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DE19516934C1 - Inductive proximity switch with oscillator coil - Google Patents

Inductive proximity switch with oscillator coil

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DE19516934C1
DE19516934C1 DE1995116934 DE19516934A DE19516934C1 DE 19516934 C1 DE19516934 C1 DE 19516934C1 DE 1995116934 DE1995116934 DE 1995116934 DE 19516934 A DE19516934 A DE 19516934A DE 19516934 C1 DE19516934 C1 DE 19516934C1
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Germany
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proximity switch
coil
inductive proximity
oscillator
metallic coating
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Manfred Sagert
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Pepperl and Fuchs SE
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    • H03K17/94Electronic switching or gating, i.e. not by contact-making and –breaking characterised by the way in which the control signals are generated
    • H03K17/945Proximity switches
    • H03K17/95Proximity switches using a magnetic detector
    • H03K17/9505Constructional details
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01FMAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
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    • H01F21/10Variable inductances or transformers of the signal type continuously variable, e.g. variometers by means of a movable shield

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  • Switches That Are Operated By Magnetic Or Electric Fields (AREA)

Abstract

The inductive proximity switch has an oscillator coil (1) which has a coating of electrically conductive material (8) on the face opposite the trigger object(10) and an oscillator (12) with a processing circuit. The metallic coating is comprised of a material which has constant electrical and magnetic characteristics over the temperature range and a high electrical skin depth. The oscillator is damped in the quiescent setting and becomes undamped when the metallic trigger object is brought near to the metallic coating of the active face of the coil.

Description

Die Erfindung betrifft einen induktiven Näherungsschalter mit Spule mit metallischer aktiver Fläche gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.The invention relates to an inductive proximity switch with a coil metallic active surface according to the preamble of claim 1.

Es sind induktive Näherungsschalter bekannt, die als aktive Fläche ein tiefgezogenes oder spanend bearbeitetes Teil aus Edelstahl verwenden. Dieses Teil wird mit der zylindrischen metallischen Gewindehülse entweder verschweißt oder verklebt. Dabei wird das von herkömmlichen induktiven Näherungsschaltern bekannte Prinzip der Bedämpfung durch ein sich näherndes Objekt beibehalten.Inductive proximity switches are known which act as an active surface Use deep-drawn or machined parts made of stainless steel. This part comes with the cylindrical metallic threaded sleeve either welded or glued. This is done by conventional inductive proximity switches known principle of damping by maintain an approaching object.

Die aktive Fläche aus Edelstahl bewirkt jedoch eine starke Vorbedämpfung der Spule des induktiven Näherungsschalters. Da die magnetischen und elektrischen Eigenschaften von Edelstahl stark streuen und außerdem in starkem Maße von der Vorbehandlung (Umformung, Zerspanung, Temperatureinfluß) abhängen, ist die Vorbedämpfung der Spule nicht reproduzierbar.The active surface made of stainless steel creates a strong one Predamping the coil of the inductive proximity switch. Since the magnetic and electrical properties of stainless steel strong sprinkle and also to a large extent from the pretreatment (Forming, machining, temperature influence) depend on Predamping of the coil cannot be reproduced.

Des weiteren ist durch den Skineffekt eine niedrige Schwingfrequenz erforderlich, wodurch sich sehr geringe, als Abstandssignal auswertbare Impedanzänderungen sowie geringe Schaltabstände für Nichteisen- Metalle (Reduktionsfaktor) ergeben.Furthermore, due to the skin effect, there is a low oscillation frequency required, so that very small, evaluable as a distance signal Impedance changes and short switching distances for non-ferrous Metals (reduction factor) result.

Ebenso ist das Temperaturverhalten der magnetischen und elektrischen Eigenschaften von Edelstahl in der Regel undefiniert, so daß auch der Temperaturgang des Schaltabstandes stark streut.Likewise, the temperature behavior of the magnetic and electrical Properties of stainless steel are usually undefined, so that the The temperature range of the switching distance is widely scattered.

Durch die DE 35 27 442 C2 ist eine Spule, insbesondere Oszillatorspule eines induktiven Näherungsschalters, bekannt geworden, die einen Ferritkern aufweist, wobei die Stirnflächen des Kerns mindestens teilweise mir einem elektrisch leitenden Material belegt sind, wobei die Belegung am äußeren stirnseitigen Umfang durchgeführt ist.DE 35 27 442 C2 is a coil, in particular an oscillator coil of an inductive proximity switch, has become known Has ferrite core, the end faces of the core at least partially covered with an electrically conductive material, the Assignment is carried out on the outer end circumference.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Näherungsschalter der eingangs genannten Gattung zu schaffen, der bei Verwendung einer metallischen Stirnfläche eindeutig reproduzierbare Verhältnisse besitzt und der mechanisch robust, chemisch beständig und wasser- wie auch gasdicht sein soll.The invention has for its object a proximity switch to create the type mentioned, which when using a metallic face has clearly reproducible conditions  and the mechanically robust, chemically resistant and water- as well should be gastight.

Die Lösung der Aufgabe besteht erfindungsgemäß darin, daß die metallische Belegung der aktiven Fläche der Spule aus einem Material besteht, welches über die Temperatur konstante magnetische und elektrische Eigenschaften sowie eine hohe elektrische Skintiefe besitzt und daß der Oszillator in Ruhestellung bedämpft ist und bei Annäherung des metallischen Auslöseobjekts an die metallische Belegung der aktiven Fläche der Spule zu entdämpfen imstande ist. Vorzugsweise ist die Oszillatorspule mit einem Kern, vorzugsweise Ferritkern, ausgestattet, wobei die aktive Fläche der Spule und/oder des Ferritkerns vollständig mit dem elektrisch leitenden Material der metallischen Belegung belegt ist.The solution to the problem is that the metallic covering of the active surface of the coil from one material exists, which is constant over the temperature magnetic and has electrical properties and a high electrical skin depth and that the oscillator is damped in the rest position and when approaching of the metallic trigger object to the metallic assignment of the active Is able to dampen the surface of the coil. Preferably, the Oscillator coil equipped with a core, preferably ferrite core, wherein the active surface of the coil and / or the ferrite core completely with the electrically conductive material of the metallic coating is occupied.

Der erfindungsgemäße Näherungsschalter besitzt den Vorteil, daß derselbe absolut reproduzierbare Verhältnisse besitzt. Dabei ist ein Material von Vorteil, dessen Produkt aus elektrischer Leitfähigkeit und reversibler Permeabilität möglichst klein ist, um eine hohe Eindringtiefe des Sensorfeldes zu bekommen und damit große Wandstärken zu ermöglichen. Der erfindungsgemäße Näherungsschalter ist vorteilhaft mechanisch robust, chemisch beständig und wasser- wie auch gasdicht.The proximity switch according to the invention has the advantage that has the same absolutely reproducible conditions. There is one Material of advantage, the product of electrical conductivity and reversible permeability is as small as possible to a high depth of penetration to get the sensor field and thus large wall thicknesses enable. The proximity switch according to the invention is advantageous mechanically robust, chemically resistant and water and gas tight.

Durch entsprechende Dimensionierung der Spule, der Kappe und des Oszillators des induktiven Näherungsschalters kann erreicht werden, daß der Oszillator sowohl bei Annäherung von Nichteisen- wie Fe- Metallen durch die Reduzierung der Gesamtverluste entdämpft wird.By appropriate dimensioning of the coil, the cap and the Oscillator of the inductive proximity switch can be reached that the oscillator approaches both non-ferrous and Metals is dampened by reducing total losses.

Die Erfindung stellt einen Näherungsschalter mit oder nahezu mit Reduktionsfaktor = 1 zur Verfügung; ebenso vereint der Näherungs­ schalter eine elektrisch hohe Skintiefe mit Konstanz der magnetischen und elektrischen Eigenschaften über die Temperatur.The invention provides a proximity switch with or almost with Reduction factor = 1 available; the approximation also unites switch an electrically high skin depth with constancy of magnetic and electrical properties over temperature.

Die Stärke der Vorbedämpfung durch die Kappe und damit das Verhalten des Näherungsschalters wird bestimmt durch die Geometrie von Spule, Kern und Kappe, die Leitfähigkeit der Kappe, den Abstand zwischen Spule und Kappe sowie die Schwingfrequenz. The strength of the pre-attenuation by the cap and thus the behavior the proximity switch is determined by the geometry of the coil, Core and cap, the conductivity of the cap, the distance between Coil and cap as well as the oscillation frequency.  

Zur Anwendung kommt beispielsweise eine Kupfer-Nickel-Legierung, zum Beispiel Konstantan. Dieses Material ist nicht ferromagnetisch und hat eine definierte, weitgehend temperaturstabile und gegenüber unlegierten Metallen geringe elektrische Leitfähigkeit.For example, a copper-nickel alloy is used, for example Constantan. This material is not ferromagnetic and has a defined, largely temperature stable and opposite unalloyed metals low electrical conductivity.

Ein Beispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und anschließend beschrieben. Dabei zeigenAn example of the invention is shown in the drawing and then described. Show

Fig. 1 einen Axialschnitt durch eine erfindungsgemäße elektromag­ netische Spule I eines induktiven Näherungsschalters Fig. 1 shows an axial section through an electromagnetic coil I according to the invention of an inductive proximity switch

Fig. 2 einen Axialschnitt durch einen induktiven Näherungsschalter mit der Spule vorgesetzter Kappe, die bündig im Näherungs­ schalter angeordnet ist und Fig. 2 shows an axial section through an inductive proximity switch with the coil in front cap, which is arranged flush in the proximity switch and

Fig. 3 einen Axialschnitt durch einen induktiven Näherungsschalter dessen Kappe die Stirnwand nichtbündig überragt. Fig. 3 shows an axial section through an inductive proximity switch whose cap does not protrude flush from the end wall.

Gemäß der Fig. 1 besitzt der Näherungsschalter eine Spule 1, die vorzugsweise in einem Kern 2 angeordnet ist, der vorzugsweise als Halb­ schalenkern 2 aus einem Ferrit-Material aufgebaut ist. Die im Axialschnitt dargestellte Schalenkernhälfte 2 weist im Prinzip eine Topfform auf mit einer äußeren umlaufenden Ringwandung 4 und einer inneren umlaufenden Ringwandung 3, die als Mittelzapfen 3 mit einer zentrischen Bohrung 7 gestaltet ist, wobei die äußere und innere Ringwandung 3, 4 integral miteinander verbunden sind, wie es in Fig. 1 gezeigt ist. Der Schalenkern 2 ist rotationssymmetrisch zur Mittelachse. Zwischen dem Mittelzapfen 3 und der äußeren Ringwand 4 ist der eigentliche Spulenkörper 6 mit einer entsprechenden Anzahl von Drahtwindungen sowie Wicklungsabgriffen 11 angeordnet, die in bekannter Weise zu einem Oszillator 12 führen, an den eine Auswerteschaltung 13 angeschlossen ist.According to FIG. 1, the proximity switch has a coil 1, which is preferably arranged in a core 2, which is preferably pot core as half is composed of a ferrite material 2. The shell core half 2 shown in axial section has in principle a pot shape with an outer circumferential ring wall 4 and an inner circumferential ring wall 3 , which is designed as a central pin 3 with a central bore 7 , the outer and inner ring walls 3 , 4 being integrally connected to one another as shown in FIG. 1. The shell core 2 is rotationally symmetrical to the central axis. Between the center pin 3 and the outer ring wall 4 , the actual coil body 6 is arranged with a corresponding number of wire windings and winding taps 11 , which lead in a known manner to an oscillator 12 to which an evaluation circuit 13 is connected.

Auf der Stirnfläche des Kernes 2 bzw. der Spule 6, d. h. auf der aktiven Fläche der Spule 6 und/oder des Ferritkerns 2, ist eine metallische Belegung 8 angeordnet, die aus einem Material besteht, welches über die Temperatur konstante magnetische und elektrische Eigenschaften aufweist sowie eine hohe elektrische Skintiefe besitzt. Die metallische Belegung 8 besitzt vorzugsweise von der Spule 6 bzw. dem Kern 2 einen Abstand 5 und bedeckt vorzugsweise die Spule und/oder den Kern vollständig. Bei spezifischer Materialwahl kann die metallische Belegung direkt auf der Spule bzw. dem Kern ohne Abstand aufliegen.On the end face of the core 2 or the coil 6 , ie on the active surface of the coil 6 and / or the ferrite core 2 , a metallic coating 8 is arranged, which consists of a material that has constant magnetic and electrical properties over the temperature and has a high electrical skin depth. The metallic coating 8 is preferably at a distance 5 from the coil 6 or the core 2 and preferably completely covers the coil and / or the core. With a specific choice of material, the metallic coating can rest directly on the spool or the core without a gap.

Der Oszillator 12 ist erfindungsgemäß in Ruhestellung bedämpft, bei Annäherung des metallischen Auslöseobjekts 10 an die metallische Belegung 8 der aktiven Fläche der Spule 1 und/oder des Ferritkerns 2 wird der Oszillator 12 entdämpft.According to the invention, the oscillator 12 is damped in the rest position; when the metallic release object 10 approaches the metallic coating 8 of the active surface of the coil 1 and / or the ferrite core 2 , the oscillator 12 is damped.

Vorzugsweise besitzt das Material der metallischen Belegung 8 eine geringe elektrische Leitfähigkeit; das Produkt aus elektrischer Leitfähig­ keit und reversibler Permeabilität des Materials ist möglichst klein.The material of the metallic coating 8 preferably has a low electrical conductivity; the product of electrical conductivity and reversible permeability of the material is as small as possible.

In der technischen Ausführung besteht das Material der Belegung 8 beispielsweise aus Konstantan oder aus einer anderen Kupfer-Nickel- Legierung. Die metallische Belegung 8 kann beispielsweise, wie in der Figur gezeigt, eine Topf- oder Kappenform aufweisen mit einem umlaufenden peripheren Rand 9 und ist auf den Kern 2, vorzugsweise mit Abstand 5, aufgesetzt, wobei der Rand 9 von außen die Ringwand des Kerns 2 teilweise überragt.In the technical version, the material of the covering 8 consists, for example, of constantan or another copper-nickel alloy. The metallic covering 8 can, for example, as shown in the figure, have a pot or cap shape with a peripheral peripheral edge 9 and is placed on the core 2 , preferably at a distance of 5 , the edge 9 from the outside of the ring wall of the core 2 partially towered over.

Fig. 2 zeigt einen induktiven Näherungsschalter 14 mit einem zylindri­ schen Gehäuse 15, auf dessen Stirnfläche bündig eine metallische Kappe 17 angeordnet ist, hinter der sich innerhalb des Gehäuses 15 eine Spule 16 einer Oszillatorschaltung befindet. An der Spule 16 ist ein Schaltungsträger 19 angeordnet, der alle weiteren elektrischen Elemente einschließlich des Oszillators trägt und der nach außen mit einem Anschlußkabel 18 verbunden ist. Fig. 2 shows an inductive proximity switch 14 with a cylindri's housing 15 , on the end face of which a metallic cap 17 is arranged, behind which there is a coil 16 of an oscillator circuit within the housing 15 . A circuit carrier 19 is arranged on the coil 16 , which carries all further electrical elements including the oscillator and which is connected to the outside with a connecting cable 18 .

Fig. 3 zeigt einen ähnlichen induktiven Näherungsschalter 20, der am stirnseitigen Ende seines Gehäuses eine Kappe 21 mit einem hohen, umlaufenden Rand trägt, die die Stirnfläche des Näherungsschalters 20 überragt, wobei die Spule 16 der Oszillatorschaltung innerhalb der Kappe 21 angeordnet ist. Fig. 3 shows a similar inductive proximity switch 20 , which carries at the front end of its housing a cap 21 with a high circumferential edge which projects above the end face of the proximity switch 20 , the coil 16 of the oscillator circuit being arranged inside the cap 21 .

Durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung des Näherungsschalter ist der Reduktionsfaktor für Nichteisenmetalle eins oder nahezu eins.The inventive design of the proximity switch the reduction factor for non-ferrous metals one or almost one.

Claims (8)

1. Induktiver Näherungsschalter (14, 20) mit Spule (1, 16), insbesondere Oszillatorspule, wobei die einem metallischen Auslöseobjekt (10) zugewandte aktive Fläche der Spule (1, 16) wenigstens teilweise mit einem elektrisch leitenden Material (8, 17, 21) belegt ist, sowie einem Oszillator (12) mit einer Auswerteschaltung (13), dadurch gekennzeichnet, daß die metallische Belegung (8, 17, 21) der aktiven Fläche der Spule (1, 16) aus einem Material besteht, welches über die Temperatur konstante magnetische und elektrische Eigenschaften sowie eine hohe elektrische Skintiefe besitzt und daß der Oszillator (12) in Ruhestellung bedämpft ist und bei Annäherung des metallischen Auslöseobjekts (10) an die metallische Belegung (8, 17, 21) der aktiven Fläche der Spule (1, 16) zu entdämpfen imstande ist.1. Inductive proximity switch ( 14 , 20 ) with coil ( 1 , 16 ), in particular oscillator coil, the active surface of the coil ( 1 , 16 ) facing a metallic triggering object ( 10 ) at least partially with an electrically conductive material ( 8 , 17 , 21 ) is occupied, and an oscillator ( 12 ) with an evaluation circuit ( 13 ), characterized in that the metallic coating ( 8 , 17 , 21 ) of the active surface of the coil ( 1 , 16 ) consists of a material which via the Has constant magnetic and electrical properties as well as a high electrical skin depth and that the oscillator ( 12 ) is damped in the rest position and when the metallic release object ( 10 ) approaches the metallic coating ( 8 , 17 , 21 ) of the active surface of the coil ( 1 , 16 ) is able to dampen. 2. Induktiver Näherungsschalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Material der metallischen Belegung (8, 17, 21) eine geringe elek­ trische Leitfähigkeit besitzt und das Produkt aus elektrischer Leitfähigkeit und reversibler Permeabilität des Materials möglichst klein ist.2. Inductive proximity switch according to claim 1, characterized in that the material of the metallic coating ( 8 , 17 , 21 ) has a low electrical conductivity and the product of electrical conductivity and reversible permeability of the material is as small as possible. 3. Induktiver Näherungsschalter nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Material der metallischen Belegung (8, 17,21) aus Konstantan besteht.3. Inductive proximity switch according to claim 1 or 2, characterized in that the material of the metallic coating ( 8 , 17.21 ) consists of constantan. 4. Induktiver Näherungsschalter nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Material der metallischen Belegung (8, 17, 21) eine andere von Konstantan abweichende Kupfer-Nickel-Legierung ist.4. Inductive proximity switch according to claim 1 or 2, characterized in that the material of the metallic coating ( 8 , 17 , 21 ) is another copper-nickel alloy different from constantan. 5. Induktiver Näherungsschalter nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die metallische Belegung Topf- oder Kappenform (8, 17, 21) aufweist mit einem umlaufenden peripheren Rand (9). 5. Inductive proximity switch according to one of the preceding claims, characterized in that the metallic coating has a pot or cap shape ( 8 , 17 , 21 ) with a peripheral peripheral edge ( 9 ). 6. Induktiver Näherungsschalter nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Kappe (17, 21) des induktiven Näherungsschalters (14, 20) bündig oder nichtbündig mit der Stirnfläche des Näherungsschalters (14, 20) gestaltet ist.6. Inductive proximity switch according to claim 5, characterized in that the cap ( 17 , 21 ) of the inductive proximity switch ( 14 , 20 ) is designed flush or non-flush with the end face of the proximity switch ( 14 , 20 ). 7. Induktiver Näherungsschalter nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Reduktionsfaktor für Nichteisenmetalle eins oder nahezu eins ist.7. Inductive proximity switch according to one of the preceding claims, characterized, that the reduction factor for non-ferrous metals is one or almost one. 8. Induktiver Näherungsschalter nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Oszillatorspule mit einem Kern (2), vorzugsweise Ferritkern (2), ausgestattet ist und die aktive Fläche der Spule (1, 16) und/oder des Ferritkerns (2) vollständig mit dem elektrisch leitenden Material der metallischen Belegung (8, 17, 21) belegt ist.8. Inductive proximity switch according to one of the preceding claims, characterized in that the oscillator coil is equipped with a core ( 2 ), preferably ferrite core ( 2 ), and the active surface of the coil ( 1 , 16 ) and / or the ferrite core ( 2 ) is completely covered with the electrically conductive material of the metallic coating ( 8 , 17 , 21 ).
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