-Bausteine und die externe Last (R24). Das RC-Glied R17 und C5 ist über die Leitung (40) mit einem Eingang des Flip-Flop (35) verbunden. Über den Widerstand R17 wird die Betriebsspannung (44) zugeführt. Der Kondensator C5 wird beim Einschalten der Betriebsspannung (44) aufgeladen, und dadurch steigt die Spannung an der Leitung (40) an, bis der Kondensator C5 aufgeladen ist, an. Während dieser Zeit entsteht ein kurzer Low- Impuls und setzt das Flip-Flop (35) in die Grundstellung zurück. Die Leitung (37) geht auf einen High-Pegel, die Anzeige (6/2) des Schaltabstandes wird über die Steuerleitung (37) ausgeschaltet. Gleichzeitig ändert sich die Leitung (36) auf einen Low-Pegel, so daß der Leistungs-MOSFET Transistors T4 gesperrt ist und die externe Last (R24) über die Steuerleitung (45) ausgeschaltet wird. Über den Widerstand R15 wird der Eingang des Flip-Flop (35) über die Leitung (34) auf einen High-Pegel gehalten. The terminating resistor R6 is connected to the coil terminals (5/1 5/2) and causes an additional interference protection of the differential signal (22). On the coil terminal (5/2), the difference signal (22) is short-circuited at one end by the capacitor C4 alternating current to the operating voltage (44). The resistance ratio of the resistors R7 + R8 R9 determines the potential on the coil terminal (5/2), the potential here has half the operating voltage (44). The operating distance (6/1) is set by R8, resistors R22 and R23 are used to produce a hysteresis, and are carried out by a conventional circuit only when the difference signal (22) is higher than the voltage drop across R8 plus the voltage value by the Hysteresis, the operational amplifier ( 33 ) can briefly switch the line ( 34 ) to almost 0 volts. The operating voltage of the line ( 44 ) serves as an operating voltage supply for the CMOS modules and the external load (R24). The RC element R17 and C5 is connected via the line ( 40 ) to an input of the flip-flop ( 35 ). The operating voltage ( 44 ) is supplied via the resistor R17. The capacitor C5 is charged when the operating voltage ( 44 ) is switched on, and as a result the voltage on the line ( 40 ) increases until the capacitor C5 is charged. During this time there is a short low pulse and resets the flip-flop ( 35 ) to the basic position. The line (37) goes to a high level, the display (6/2) of the switching distance is turned off via the control line (37). At the same time the line ( 36 ) changes to a low level, so that the power MOSFET transistor T4 is blocked and the external load (R24) is switched off via the control line ( 45 ). The input of the flip-flop ( 35 ) is kept at a high level via the line ( 34 ) via the resistor R15.
Um eine Schaltfunktion bei einer bestimmten Schwelle eines positiven Differenzsignals (22) auszulösen, wird das Differenzsignal (22) am - Eingang des Operationsverstärkers (33) zugeführt. Am + Eingang des Operationsverstärkers (33) steht eine positive Referenzspannung an, diese Spannung entsteht durch den Strom durch den Widerstand R8 und die Hysterese des OP's (33). Beträgt das positive Differenzsignal z. B. + 300 mV, so wird der Wert von R8 so festgelegt, daß der Spannungsabfall an R8 und die Hysterese des OP's ca. 270 mV beträgt. Übersteigt die Amplitude des positiven Differenzsignals (22) diesen Wert, schaltet der Operationsverstärker (33). Weil die Impulsbreite des Differenzsignals (22) gering ist, entsteht beim Schalten des Operationsverstärkers (33) am Ausgang (36) ein kurzer Low-Impuls. Die Leitung (34) verbindet den Ausgang des Operationsverstärkers (33) mit dem Eingang des Flip-Flop (35), so daß bei einem kurzen Low-Impuls das Flip-Flop (35) gesetzt wird. Die Steuerleitung (36) des Flip-Flop (35) führt zum Gateanschluß des Leistungs-MOSFET Transistors T4. Wird das Flip-Flop (35) gesetzt, so wird die Steuerleitung (36) auf einen High-Pegel geschaltet, der Leistungs-MOSFET Transistor T4 wird leitend, und die externe Last R24 wird eingeschaltet. Gleichzeitig wird der 'Ein-Zustand' des Schaltabstandes über die Steuerleitung (37) und der Anzeige des Schaltabstandes (6/2) angezeigt, indem die Steuerleitung (37) auf einen Low-Pegel schaltet, und über die Betriebsspannung (44) und den Widerstand R20 und die Leuchtdiode (6/2) und Steuerleitung (37) und über den Ausgang des Flip-Flops (36) ein Strom fließen kann, der durch den Widerstand R20 begrenzt wird.In order to trigger a switching function at a certain threshold of a positive difference signal ( 22 ), the difference signal ( 22 ) is fed to the input of the operational amplifier ( 33 ). A positive reference voltage is present at the + input of the operational amplifier ( 33 ). This voltage is generated by the current through the resistor R8 and the hysteresis of the OP ( 33 ). Is the positive difference signal z. B. + 300 mV, the value of R8 is determined so that the voltage drop across R8 and the hysteresis of the OP is approximately 270 mV. If the amplitude of the positive difference signal ( 22 ) exceeds this value, the operational amplifier ( 33 ) switches. Because the pulse width of the differential signal ( 22 ) is small, a short low pulse occurs when the operational amplifier ( 33 ) is switched at the output ( 36 ). The line ( 34 ) connects the output of the operational amplifier ( 33 ) to the input of the flip-flop ( 35 ), so that the flip-flop ( 35 ) is set with a short low pulse. The control line ( 36 ) of the flip-flop ( 35 ) leads to the gate connection of the power MOSFET transistor T4. If the flip-flop ( 35 ) is set, the control line ( 36 ) is switched to a high level, the power MOSFET transistor T4 becomes conductive, and the external load R24 is switched on. Simultaneously, the 'on-state' of the switching distance of the control line (37) and the display of the switching distance (6/2) is displayed by the control line (37) switches to a low level, and the operating voltage (44) and the resistor R20 and the light emitting diode (6/2) and control line (37) and a current can flow through the output of the flip-flop (36) which is limited by the resistor R20.
Nun sei der Fall angenommen, daß die Betriebsspannung (44) des Näherungsschalters eingeschaltet wird. Der Kondensator C5 wird aufgeladen, und dadurch steigt die Spannung an der Leitung (40) an, bis der Kondensator C5 aufgeladen ist, an. Während dieser Zeit entsteht ein kurzer Low-Impuls und setzt das Flip-Flop (35) in die Grundstellung zurück. Die Leitung (37) wird auf einen High-Pegel gehalten, so daß die Leuchtdiode (6/2) ausgeschaltet wird, gleichzeitig ändert sich die Leitung (36) auf einen Low-Pegel, so daß der Leistungs-MOSFET Transistors T4 gesperrt ist und die externe Last (R24) über die Steuerleitung (45) ausgeschaltet ist.Let us now assume that the operating voltage ( 44 ) of the proximity switch is switched on. Capacitor C5 is charged and thereby the voltage on line ( 40 ) rises until capacitor C5 is charged. During this time, a short low pulse occurs and resets the flip-flop ( 35 ) to the basic position. The line (37) is maintained at a high level, so that the light-emitting diode (6/2) is switched off, simultaneously the line (36) changes to a low level so that the power MOSFET transistor T4 is blocked and the external load (R24) is switched off via the control line ( 45 ).
Nun sei der Fall angenommen, daß die Taktleitung (19) von einem High- Pegel auf einen Low-Pegel schaltet, der Leistungs-MOSFET Transistor T1 des Impulsgenerators (20) ist gesperrt, so daß der Kondensator C3 über die Betriebsspannung (44) und den Widerstand R5 geladen wird. Der Ladevorgang wird beendet, wenn der Kondensator C3 am Spulenanschluß (4/1) die Amplitude der Betriebsspannung (44) erreicht hat.Now assume the case that the clock line ( 19 ) switches from a high level to a low level, the power MOSFET transistor T1 of the pulse generator ( 20 ) is blocked, so that the capacitor C3 via the operating voltage ( 44 ) and the resistor R5 is charged. The charging process is complete when the capacitor C3 has reached the amplitude of the operating voltage (44) on the coil terminal (4/1).
Nun sei der Fall angenommen, daß die Taktleitung (19) von einem Low-Pegel auf einen High-Pegel schaltet, so werden zwei unterschiedliche Funktionen gleichzeitig bewirkt, das Flip-Flop (35) wird in die Grundstellung gebracht und ein Stromimpuls (21) wird ausgelöst. Das Flip-Flop (35) wird in die Grundstellung gebracht, durch die invertierte Taktleitung (47), einem Inverter, eines RC-Gliedes R21 und C6, einem weiteren Inverter, einem Widerstand R16, so daß ein sehr kurzer Low-Impuls generiert wird, der an der Leitung (39), dem Widerstand R16, und dem Eingang des Flip-Flops (35) ansteht, so daß die Steuerleitung (36) auf einen Low-Pegel schaltet der Leistungs-MOSFET Transistor T1 kurzzeitig ausgeschaltet wird. Bei diesem Ausführungsbeispiel hat dies ohne Bedeutung. Gleichzeitig ändert sich Leitung (37) auf einen High-Pegel, so daß die Leuchtdiode (6/2) ausgeschaltet wird. Nun sei der Fall angenommen, daß ein Stromimpuls (21) ausgelöst wird, in dem der Leistungs-MOSFET Transistor T1 des Impulsgenerators (20) leitend wird, so daß der Kondensator C3 sich über die Primärspule (3/1) entladen kann, und zwar fließt ein Stromimpuls (21) vom Kondensator C3 über den Spulenanschluß (4/1) der Primärspule (3/1), durch die Induktivität (3/1), über den Spulenanschluß (4/2) über den leitenden Transistor T1 zum Masseanschluß des Kondensator C3. Sind die Stirnflächen des Sensorspulenpaars (3) vollkommen frei von einem elektrisch oder magnetisch leitenden Objekt (9/1), so werden durch eine induktive Kopplung in den Sekundärspulen (2/2, 3/2) zwei gleich große Sekundärsignale induziert, die sich gegenseitig kompensieren, und deren Differenz als Differenzsignal (22) an den Spulenanschlüssen (5/1, 5/2) zur Verfügung steht. Das Differenzsignal (22) hat den Spannungswert von 0 Volt oder ist sehr gering, dieses wird am Eingang des Operationsverstärkers (33) zugeführt, und weil es so gering ist kann der Operationsverstärker (33) nicht schalten und die Steuerleitung (36) bleibt auf einen Low-Pegel, die externe Last R24 ist weiterhin ausgeschaltet.Now assume the case that the clock line ( 19 ) switches from a low level to a high level, two different functions are effected simultaneously, the flip-flop ( 35 ) is brought into the basic position and a current pulse ( 21 ) is caused. The flip-flop ( 35 ) is brought into the basic position by the inverted clock line ( 47 ), an inverter, an RC element R21 and C6, a further inverter, a resistor R16, so that a very short low pulse is generated , which is present at the line ( 39 ), the resistor R16, and the input of the flip-flop ( 35 ), so that the control line ( 36 ) switches to a low level, the power MOSFET transistor T1 is briefly switched off. In this embodiment, this has no meaning. At the same time line (37) changes to a high level, so that the light-emitting diode (6/2) is turned off. Now, the case is assumed that a current pulse (21) is triggered, in which the power MOSFET transistor of the pulse generator (20) T1 becomes conductive so that the capacitor C3 can be discharged through the primary coil (3/1), namely a current pulse (21) from the capacitor C3 through the coil terminal (4/1), the primary coil (3/1) through the inductor (3/1), via the coil terminal (4/2) via the conducting transistor T1 to the ground terminal of the Capacitor C3. Are the end faces of the sensor coil pair (3) completely free of an electrically or magnetically conductive object (9/1), then induced by an inductive coupling in the secondary coils (2/2, 3/2) two identical secondary signals mutually compensate, and their difference is the difference signal (22) at the coil terminals (5/1 5/2) are available. The difference signal ( 22 ) has the voltage value of 0 volts or is very low, this is fed to the input of the operational amplifier ( 33 ), and because it is so low, the operational amplifier ( 33 ) cannot switch and the control line ( 36 ) remains on one Low level, the external load R24 is still switched off.
Nun sei der Fall angenommen, daß sich dem Sensorspulenpaar (3) ein metallischen Objekt (9/1) nähert, so steigt das Differenzsignal (22) stetig an, das am Eingang des Operationsverstärkers (33) ansteht, und weil die Amplitude des Differenzsignals (22) höher ist, als der Spannungsabfall am Widerstand R8 und die Hysterese schaltet der Operationsverstärker (33) die Leitung (34) mit einem kurzen Low-Impuls, das Flip-Flop (35) wird gesetzt, und die Steuerleitung (36) geht auf einen High-Pegel, der Leistungs-MOSFET Transistor T4 wird leitend und die externe Last R24 wird über die Steuerleitung (45) eingeschaltet. Gleichzeitig geht die Steuerleitung (37) auf einen Low-Pegel, und die Leuchtdiode (6/2) wird über Steuerleitung (37) eingeschaltet.Now, the case is assumed that the sensor coil pair (3) a metallic object (9/1), passes, so the difference signal (22) rises steadily, which is present at the input of the operational amplifier (33), and because the amplitude of the differential signal ( 22 ) is higher than the voltage drop across the resistor R8 and the hysteresis, the operational amplifier ( 33 ) switches the line ( 34 ) with a short low pulse, the flip-flop ( 35 ) is set, and the control line ( 36 ) opens a high level, the power MOSFET transistor T4 becomes conductive and the external load R24 is switched on via the control line ( 45 ). Simultaneously, the control line (37) goes to a low level, and the light-emitting diode (6/2) is switched on via the control line (37).
Der Impulsgenerator (20) wird zyklisch durch den Taktgenerator ausgelöst, so daß durch den nächsten Stromimpuls (21) wiederum ein Differenzsignals (22) generiert wird. Ist das Differenzsignal (22) geringer ist als der Spannungsabfall an R8 plus dem Spannungswert durch die Hysterese, kann der Operationsverstärker (33) die Leitung (34) nicht mehr auf 0 Volt schalten, und somit kann das Flip-Flop (35) nicht gesetzt werden. Das Flip-Flop (35) bleibt in der Grundstellung gebracht, so daß die Steuerleitung (36) auf einen Low-Pegel bleibt, und der Leistungs-MOSFET Transistor T1 die Last R24 über die Leitung (45) weiter ausgeschaltet ist. Die Leitung (37) bleibt auf einen High-Pegel, so daß die Leuchtdiode (6/2) weiter ausgeschaltet ist.The pulse generator ( 20 ) is triggered cyclically by the clock generator, so that a differential signal ( 22 ) is in turn generated by the next current pulse ( 21 ). If the difference signal ( 22 ) is less than the voltage drop at R8 plus the voltage value due to the hysteresis, the operational amplifier ( 33 ) can no longer switch the line ( 34 ) to 0 volts and the flip-flop ( 35 ) can therefore not be set become. The flip-flop ( 35 ) remains in the basic position, so that the control line ( 36 ) remains at a low level, and the power MOSFET transistor T1, the load R24 is further switched off via the line ( 45 ). The line (37) remains at a high level, so that the light-emitting diode (6/2) is further turned off.
Der Einfachheit halber, ist hier ein Näherungsschalter aufgeführt mit einem Schaltabstand, der nicht programmierbar ist und dessen Betriebsspannung und Ausgangsschalter gegen eine Verpolung nicht geschützt ist. Die Programmierbarkeit bezieht sich auf den Schaltertyp n-schaltend oder p- schaltend und auf die automatische Einstellung des Schaltabstandes vor Ort. Sind mehrere oder zwei Schaltabstände notwendig, so erfolgt eine Ergänzung der Prinzipschaltung nach Fig. 3A mittels einem Operationsverstärker, einem Flip-Flop, einem Leistungs-MOSFET, einem Schaltabstands-Abgleich durch einen einstellbaren Widerstand, und einer LED zur Anzeige des Schaltabstandes. Die Prinzipschaltung nach Fig. 3A führt nur ein Spulenpaar (2, 3) auf mit einer Primärspule, die Varianten der Ausführungen der Spulenpaare (2, 3) sind im wesentlichen nach Fig. 1n und Fig. 2n dargestellt.For the sake of simplicity, a proximity switch is listed here with a switching distance that is not programmable and whose operating voltage and output switch are not protected against reverse polarity. The programmability relates to the switch type n-switching or p-switching and to the automatic setting of the switching distance on site. If several or two switching distances are necessary, the basic circuit according to FIG. 3A is supplemented by means of an operational amplifier, a flip-flop, a power MOSFET, a switching distance adjustment by means of an adjustable resistor, and an LED for displaying the switching distance. The basic circuit of Fig. 3A performs only a pair of coils (2, 3) displayed on a primary coil, the variants of the embodiments of the pairs of coils (2, 3) are substantially of FIG. 1n and Fig. 2n.
Die Vorrichtung für einen genauen induktiven Näherungsschalter, gemäß des Schaltsymbols nach Fig. 3C zeigt das Ausführungsbeispiel eines n schaltenden Näherungsschalter in Dreileitertechnik, die üblichen Schutzschaltungen sind hier integriert. Der Näherungsschalter besitzt einen Verpolungsschutz und ist auch gegenüber Überbelastung und Kurzschluß geschützt, nach Aufhebung der Überlastung ist dieser wieder funktionsfähig. Zusätzlich sind Schutzdioden für das Schalten induktiver Lasten eingebaut. Durch Programmierung kann er von einem n-schaltenden Typ in p-schaltenden Typ geändert werden. Die Betriebsspannung beträgt 20 V bis 260 V DC, bei einer Variante beträgt die Betriebsspannung 20 V bis 240 V AC, mit einem Temperaturbereich von -25°C bis +80°C, die Anschlußleitung ist abgeschirmt. The device for a precise inductive proximity switch, according to the circuit symbol according to FIG. 3C, shows the exemplary embodiment of an n-switching proximity switch in three-wire technology, the usual protective circuits are integrated here. The proximity switch has reverse polarity protection and is also protected against overload and short circuit, after the overload has been removed it is functional again. Protective diodes for switching inductive loads are also installed. By programming it can be changed from an n-switching type to a p-switching type. The operating voltage is 20 V to 260 V DC, in one variant the operating voltage is 20 V to 240 V AC, with a temperature range from -25 ° C to + 80 ° C, the connecting cable is shielded.
Die Vorrichtung für einen genauen induktiven Näherungsschalter, gemäß der Prinzipschaltung nach Fig. 3D und 3E stellt eine Prinzipschaltung einer Steuerlogik dar, um mittels zweier Spulenpaare (2, 3), die in einem Näherungsschalter (1) angeordnet sind deren Differenzsignale (22) festzustellen und in einer Blackbox (49) auszuwerten, um z. B. n Abstandsbereiche durch das metallische Objekt (9/1) zu erkennen. Die Steuerlogik besteht aus einem Taktgenerator (15), einem Impulsgenerator (20), einem 'One-Shot-Multivibrators' (55) und einer Blackbox (49), in dieser wird das Differenzsignal (22) vom Anwender ausgewertet um eine bestimmte Funktion abzuleiten. Der Abschluß des Differenzsignals (22) durch den Abschlußwiderstand R6 erfolgt über das verdrillte Leitungspaar (10/5) in der Blackbox (49). Die Prinzipschaltung des Taktgenerators (15) und des Impulsgenerators (20) ist identisch mit der Prinzipschaltung nach Fig. 3A, es wird deshalb auf eine Erläuterung verzichtet. Im Unterschied dazu, wird hier durch die abfallende Flanke der Taktleitung (47) ein Strobeleitung (48) abgeleitet, um die max. Amplitude des Differenz-Signals (22, 5/2) in eine Blackbox (49) festzustellen. Der übliche 'One-Shot- Multivibrators' (55) besteht aus einem Operationsverstärker (54), den Widerständen R50 bis R52, den Kondensatoren C6 und C7 und den Dioden D3 und D4. Die Impulsbreite wird durch den Kondensator C7 und den einstellbaren Widerstand R52 festgelegt. Wenn ein Stromimpuls (21) ausgelöst wird, ändert sich die Flanke der Taktleitung (19) zuvor von Low auf High, die Taktleitung (47) ist invertiert, diese Flanke ändert sich von High auf Low. Über den Kondensator C6 wird zu diesem Zeitpunkt ein Impuls generiert, der am Eingang des Operationsverstärkers (54) ansteht. Durch das RC-Gliedes R51 und C7 wird am Ausgang des Operationsverstärkers (54) ein positiver Strobeimpuls generiert, der über die Strobeleitung (48) zur Blackbox (49) führt. Die Einstellung der Impulsbreite des Strobeimpulses erfolgt durch den einstellbaren Widerstand R52, die Dioden D3 und D4 begrenzen die negative Spannung. Mittels zwei Näherungsschalter (1/7, 1/8) nach Fig. 2B wird z. B. ein Flurförderzeug auf einer Leitspur geführt. Jeweils zwei Spulenpaare (2, 3) werden in Reihe geschaltet, die Phasenverschiebung beider Differenzsignale (22) darf nur gering sein. Bei einer radialen Annäherung kann bei gleichbleibender Bodenfreiheit B zu den metallischen Leitspur (9/8) die Deckung durch die Leitspur (9/8) gemessen werden, um z. B. daraus die Abweichung zur Mitte der Leitspur (9/8) abzuleiten. Es ist hier eine sehr hohe Stabilität des Taktgenerators (15), des Impulsgenerators (20) und des 'One-Shot-Multivibrators' (55) erforderlich. Bei einer axialen Annäherung des Objektes (9/1) kann z. B. der genaue Abstand zum metallischen Objektes (9/1) gemessen werden. Die Prinzipschaltung ist auch für die Anordnung der Spulenpaare (2, 3) nach Fig. 2C, 2D geeignet, bei der die metallischen Objekte (9/9, 9/10) in Ruhestellung sind, und die Spulenpaare (2, 3) in X/Y-Richtung bewegt werden, um z. B. die metallischen Objekte (9/9, 9/10) zu orten. In der Blackbox (49) erfolgt die Übernahme des Differenzsignals (22) durch die High/Low-Flanke der Strobeleitung (48). Die Auswertung des Differenzsignals (22) erfolgt z. B. durch einen AID-Wandler. Zum Zeitpunkt der High/Low-Flanke der Strobeleitung (48) erfolgt die Wandlung des analogen Differenzsignals (22) in einen digitalen Wert. Weil die Sekundärspule (3/2) des Näherungsschalters (1/7) auf die Leitspur gerichtet ist wird ein hier positives Differenzsignal generiert.The device for a precise inductive proximity switch, according to the basic circuit according to FIGS. 3D and 3E, represents a basic circuit of a control logic in order to determine the difference signals ( 22 ) by means of two pairs of coils ( 2 , 3 ), which are arranged in a proximity switch ( 1 ) in a black box ( 49 ) to evaluate z. B. n spacer regions by the metallic object (9/1), to be recognized. The control logic consists of a clock generator ( 15 ), a pulse generator ( 20 ), a 'one-shot multivibrators' ( 55 ) and a black box ( 49 ), in which the difference signal ( 22 ) is evaluated by the user in order to derive a specific function . The conclusion of the difference signal (22) is made by the terminating resistor R6 via the twisted pair (10/5) in the black box (49). The basic circuit of the clock generator ( 15 ) and the pulse generator ( 20 ) is identical to the basic circuit according to FIG. 3A, an explanation is therefore omitted. In contrast to this, a strobe line ( 48 ) is derived from the falling edge of the clock line ( 47 ) in order to increase the max. Amplitude of the differential signal (22, 5/2) to determine in a black box (49). The usual 'one-shot multivibrator' ( 55 ) consists of an operational amplifier ( 54 ), the resistors R50 to R52, the capacitors C6 and C7 and the diodes D3 and D4. The pulse width is determined by the capacitor C7 and the adjustable resistor R52. If a current pulse ( 21 ) is triggered, the edge of the clock line ( 19 ) changes from low to high beforehand, the clock line ( 47 ) is inverted, this edge changes from high to low. At this time, a pulse is generated via the capacitor C6, which is present at the input of the operational amplifier ( 54 ). The RC element R51 and C7 generates a positive strobe pulse at the output of the operational amplifier ( 54 ), which leads via the strobe line ( 48 ) to the black box ( 49 ). The pulse width of the strobe pulse is set by the adjustable resistor R52, the diodes D3 and D4 limit the negative voltage. By means of two proximity switches (1/7, 1/8) of Fig. 2B is z. B. guided an industrial truck on a guide track. Two pairs of coils ( 2 , 3 ) are connected in series, the phase shift of both difference signals ( 22 ) may only be slight. In a radial approach at a constant ground clearance B can to the metal guide track (9/8), the cover measured by the guide track (9/8) to z. B. derive the deviation from the center of the guide track (9/8). A very high stability of the clock generator ( 15 ), the pulse generator ( 20 ) and the 'one-shot multivibrator' ( 55 ) is required here. In an axial approach of the object (9/1), z can. B. measure the exact distance to the metal object (9/1). The basic circuit is also suitable for the arrangement of the pairs of coils (2, 3) according to Fig. 2C, 2D, in which the metallic objects (9/9, 9/10) are at rest, and the coil pairs (2, 3) in X / Y direction can be moved to e.g. As to locate the metallic objects (9/9, 9/10). In the black box ( 49 ) the difference signal ( 22 ) is taken over by the high / low edge of the strobe line ( 48 ). The evaluation of the difference signal ( 22 ) takes place, for. B. by an AID converter. At the time of the high / low edge of the strobe line ( 48 ), the analog difference signal ( 22 ) is converted into a digital value. Because the secondary coil (3/2) (/ 1 7) of the proximity switch directed to the guide track, a positive here difference signal is generated.
Claims (30)
- - daß die Primärspule (3/1) und die Sekundärwicklungen (2/2, 3/2) jedes Spulenpaares (2, 3) übereinander angeordnet sind,
- - daß die Spulenpaare (2, 3) samt des metallischen Objekts (9/1) als offener magnetischer Kreis ausgebildet sind, und
- - daß das metallische Objekt (9/1) elektrisch leitend ausgebildet ist, um bei einer Deckung mit der Stirnfläche des Spulenpaares (3) eine zunehmende Bedämpfung der induzierten Spannung in den Sekundärwicklung (3/2) des Spulenpaares (3) zu bewirken.
- - that the primary coil (3/1), and the secondary windings (2/2, 3/2) of each coil pair (2, 3) are arranged one above the other,
- - that the pairs of coils (2, 3) are formed together with the metallic object (9/1), as an open magnetic circuit, and
- - that the metallic object (9/1), is electrically conductive to give (3/2) to effect at a registration with the end face of the coil pair (3) increasing the damping of the induced voltage in the secondary winding of the coil pair (3).
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