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Die
Erfindung betrifft ein Sensorbauteil eines induktiven Näherungsschalters,
mit einer Spule und ggf. einem Schalenkern, wobei die Spule einen
Spulenanfang und ein Spulenende aufweist und sich sowohl an den
Spulenanfang als auch an das Spulenende jeweils ein freies Ende
zum Anschluß an
die Elektronik des Näherungsschalters
anschließt.
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Induktive
Näherungsschalter
haben für
den industriellen Einsatz nahezu ideale Voraussetzungen. Ihre Arbeitsweise
ist berührungslos
und damit verschleißfrei,
sie ermöglichen
hohe Schaltfrequenzen und Schaltgenauigkeiten und sind unempfindlich gegenüber Vibrationen,
Staub und Feuchtigkeit. Aus diesem Grunde sind induktive Näherungsschalter millionenfach
im Einsatz und beweisen seit Jahrzehnten ihre Zuverlässigkeit
in allen Bereichen. Von diesen "Klassikern" unter den elektronischen
Sensoren gibt es aus diesem Grunde unzählige Varianten und Sonderbauformen.
All diesen induktiven Näherungsschaltern
ist jedoch gemeinsam, daß sie
eine Spule als Teil eines von außen beeinflußbaren Oszillators
aufweisen, wobei die Spule häufig
in einen Schalenkern eingelegt ist, der die Form des aus der Spule
austretenden elektrischen Feldes formt.
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Die
Spule besteht nun in der Regel aus einem aus mehreren Litzen bestehendem
Draht, der beispielsweise auf einem Wickelautomat zu einer Spule
mit vorgegebener Windungszahl gewickelt wird. Eine solche Spule
besteht somit aus einem Spulenanfang und einem Spulenende, wobei
sich sowohl an dem Spulenanfang als auch an dem Spulenende jeweils
ein freies Drahtende befindet. Diese beiden freien Enden werden
zum Anschluß der
Spule an die Elektronik des Näherungsschalters
verwendet; Elektronik meint zusammengefaßt alle übrigen, zu dem Näherungsschalter
gehörenden
Bauteile.
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Da,
wie erwähnt,
induktive Näherungsschalter
in sehr großer
Stückzahl
produziert werden, gibt es immer wieder Anstrengungen, die Fertigung
solcher Näherungsschalter
einfacher zu gestalten, um dadurch die Produktionszeit zu verkürzen. Der
vorliegenden Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, Maßnahmen
anzugeben, die eine einfachere Fertigung des Sensorbauteils eines
induktiven Näherungsschalters
ermöglichen.
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Die
zuvor hergeleitete und aufgezeigte Aufgabe ist gemäß, einer
ersten Lehre der Erfindung zunächst
dadurch gelöst,
daß die
Spule so gewickelt ist, daß der
Spulenanfang und das Spulenende um ca. 180° zueinander versetzt angeordnet
sind. Durch eine derartige Ausgestaltung der Spule ist sichergestellt,
daß die
freien Enden zum Anschluß an
die Elektronik des Näherungsschalters
einen maximalen Abstand voneinander haben, so daß auch bei Spulen mit einem
sehr kleinen Durchmesser das Anlöten
der freien Enden an die Anschlüsse
optimal möglich
ist.
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Gemäß einer
ersten Ausgestaltung der Erfindung weist das Sensorbauteil ein rotationssymmetrisches,
sich nach hinten verjüngendes
Bauteil auf, das an der Rückseite
der Spule bzw. an der Rückseite
des Schalenkerns befestigt ist und auf dem zumindest die elektrischen
Anschlüsse
für die
Spule angeordnet sind. Ein solches Bauteil, das bevorzugt kegelstumpfförmig und
aus Kunststoff ausgebildet ist, dient somit gleichzeitig als Anlagefläche für die freien Enden
der Spule, wodurch diese vor Beschädigungen geschützt werden.
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Eine
weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung besteht darin,
daß auf
dem sich verjüngenden
Bauteil ein Leiterfilm angeordnet ist, auf dem sich neben den Anschlüssen für die Spule
weitere elektrische Bauelemente befinden, zumindest jedoch ein Abgleichwiderstand.
Durch die Flexibilität
des Leiterfilms kann dieser besonders eng auf dem sich verjüngenden
Bauteil aufgebracht werden, beispielsweise auch direkt aufgeklebt
werden, so daß insgesamt
ein sehr stabiles und kompaktes Sensorbauteil entsteht, was zu dem
noch schnell und einfach zu fertigen ist. Befinden sich neben den
Anschlössen
für die
Spule weitere elektrische Bauelemente, zumindest jedoch ein Abgleichwiderstand
auf dem Leiterfilm, so steht ein zusammengebautes Sensorbauteil
zur Verfügung,
das in einem letzten Arbeitsschritt nur noch mit dem Elektronikteil
des induktiven Näherungsschalters
verbunden werden muß.
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Gemäß einer
zweiten, alternativen Ausgestaltung der Erfindung weist das Sensorbauteil
einen Anschlußleiterfilm
auf, auf dem die Spule und ggf. der Schalenkern aufgebracht sind.
Durch die separate Ausführung
eines Anschlußleiterfilms
ist ein besonders einfaches Anlöten
der freien Enden der Spule an die Anschlüsse möglich, da eine Behinderung
durch ein die Spule umgebendes Gehäuse vermieden wird.
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Vorteilhafterweise
gehört
zu dem Sensorbauteil ein die Spule und ggf. den Schalenkern abdeckender
topfförmiger
Deckel. Der Deckel weist einen Mittelzapfen auf, der zur Zentrierung
der Spule bzw. des Schalenkerns im Deckel dient. Mit Hilfe eines
auf den Mittelzapfen aufsteckbaren Klemmteils wird die Spule bzw.
der Schalenkern in dem Deckel fixiert. Dabei kann die Fixierung
sowohl durch eine Preßpassung
als auch durch eine Rastung zwischen dem Mittelzapfen und dem Klemmteil
erfolgen. Durch beide Maßnahmen
wird eine sichere, aber dennoch lösbare Fixierung der Spule in
dem Deckel gewährleistet.
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Gemäß einer
zweiten Lehre der Erfindung ist bei dem eingangs beschriebenen Sensorbauteil,
welcher auch einen Deckel aufweist, zwischen der Spule und der Deckelinnenseite
eine dünne,
magnetisch nicht leitende und mit Masse verbundene Schicht angeordnet.
Wird die Sensorfläche
eines induktiven Näherungsschalters
mit einer Flüssigkeit,
beispielsweise einer Waschlauge benetzt oder besprüht, so kann dies
zur Vergrößerung des
Schaltabstandes führen. Ein
richtig eingestellt bzw. ausgewählter
Schaltabstand ist jedoch Voraussetzung für das fehlerfreie Schalten
eines Näherungsschalters.
Durch die erfindungsgemäße Anordnung
einer dünnen,
magnetisch nicht leitenden Schicht zwischen der Spule und der Deckelinnenseite
wird die Schaltabstandvergrößerung bei
Benetzung der Sensorfläche
mit einer Flüssigkeit
verringert.
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Nach
einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung sowohl
nach der ersten als auch nach der zweiten Lehre ist ein Abschnitt
des Anschlußleiterfilms
einseitig mit Kupfer beschichtet und zwischen der Spule und der
Deckelinnenseite angeordnet.
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Im
einzelnen gibt es nun eine Vielzahl von Möglichkeiten, das erfindungsgemäße Sensorbauteil auszugestalten.
Dazu wird verwiesen einerseits auf die den Patentansprüchen 1 und
13 nachgeordneten Patentansprüche,
andererseits auf die Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele
in Verbindung mit der Zeichnung. In der Zeichnung zeigen
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1 die
Spule eines erfindungsgemäßen Sensorbauteils,
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2 ein
erfindungsgemäßes Sensorbauteil mit
einer Spule und einem Schalenkern,
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3 einen
Querschnitt durch eine erste bevorzugte Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Sensorbauteils,
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4 eine
auf einem Anschlußleiterfilm
befestigte, zu einem erfindungsgemäßen Sensorbauteil gehörende Spule,
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5 einen
Querschnitt durch eine zweite bevorzugte Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Sensorbauteils,
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6 einen
Querschnitt durch eine bevorzugte Ausführungsform eines Sensorbauteils
gemäß der zweiten
Lehre der Erfindung und
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7 einen
Anschlußleiterfilm
zur Verwendung gemäß der zweiten
Lehre der Erfindung, bei dem ein Abschnitt des Anschlußleiterfilms
eine dünne
strukturierte Kupferschicht aufweist.
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Der
Unterschied zwischen den in den 1 und 2 dargestellten
Gegenständen
besteht lediglich darin, daß es
sich bei der in 1 dargestellten Spule 1 um
eine Luftspule handelt, während
die in 2 dargestellte Spule 1 in einen Schalenkern 2 eingelegt
ist. Beiden Spulen 1 ist gemeinsam, daß sie einen Spulenanfang 3 und
ein Spulenende 4 aufweisen und sich sowohl an den Spulenanfang 3 als
auch an das Spulenende 4 jeweils ein freies Ende 5, 6 anschließt. Die
freien Enden 5, 6 dienen zum Anschluß der Spule 1 an
die hier nicht dargestellte Elektronik des Näherungsschalters. Der Schalenkern 2 besteht üblicherweise
aus hochpermeablen Ferrittmaterial und dient dazu, die Form des
aus der Spule 1 austretenden elektromagnetischen Wechselfeldes
positiv zu beeinflussen.
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In 3 ist
ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel
des Sensorbauteils dargestellt, bei dem das Sensorbauteil neben
der Spule 1 und dem Schalenkern 2 noch ein kegelstumpfförmiges Bauteil 7 aufweist,
welches vorzugsweise aus Kunststoff hergestellt ist. Das kegelstumpfförmige Bauteil 7 ist
an der Rückseite 8 des
Schalenkerns 2 befe stigt und weist elektrische Anschlüsse 9 für die Spule 1 auf.
Genauer gesagt ist auf dem kegelstumpfförmigen Bauteil 7 ein
Leiterfilm 10 aufgebracht, vorzugsweise aufgeklebt, auf
dem sich neben den Anschlüssen 9,
an denen die freien Enden 5, 6 angelötet werden
können, auch
noch ein Abgleichwiderstand 11 oder sonstige elektrische
Bauelemente befinden können.
Durch die Flexibilität
des Leiterfilms 10 kann dieser direkt auf das kegelstumpfförmige Bauteil 7 aufgeklebt
werden, so daß sich
die Anschlüsse 9 an
der schrägen
Außenfläche des
Bauteils 7 befinden. Die freien Enden 5 und 6 können somit
an der schrägen
Außenfläche des
kegelstumpfförmigen
Bauteils 7 anliegen, wodurch sowohl das Anlöten der
freien Enden 5 und 6 der Spule 1 an die
Anschlüsse 9 einfacher
möglich
ist als auch die freien Enden 5, 6 vor Beschädigung geschützt sind.
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Besonders
vorteilhaft ist es, wenn, wie in 3 dargestellt,
der Schalenkern 2 eine Aufnahme 12 für das kegelstrumpfförmige Bauteil 7 aufweist,
da dadurch erstens eine einfache Befestigung des Bauteils 7 an
dem Schalenkern 2 möglich
ist und zweitens die Rückseite 8 des
Schalenkerns 2 durch das Bauteil 7 abgedeckt und
somit vor Beschädigung
geschützt
ist. Auch kann somit auf einfache Weise der Schalenkern 2 zusammen
mit der Spule 1 in einen Deckel 14 eingelegt werden,
bevor das gesamte Sensorbauteil anschließend vergossen wird.
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Bei
dem in 4 dargestellten Sensorbauteil ist die Spule 1 auf
einem Anschlußleiterfilm 13 befestigt,
auf dem die freien Enden 5 und 6 auf dazu korrespondierenden
Lötpunkten 15 und 16 angelötet sind.
Das Befestigen der Spule 1 auf dem Anschlußleiterfilm 13 ist
dadurch besonders einfach, daß zum einen
der Spulenanfang 3 und das Spulenende 4 um 180° zueinander
versetzt angeordnet sind und in der gleichen Ebene liegen, zum anderen
dadurch, daß das
Anlöten
der freien Enden 5, 6 auf dem freien Anschlußleiterfilm 13 erfolgt,
ohne daß irgendwelche Gehäuseteile
beim Montagevorgang stören.
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Die 5 und 6 zeigen
ein Sensorbauteil, bei dem eine, gemäß 4 auf einem
Anschlußleiterfilm 13 befestigte
Spule 1 zusammen mit einem Schalenkern 2 in einem
Deckel 14 eingelegt ist. Der Deckel 14 weist einen
Mittelzapfen 17 auf, der zum einen zur Zentrierung der
Spule 1 und des Schalenkerns 2 dient, zum anderen
zusammen mit einer flachen Ringscheibe 18 der Fixierung
der Spule 1 bzw. des Schalenkerns 2 in dem Deckel 14 dient.
Die Ringscheibe 18 kann dabei beispielsweise durch ein Preßpassung
oder durch eine Verrastung auf dem Mittelzapfen 17 festgesetzt
sein. Dadurch wird eine feste und sichere, aber dennoch wieder lösbare Fixierung
der Spule 1 bzw. des Schalenkerns 2 in dem Deckel 14 erreicht.
Der Anschlußleiterfilm 13 ist
bezüglich
der Spule 1 unsymmetrisch, so daß ein Endbereich 19 des
Anschlußleiterfilms 13 über den
Deckelrand 20 hinausragt. Hierdurch ist ein einfacher Anschluß des Anschlußleiterfilms 13 bzw.
der Spule 1 an die Elektronik des Näherungsschalters möglich, welche
beispielsweise auf einem weiteren Leiterfilm aufgebracht ist und
von einem Gehäuse
umgeben wird.
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Der
Unterschied zwischen den in den 5 und 6 dargestellten
Gegenständen
besteht darin, daß bei
dem Sensorbauteil gemäß 5 der
Anschlußleiterfilm 13 entlang
der Rückseite 8 des
Schalenkerns 2 verläuft,
während
bei dem Sensorbauteil, wie er in 6 dargestellt
ist, zwischen der Spule 1 und der Deckelinnenseite 21 ein
die Spule 1 abdeckender Abschnitt 22 des Anschlußleiterfilms 13 angeordnet
ist.
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7 zeigt
eine Ausführung
eines Anschlußleiterfilms 13,
bei dem ein Abschnitt 22 eine dünne strukturierte Kupferschicht 23 aufweist.
Der Abschnitt 22 des Anschlußleiterfilms 13 wird
beim Einlegen der Spule 1 in den Deckel 14 so
angeordnet, daß er
sich zwischen der Deckelinnenseite 21 und der Vorderfläche 24 der
Spule 1 befindet. Die Gesamtschichtdicke des Anschlußleiterfilms 13 beträgt etwa
100 bis 120 μm
und die Kupferschicht zwischen 10 und 50 μm, bevorzugt etwa 35 μm beträgt. Die
strukturierte Kupferschicht 23 bildet einen elektrisch
nicht geschlossenen Kreis 25 mit strahlenförmiger Struktur
bis zur Mitte des Kreises 25. Durch das Loch 26 im
Abschnitt 22 des Anschlußleiterfilms 13 wird
der Abschnitt 22 über
den Mittelzapfen 17 des Deckels 14 geschoben.
Die Deckeltiefe beträgt
je nach Baugröße des induktiven
Näherungsschalters zwischen
40 und 90% des Deckeldurchmessers.
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Wird
der Außendurchmesser
des Mittelzapfens 17 für
verschiedene Größen von
Spule 1, Schalenkern 2 und Deckel 14 konstant
gehalten, so kann stets die gleiche Ringscheibe 18 verwendet
werden, was den Fertigungsaufwand verringert.
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Selbstverständlich ist
die Lehre der Erfindung weder auf runde Spulen 1 noch auf
kreissymmetrische Bauteile 7 beschränkt, sie kann beispielsweise
genauso gut auf rechteckige Spulen und entsprechend quaderförmige Bauteile,
die an der Rückseite
der Spule oder des Schalenkerns befestigbar sind, angewendet werden.