DE4233325B4

DE4233325B4 - Induktiver Näherungsschalter

Info

Publication number: DE4233325B4
Application number: DE4233325A
Authority: DE
Inventors: Meinrad Dipl.-Ing. Sauter; Reiner Dipl.-Phys. Dr. Claußen; Albert Dipl.-Phys. Dr. Wölfle; Jean-Luc Dipl.-Ing. Lamarche
Original assignee: IFM Electronic GmbH
Current assignee: IFM Electronic GmbH
Priority date: 1992-10-05
Filing date: 1992-10-05
Publication date: 2008-11-20
Anticipated expiration: 2012-10-06
Also published as: DE4233325A1

Abstract

Induktiver Näherungsschalter mit einer mindestens eine Sensorspule und einen Ferritkern aufweisenden Sensorinduktivität, wobei der Ferritkern Uförmig ausgeführt ist, dadurch gekennzeichnet, daß auf der der aktiven Fläche abgewandten Seite des Ferritkerns (4) eine Vorbedämpfung (10) vorgesehen ist und der Vorbedämpfungsabstand (A_D) gleich oder etwas größer ist als es der Stegdicke (D) des U-Steges (5) des Ferritkerns (4) entspricht.

Description

Die Erfindung betrifft einen induktiven Näherungsschalter mit einer mindestens eine Sensorspule und einen Ferritkern aufweisenden Sensorinduktivität, wobei der Ferritkern U-förmig ausgeführt ist.
Induktive Näherungsschalter, also elektronische Schaltgeräte, sind kontaktlos ausgeführt und werden seit mehr als zwanzig Jahren in zunehmendem Maße anstelle von elektrischen, mechanisch betätigten Schaltgeräten, die kontaktbehaftet ausgeführt sind, verwendet, insbesondere in elektrischen bzw. elektronischen Meß-, Steuer- und Regelkreisen. Mit Näherungsschaltern, also auch mit induktiven Näherungsschaltern, wird induziert, ob sich ein Beeinflussungselement, für das der entsprechende Näherungsschalter sensitiv ist, dem Näherungsschalter hinreichend weit genähert hat. Hat sich nämlich ein Beeinflussungselement, für das der entsprechende Näherungsschalter sensitiv ist, dem Näherungsschalter hinreichend weit genähert, so steuert ein einen wesentlichen Bestandteil des Näherungsschalters bildender Anwesenheitsindikator einen elektronischen Schalter um; bei einem als Schließer ausgeführten Näherungsschalter wird der nichtleitende elektronische Schalter nunmehr leitend, während bei einem als Öffner ausgeführten Schaltgerät der leitende elektronische Schalter nunmehr sperrt.
Funktionsnotwendiger Bestandteil induktiver Näherungsschalter ist jeweils mindestens eine Sensorinduktivität, die in der Regel mindestens eine Sensorspule und einen Ferritkern aufweist. Dabei kann die Sensorinduktivität zusammen mit einer Schwingkreiskapazität einen Schwingkreis bilden, der seinerseits Bestandteil eines Oszillators sein kann. Zwingend notwendig für einen induktiven Näherungsschalter ist jedoch nicht, daß die Sensorinduktivität zusammen mit einer Schwingkreiskapazität einen Schwingkreis bildet.
Bei induktiven Näherungsschaltern fließt, wodurch auch immer veranlaßt, in der Sensorspule der Sensorinduktivität ein Wechselstrom, zumeist mit einer Frequenz in der Größenordnung von etwa 200 kHz. Der in der Sensorspule fließende Wechselstrom baut im Umfeld der Sensorspule ein elektromagnetisches Wechselfeld auf. Wird in das elektromagnetische Wechselfeld der Sensorspule ein elektrisch leitendes Beeinflus sungselement, zumeist eine Metallfahne, eingebracht, so werden – gemäß dem Induktionsgesetz – in dem elektrisch leitenden Beeinflussungselement Wirbelströme induziert. Es wird also dem Stromkreis, zu dem die Sensorspule gehört, elektrische Energie entzogen; der Stromkreis, zu dem die Sensorspule gehört, wird bedämpft.
Häufig wird bei induktiven Näherungsschaltern die Forderung gestellt, daß bei vorgegebenen äußeren Abmessungen ein möglichst hoher Ansprechabstand erreichbar ist (vgl. die Literaturstelle "Elektronik Informationen", Nr. 2, 1992, Seiten 66/67). Bei den meisten induktiven Näherungsschaltern ist der Ferritkern der Sensorinduktivität schalenförmig ausgeführt. Allgemein geht man davon aus, daß der maximal ausnutzbar erreichbare Ansprechabstand dem Durchmesser des schalenförmig ausgeführten Ferritkerns der Sensorinduktivität entspricht. Dabei ist vielfach versucht worden, zu einem noch etwas größeren Ansprechabstand zu kommen (vgl. die DE-PSen 28 27 951 und 31 45 132 sowie die Literaturstelle "Elektronik Informationen", aaO).
Aus der DE 35 05 765 C2 ist ein induktiver Näherungsschalter bekannt, bei dem der Ferritkern der Sensorinduktivität U-förmig ausgeführt ist. Dadurch ergibt sich für die Ausbreitung des elektromagnetischen Wechselfeldes aus der aktiven Fläche der Sensorinduktivität heraus gegenüber einer Sensorinduktivität mit einem schalenförmigen Ferritkern – bei würfelförmiger Ausführung – eine um etwa den Faktor 2 größere Basisbreite. Das ist die wesentliche Voraussetzung für das Erreichen eines größeren Ansprechabstandes.
Aus der DE 31 45 132 C1 ist ein anderer induktiver Näherungsschalter bekannt, dessen Ferritkern schalenförmig bzw. topfförmig ausgeführt ist. Bei einem Ausführungsbeispiel, bei dem Ferritkern etwa einen W-Querschnitt aufweist, ist der Kern bodenseitig mit einer allseits vorstehenden metallischen Abschirmplatte versehen, die magnetische Streuverluste reduziert.
Es ist nun erkannt worden, daß der induktive Näherungsschalter, von dem die Erfindung ausgeht, der einen U-förmigen Ferritkern aufweist, also einen relativ großen Ansprechabstand hat, relativ empfindlich ist gegen eine rückwärtige Beeinflussung.
Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, einen induktiven Näherungsschalter anzugeben, bei dem die rückwärtige Beeinflussungsempfindlichkeit reduziert ist.
Der erfindungsgemäße induktive Näherungsschalter, bei dem die zuvor aufgezeigte Aufgabe gelöst ist, ist nun zunächst und im wesentlichen dadurch gekennzeichnet, daß auf der der aktiven Fläche abgewandten Seite des Ferritkerns eine Vorbedämpfung vorgesehen ist und der Vorbedämpfungsabstand gleich oder etwas größer ist als es der Stegdicke des U-Steges des Ferritkerns entspricht.
Besonders vorteilhaft ist es, wenn als Vorbedämpfung eine dünnes Kupferblech bzw. eine Kupferfolie vorgesehen ist.
Im einzelnen gibt es nun verschiedene Möglichkeiten, den erfindungsgemäßen induktiven Näherungsschalter auszugestalten und weiterzubilden. Dazu wird verwiesen einerseits auf die dem Patentanspruch 1 nachgeordneten Patentansprüche, andererseits auf die folgende Beschreibung eines zeichnerisch dargestellten Ausführungsbeispiels. In der Zeichnung zeigt
1 einen Schnitt durch ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel einer Sensorinduktivität eines erfindungsgemäßen induktiven Näherungsschalters und
2 eine Draufsicht auf die in 1 dargestellte Sensorinduktivität.
Die 1 und 2 zeigen die Sensorinduktivität 1 eines im übrigen nicht dargestellten induktiven Näherungsschalters, wobei die Sensorinduktivität 1 zwei Sensorspulen 2, 3 und einen Ferritkern 4 aufweist. Aus der Zusammenschau der 1 und 2 ist zu erkennen, daß im dargestellten Ausführungsbeispiel der Ferritkern 4 eine – zumindest annähernd – quadratische Grundfläche hat.
Im übrigen gilt für das in den Figuren dargestellte Ausführungsbeispiel, daß der U-Steg 5 des Ferritkerns 4 eine relativ geringe Stegdicke D hat und die U-Schenkel 6, 7 des Ferritkerns 4 eine relativ große Schenkellänge L_Sch haben. Vorzugsweise liegt die Stegdicke D des U-Steges 5 des Ferritkernes 4 bei ca. 20 bis 40% der Steglänge L_St und die Schenkellänge L_Sch der U-Schenkel 6, 7 des Ferritkerns 4 bei ca. 70 bis 80% der Kernbreite B.
Konkret gelten für das dargestellte Ausführungsbeispiel folgende Abmessungen:

a) Kernbreite B des mit quadratischer Grundfläche ausgeführten Ferritkerns 4 = knapp 40 mm,
b) Stegdicke D des U-Steges 5 des Ferritkerns 4 = 5 mm,
c) Steglänge L_St des U-Steges 5 des Ferritkerns 4 = 30 mm,
d) Schenkellänge L_Sch der U-Schenkel 6, 7 des Ferritkerns 4 = 25 mm.

Grundsätzlich bestünde zwar die Möglichkeit, die Sensorinduktivität des erfindungsgemäßen induktiven Näherungsschalters mit einer Sensorspule auszuführen und die Sensorspule auf dem U-Steg des Ferritkerns anzuordnen. Vorzugsweise sind jedoch, wie bereits ausgeführt, zwei Sensorspulen 2, 3 vorgesehen und die Sensorspulen 2, 3 auf den U-Schenkeln 6, 7 des Ferritkerns 4 angeordnet. Bei dieser Ausführungsform ist die seitliche und die rückwärtige Beeinflussungsempfindlichkeit geringer als bei einer Ausführungsform, bei der nur eine Sensorspule vorgesehen und auf dem U-Steg des Ferritkerns angeordnet ist.
Im übrigen zeigt die 1, daß im dargestellten bevorzugten Ausführungsbeispiel die Sensorspulen 2, 3 einlagig ausgeführt sind und zwischen den Sensorspulen 2, 3 und dem U-Steg 5 des Ferritkerns 4 ein spulenfreier Schenkelteil 8, 9 verwirklicht ist. Dadurch, daß zwischen den Sensorspulen 2, 3 und dem U-Steg 5 des Ferritkerns 4 jeweils ein spulenfreier Schenkelteil 8, 9, der bei ca. 20 bis 50% der Schenkellänge LSch liegt, verwirklicht ist, ist die rückwärtige Beeinflussungsempfindlichkeit der Sensorinduktivität 1 reduziert.
Erfindungsgemäß ist auf der der aktiven Fläche abgewandten Seite des Ferritkerns 4 eine Vorbedämpfung 10 – in Form eines dünnen Kupferbleches bzw. einer Kupferfolie – vorgesehen, wobei der Vorbedämpfungsabstand A_D zwischen dem Ferritkern 4 und der Vorbedämpfung 10 relativ groß ist, im dargestellten Ausführungsbeispiel ca. 7 mm beträgt und damit etwas größer ist als es der Stegdicke D des U-Steges 5 des Ferritkerns 4 entspricht.

Claims

Induktiver Näherungsschalter mit einer mindestens eine Sensorspule und einen Ferritkern aufweisenden Sensorinduktivität, wobei der Ferritkern Uförmig ausgeführt ist, dadurch gekennzeichnet, daß auf der der aktiven Fläche abgewandten Seite des Ferritkerns (4) eine Vorbedämpfung (10) vorgesehen ist und der Vorbedämpfungsabstand (A_D) gleich oder etwas größer ist als es der Stegdicke (D) des U-Steges (5) des Ferritkerns (4) entspricht.
Induktiver Näherungsschalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Vorbedämpfung (10) ein dünnes Kupferblech bzw. eine Kupferfolie vorgesehen ist.
Induktiver Näherungsschalter nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Ferritkern (4) eine – zumindest annähernd quadratische Grundfläche hat.
Induktiver Näherungsschalter nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der U-Steg (5) des Ferritkerns (4) eine relativ geringe Stegdicke (D) hat.
Induktiver Näherungsschalter nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Stegdicke (D) des U-Steges (5) des Ferritkerns (4) bei ca. 20 bis 40% der Steglänge (L_St) liegt.
Induktiver Näherungsschalter nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die U-Schenkel (6, 7) des Ferritkerns (4) eine relativ große Schenkellänge (L_Sch) haben.
Induktiver Näherungsschalter nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Schenkellänge (L_Sch) der U-Schenkel (6, 7) des Ferritkerns (4) bei ca. 70 bis 80% der Kernbreite (B) liegt.
Induktiver Näherungsschalter nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Sensorspule auf dem U-Steg des Ferritkerns angeordnet ist.
Induktiver Näherungsschalter nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß zwei Sensorspulen (2, 3) vorgesehen und die Sensorspulen (2, 3) auf den U-Schenkeln (6, 7) des Ferritkerns (4) angeordnet sind.
Induktiver Näherungsschalter nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Sensorspulen (2, 3) feldverstärkend – in Reihe oder parallel – geschaltet sind.
Induktiver Näherungsschalter nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Sensorspule bzw. die Sensorspulen (2, 3) einlagig ausgeführt ist bzw. sind.
Induktiver Näherungsschalter nach einem der Ansprüche 9 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den Sensorspulen (2, 3) und dem U-Steg (5) des Ferritkerns (4) ein spulenfreier Schenkelteil (8, 9) verwirklicht ist.
Induktiver Näherungsschalter nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß der spulenfreie Schenkelteil (8, 9) des Ferritkerns (4) bei ca. 20 bis 50% der Schenkellänge (L_Sch) liegt.