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Die
Erfindung betrifft einen induktiven Näherungsschalter mit einem zumindest
teilweise aus nichtmagnetischem Metall bestehenden Gehäuse, mit
mindestens einer Sendespule, mit zwei symmetrisch zur Sendespule
angeordneten, gegensinnig in Reihe geschalteten Empfangsspulen und
mit einer an die Empfangsspulen angeschlossenen Auswerteschaltung.
Ein solcher Näherungsschalter
ist aus der
deutschen
Offenlegungsschrift 100 03 913 bekannt.
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Induktive
Näherungsschalter,
also elektronische Schaltgeräte,
sind kontaktlos ausgeführt
und werden seit fast vierzig Jahren weitgehend anstelle von elektrischen,
mechanisch betätigten
Schaltgeräten,
die kontaktbehaftet ausgeführt
sind, verwendet, insbesondere in elektrischen und elektronischen Schalt-,
Meß-,
Steuer- und Regelkreisen.
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Mit
induktiven Näherungsschaltern
wird indiziert, ob sich ein elektrisch leitendes, in der Regel ein metallisches
Beeinflussungselement, nachfolgend stets Target genannt, dem Näherungsschalter
hinreichend weit genähert
hat. Hat sich das Target dem induktiven Näherungsschalter hinreichend
weit genähert,
so wird ein zu der Auswerteschaltung gehörender elektronischer Schalter
umgesteuert; bei einem als Schließer ausgeführten Näherungsschalter wird der vorher
nichtleitende elektronische Schalter nunmehr leitend, während bei
einem als Öffner
ausgeführten
Näherungsschalter
der vorher leitende elektronische Schalter nunmehr sperrt.
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Es
gibt nun induktive Näherungsschalter
unterschiedlicher Art.
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Bei
einer ersten Art von induktiven Näherungsschaltern gehört zu diesen
ein Oszillator. Dann gilt, daß Teil
des Oszillators eine Empfangsspule ist oder der Oszillator – mit seinem ”Eingang” – an eine Empfangsspule
angeschlossen ist und daß der
Oszillator Teil der Auswerteschaltung ist oder die Auswerteschaltung
an den Ausgang des Oszillators angeschlossen ist. Zu den induktiven
Näherungsschaltern der
ersten Art, zu denen ein Oszillator gehört, gilt für den Oszillator, solange das
Target einen vorgegebenen Abstand zum induktiven Näherungsschalter noch
nicht erreicht hat, K × V
= 1 mit K = Rückkopplungsfaktor
und V = Verstärkungsfaktor
des Oszillators; d. h. der Oszillator schwingt. Erreicht das Target den
vorgegebenen Abstand, so führt
dies in der Regel zu einer Verringerung des Rückkopplungsfaktors K und des
Verstärkungsfaktors
V, so daß K × V < 1 wird; d. h. die
Schwingungen des Oszillators klingen ab bzw. der Oszillator hört auf zu
schwingen. Abhängig
vom Zustand des Oszillators bzw. der Amplitude der Ausgangsspannung
des Oszillators wird ein zu der Auswerteschaltung gehörender elektronischer Schalter
gesteuert.
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Bei
den beschriebenen induktiven Näherungsschaltern
erster Art wird zur Erfassung der Annährung eines Targets das sogenannte
Wirbelstromverfahren angewendet, bei dem Wirbelstromverluste ausgewertet
werden, die dann entstehen, wenn ein Target in das vom induktiven
Näherungsschalter
ausgehende elektromagnetische Wechselfeld eingebracht wird.
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Das
Wirbelstromverfahren ist mit dem beachtlichen Nachteil verbunden,
daß der
Schaltabstand des induktiven Näherungsschalters
abhängig ist
vom Material des Targets; bezieht man sich auf den Schaltabstand
eines induktiven Näherungsschalters
für ein
ferromagnetisches Target, so beträgt der Schaltabstand des gleichen
induktiven Näherungsschalters
für ein
nicht-ferromagnetisches Target z. B. nur etwa 50%. Bezogen auf den
Schaltabstand, den ein bestimmter induktiver Näherungsschalter für ein ferromagnetisches
Target hat, muß also
für nicht-ferromagnetische
Targets mit einem sogenannten Korrekturfaktor gearbeitet werden.
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Bei
induktiven Näherungsschaltern
in Abhängigkeit
vom Material des Targets mit einem Korrekturfaktor arbeiten zu müssen, ist
schon vor vielen Jahren als nachteilig erkannt worden. Folglich
hat sich die Fachwelt auch schon umfangreich mit dem Problem befaßt, einen
induktiven Näherungsschalter so
auszugestalten, daß er
einen Korrekturfaktor von 1 aufweist, das heißt also daß eine Korrektur nicht erforderlich
ist (vgl. die deutschen Offenlegungs-, Auslege- bzw. Patentschriften
32 25 193 ,
37 14 433 ,
38 14 131 ,
38 40 532 ,
39 12 946 ,
39 16 916 ,
40 21 164 ,
40 31 252 ,
43 30 140 und
197 40 774 ).
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Bei
einer zweiten Art von induktiven Näherungsschaltern ist ein Oszillator
nicht unbedingt erforderlich. Bei diesen induktiven Näherungsschaltern wird
die durch das Target erreichbare Beeinflussung einer Empfangsspule – durch
die an die Empfangsspule angeschlossene Auswerteschaltung – in anderer
Weise ausgewertet. Dabei wird in eine Sendespule ein Wechselstrom
einspeist. Ein Teil des dadurch entstehenden elektromagnetischen
Wechselfeldes durchdringt die Empfangsspule und induziert in ihr eine
vom Beeinflussungsabstand des Targets abhängige Spannung. Im einfachsten
Fall ist an die Empfangsspule – als
eingangsseitiger Teil der Auswerteschaltung – ein Schwellwertschalter angeschlossen, der
darauf anspricht, ob die an der Empfangsspule anstehende Spannung
unterhalb oder oberhalb eines vorgegebenen Schwellwertes liegt;
die an der Empfangsspule anstehende Spannung wird dabei mit Indikatorspannung
bezeichnet, weil die Empfangsspule der eigentliche Indikator dafür ist, ob
der induktive Näherungsschalter
durch das Target signifikant beeinflußt ist oder nicht. Statt eines
einfachen Schwellwertschalters kann die Auswerteschaltung eingangsseitig
auch einen Verstärker,
einen Demodulator, einen Schwellwertschalter und einen zusätzlichen
Schaltverstärker
aufweisen.
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Bei
den induktiven Näherungsschaltern
der zuletzt beschriebenen Art wird zur Erfassung der Annäherung eines
Targets also nicht das weiter oben beschriebene Wirbelstromverfahren
angewendet, vielmehr wird das beschriebene sogenannte Transformatorverfahren
angewendet, bei dem das Target die magnetische Kopplung zwischen
der Sendespule und der Empfangsspule und damit die Größe der in der
Empfangsspule induzierten Spannung beeinflußt.
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Bei
dem eingangs konkret beschriebenen induktiven Näherungsschalter, der unter
anderem aus den
deutschen
Offenlegungsschriften 198 34 071 und
100 12 830 bekannt ist,
der also neben der Sendespule zwei symmetrisch zur Sendespule angeordnete,
gegensinnig in Reihe geschaltete Empfangsspulen aufweist, wird das
Transformatorverfahren in einer besonderen Ausgestaltung angewendet,
nachfolgend als Transformatordifferenzverfahren bezeichnet. Dabei
werden in den beiden Empfangsspulen Spannungen induziert, die eine
entgegengesetzte Polarität
haben. Die Reihenschaltung der beiden Empfangsspulen führt dann
dazu, daß die
resultierende Spannung an der Reihenschaltung der beiden Empfangsspulen
Null ist, wenn die in den beiden Empfangs spulen induzierten Spannungen
exakt dem Betrag nach gleich und exakt gegenphasig sind.
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Induktive
Näherungsschalter
der Art, von der die Erfindung ausgeht und die erfindungsgemäß ausgestaltet
und weitergebildet werden sollen, sind nun so aufgebaut, daß im unbeeinflußten Zustand
die resultierende Spannung an der Reihenschaltung der beiden Empfangsspulen
nicht Null ist, sondern sehr klein ist, z. B. 5 mV beträgt. Man
wählt für den unbeeinflußten Zustand
des in Rede stehenden induktiven Näherungsschalters eine von Null
abweichende resultierende Spannung an der Reihenschaltung der beiden
Empfangsspulen, weil die bei einer Beeinflussung des induktiven
Näherungsschalters
auftretende Abweichung der resultierenden Spannung von der Auswerteschaltung
dann besser erfaßt
und verarbeitet werden kann, wenn der Ausgangswert für den unbeeinflußten Näherungsschalter
ungleich Null ist.
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Nähert sich
einem induktiven Näherungsschalter
der zuvor beschriebenen Art ein Target, so wird dadurch die magnetische
Kopplung zwischen der Sendespule einerseits und den Empfangsspulen andererseits
unsymmetrisch beeinflußt.
Das hat dann zur Folge, daß in
den beiden Empfangsspulen Spannungen induziert werden, die nicht
mehr entgegengesetzt gleich sind, so daß an der Reihenschaltung der
beiden Empfangsspulen resultierend eine Spannung entsteht, die von
der Spannung abweicht, die bei unbeeinflußtem Näherungsschalter entsteht. Übersteigt
diese Spannung einen vorgegebenen Schwellwert, so wird das als Signal ”Näherungsschalter
beeinflußt” ausgewertet.
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Zusätzlich zu
dem beschriebenen Problem der Notwendigkeit eines Korrekturfaktors
gibt es bei induktiven Näherungsschaltern
weitere Kriterien, die wesentlich sein können:
- a)
Induktive Näherungsschalter
sollen bei vorgegebener Baugröße häufig einen
relativ großen Schaltabstand
haben.
- b) Der Schaltabstand, für
den induktive Näherungsschalter
ausgelegt sind, soll weitgehend stabil sein, insbesondere soweit
wie möglich
temperaturunabhängig
sein.
- c) In verschiedenen Anwendungsbereichen, z. B. in der Lebensmittelindustrie,
werden sogenannte Ganzmetallschalter benötigt, das heißt induktive Näherungsschalter,
die ein aus Metall, vorzugsweise aus Edelstahl bestehendes Gehäuse aufweisen,
weil bei einem aus Kunststoff bestehenden Gehäuse eine Permeation nicht hinreichend sicher
verhindert ist bzw. verhindert werden kann.
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Eingangs
ist gesagt worden, daß die
Erfindung einen induktiven Näherungsschalter
mit einem zumindest teilweise aus Metall bestehenden Gehäuse betrifft.
Damit ist gemeint, daß Gegenstand
der Erfindung sowohl solche induktiven Näherungsschalter sind, deren
Gehäuse
nur an der Beeinflussungsseite aus Metall besteht, die also einen
metallischen Deckel oder eine metallische Kappe aufweisen, während das
Gehäuse
im übrigen
aus Kunststoff besteht, daß Gegenstand
der Erfindung aber auch solche induktiven Näherungsschalter sind, deren
Gehäuse insgesamt
aus Metall besteht, die üblicherweise
als Ganzmetallschalter bezeichnet werden.
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Ausgehend
von dem zuvor im einzelnen geschilderten Stand der Technik liegt
der Erfindung die Aufgabe zugrunde, den eingangs beschriebenen induktiven
Näherungsschalter
so auszugestalten und weiterzubilden, daß die zuvor aufgezeigten Kriterien ”Korrekturfaktor
1 oder nahezu 1”, ”relativ
großer Schalterabstand
bei vorgegebener Baugröße” und ”Stabilität des Schaltpunktes,
insbesondere weitgehende Temperaturunabhängigkeit des Schaltpunktes” realisiert
sind.
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Der
erfindungsgemäße induktive
Näherungsschalter
ist nun zunächst
und im wesentlichen dadurch gekennzeichnet, daß an der der Beeinflussungsseite
entgegengesetzten Rückseite
der Empfangsspulen ein Vorbedämpfungselement
vorgesehen ist und die Vorbedämpfungseigenschaften
des Vorbedämpfungselements
den Vorbedämpfungseigenschaften
des Gehäuses
an der Beeinflussungsseite zumindest annähernd entsprechen. Diese erste erfindungsgemäße Maßnahme führt dazu,
daß der erfindungsgemäße induktive
Näherungsschalter
im unbeeinflußten
Zustand nicht nur hinsichtlich der magnetischen Kopplung zwischen
der Sendespule einerseits und den Empfangsspulen andererseits hinreichend
symmetrisch aufgebaut werden kann, daß vielmehr auch das Wirbelstromverlustverhalten
sowohl auf der Beeinflussungsseite als auch auf der der Beeinflussungsseite
entgegengesetzten Rückseite der
Empfangsspulen gleich oder annähernd
gleich realisiert werden kann.
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Im
einzelnen gibt es nun verschiedene Möglichkeiten, den erfindungsgemäßen induktiven
Näherungsschalter
weiter auszugestalten und weiterzubilden.
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Zunächst empfiehlt
es sich, für
das an der der Beeinflussungsseite entgegengesetzten Rückseite
der Empfangsspulen vorzusehende Vorbedämpfungselement das gleiche
Metall zu verwenden wie für
den metallischen Teil des Gehäuses
oder für das
Gehäuse
selbst, vorzugsweise also Edelstahl, besonders vorzugsweise VA-Stahl. Üblich ist
es, für den
metallischen Teil des Gehäuses,
also den metallischen Deckel oder die metallische Kappe, bzw. für das Gehäuse insgesamt
den VA-Stahl 1.4404 zu verwenden, der dann auch für das Vorbedämpfungselement
verwendet werden kann. Es besteht aber auch die Möglichkeit,
das Vorbedämpfungselement – einlagig
oder mehrlagig – aus
einer Hasberg-Folie zu realisieren.
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Wie
ausgeführt,
sollen die Vorbedämpfungseigenschaften
des Vorbedämpfungselements
den Vorbedämpfungseigenschaften
des Gehäuses
an der Beeinflussungsseite zumindest annähernd entsprechen. Diese Vorgabe
hat auch Einfluß auf
die Dicke des Vorbedämpfungselements.
Das Vorbedämpfungselement
kann demnach z. B. eine Dicke von etwa 0,01 mm bis 1,0 mm, vorzugsweise
von etwa 0,03 mm bis 0,7 mm, vorzugsweise von etwa 0,1 mm bis 0,3
mm aufweisen.
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Eine
in Bezug auf die Realisierung des an der der Beeinflussungsseite
entgegengesetzten Rückseite
der Empfangsspulen vorgesehenen Vorbedämpfungselements besonders bevorzugte
Ausführungsform
ist dadurch gekennzeichnet, daß das Vorbedämpfungselement
teilweise aus dem gleichen Material wie der metallische Teil des
Gehäuses
bzw. das Gehäuse
und teilweise aus einer Hasberg-Folie besteht. Damit wird ein aus
der funktionsbedingten Erwärmung
des induktiven Näherungsschalters
ansonsten resultierender Temperatureinfluß auf das Vorbedämpfungselement
weitgehend eliminiert. Überraschenderweise
hat sich nämlich
gezeigt, daß sich
bei Edelstahl der relative Permeabilitätsfaktor und bei der Hasberg-Folie
der spezifische Widerstand temperaturabhängig so ändern, daß bei entsprechender Dimensionierung
der beiden Teile des Vor bedämpfungselements
eine sich ändernde
Temperatur resultierend ohne Einfluß ist.
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Zu
dem erfindungsgemäßen induktiven
Näherungsschalter
gehört – funktionsnotwendig – nur eine
Sendespule. Eine bevorzugte Ausführungsform ist
jedoch dadurch gekennzeichnet, daß zwei gleichsinnig in Reihe
geschaltete Sendespulen vorgesehen sind. Dadurch lassen sich Unterschiede
im Aufbau der Sendespule aufgrund von Wicklungsunsymmetrien verringern.
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In
bezug auf die räumliche
und konstruktive Realisierung der Sendespule bzw. der Sendespulen oder/und
der Empfangsspulen gibt es bevorzugte Ausführungsformen des erfindungsgemäßen induktiven
Näherungsschalters,
auf die nun eingegangen werden soll.
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Zunächst empfiehlt
es sich, die Sendespule bzw. die Sendespulen konzentrisch zu den
Empfangsspulen anzuordnen. Die Empfangsspulen sind vorzugsweise
koaxial, in Beeinflussungsrichtung hintereinander angeordnet. Es
besteht aber auch die Möglichkeit,
die Empfangsspulen konzentrisch zueinander anzuordnen.
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Grundsätzlich können die
Sendespule bzw. die Sendespulen oder/und die Empfangsspulen bei dem
erfindungsgemäßen induktiven
Näherungsschalter
als sogenannte Luftspulen ausgeführt
sein. Um dem Ziel näher
zu kommen, bei vorgegebener Baugröße einen relativ großen Schaltabstand
realisieren zu können,
empfiehlt es sich jedoch, die Sendespule bzw. die Sendespulen oder/und
die Empfangsspulen auf einem Stab aus magnetisch leitendem Material
oder in einem ferromagnetischen Schalenkern bzw. in ferromagnetischen
Schalenkernen anzuordnen. Dann, wenn die Empfangsspulen in ferromagnetischen
Schalenkernen angeordnet sind, müssen
natürlich
die Schalenkerne Rückseite
an Rückseite
angeordnet sein, weil diese ja an ihren Rückseiten ”magnetisch dicht” sind.
Die zuletzt beschriebenen Maßnahmen
sind für
sich aus den
deutschen
Offenlegungsschriften 100 03 913 und
27 13 151 sowie aus der
europäischen Offenlegungsschrift 1
289 147 bekannt.
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Bei
dem erfindungsgemäßen induktiven
Näherungsschalter
die Sendespulen oder/und die Empfangsspulen in einem ferromagnetischen
Schalenkern an zuordnen, hat den Vorteil, daß damit die räumlichen
Toleranzen geringer sind als bei der Realisierung mit einzelnen
ferromagnetischen Schalenkernen. Folglich ist eine besonders bevorzugte
Ausführungsform
des erfindungsge mäßen induktiven Näherungsschalters
weiter dadurch gekennzeichnet, daß die Sendespule bzw. die Sendespulen
und die Empfangsspulen auf einem einzigen gemeinsamen Schalenkern
angeordnet sind.
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Eine
weitere bevorzugte Ausführungsform des
erfindungsgemäßen induktiven
Näherungsschalters
ist dadurch gekennzeichnet, daß die
Sendespule oder die Sendespulen ohne Spulenkörper direkt auf den Schalenkern
bzw. die Schalenkerne gewickelt ist bzw. sind und ihre Länge genau
der Länge
des Schalenkerns bzw. der Summe der Längen der Schalenkerne entspricht.
Insbesondere bei dieser Ausführungsform,
aber auch im übrigen,
empfiehlt es sich, dann, wenn zwei ferromagnetische Schalenkerne vorgesehen
sind, die Schalenkerne mit ihren Rückseiten abstandslos aneinanderliegend
vorzusehen, vorzugsweise an ihren Rückseiten miteinander zu verkleben.
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Weiter
oben ist ausgeführt,
daß bei
dem bei dem erfindungsgemäßen induktiven
Näherungsschalter
angewendeten Transformatordifferenzverfahren dafür gesorgt sein muß, daß im unbeeinflußten Zustand
die resultierende Spannung der Reihenschaltung der beiden Empfangsspulen
theoretisch Null ist, in der Praxis jedoch ungleich Null ist, aber klein
ist, z. B. 5 mV beträgt.
Das wird in der Praxis dadurch erreicht, daß im unbeeinflußten Zustand
des Näherungsschalters
der resultierende Koppelfaktor zwischen der Sendespule bzw. den
Sendespulen und den beiden in Reihe geschalteten Empfangsspulen
etwa 0,001 bis 0,02 beträgt.
Die dafür
erforderliche Symmetrie bzw. Quasi-Symmetrie der magnetischen Kopplung
zwischen der Sendespule bzw. den Sendespulen und den Empfangsspulen
kann – in
bestimmten Grenzen – auch
dadurch realisiert werden, daß dann,
wenn zwei Sendespulen vorgesehen sind, die Windungszahlen der beiden
Sendespulen geringfügig
voneinander abweichen oder/und die Windungszahlen der beiden Empfangsspulen
geringfügig
voneinander abweichen.
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Induktive
Näherungsschalter
der in Rede stehenden Art und die erfindungsgemäßen induktiven Näherungsschalter
werden mit Sendefrequenzen betrieben, die üblicherweise zwischen 10 kHz und
200 kHz liegen. Überaschenderweise
hat sich gezeigt, daß für unterschiedliche
Baugrößen unterschiedliche
Sendefrequenzen optimal sind. Vorzugsweise liegen nämlich die
Sendefrequenzen bei der Baugröße M 12
zwischen 100 kHz und 150 kHz, insbesonde re bei etwa 120 kHz, bei
der Baugröße M 18 zwischen
60 kHz und 100 kHz, insbesondere bei etwa 80 kHz, und bei der Baugröße M 30
zwischen 20 kHz und 30 kHz, insbesondere bei etwa 25 kHz.
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Mehrfach
ist bereits ausgeführt
worden, daß bei
dem bei dem erfindungsgemäßen Näherungsschalter
angewendeten Transformatordifferenzverfahren dafür gesorgt sein muß, daß im unbeeinflußten Zustand
die resultierende Spannung der Reihenschaltung der beiden Empfangsspulen
theoretisch Null, in der Praxis klein, z. B. 5 mV, sein muß. Läßt sich
die dafür
erforderliche Symmetrie der magnetischen Kopplung zwischen der Sendespule
bzw. den Sendespulen einerseits und den Empfangsspulen andererseits
nicht hinreichend genau realisieren, dann kann zur Kompensation
einer Unsymmetrie der magnetischen Kopplung zwischen der Sendespule bzw.
den Sendespulen und den Empfangsspulen den Empfangsspulen ein Abgleichwiderstand
zugeordnet sein.
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Bei
den erfindungsgemäßen induktiven
Näherungsschaltern
kann die Auswertung der an der Reihenschaltung der beiden Empfangsspulen
entstehenden Indikatorspannung wie üblich erfolgen, nämlich durch
einen an die Reihenschaltung der beiden Empfangsspulen angeordneten,
den Eingang der Auswerteschaltung darstellenden Schwellwertschalter;
die Auswerteschaltung kann aber auch, wie im Stand der Technik bekannt,
eingangsseitig einen Verstärker,
dann einen Demodulator, einen Schwellwertschalter und einen zusätzlichen
Schaltverstärker
aufweisen.
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Zur
Lehre der Erfindung gehören
aber auch besondere Maßnahmen
in bezug auf die Speisung der Sendespule bzw. der Sendespulen und
in bezug auf die Auswertung der an der Reihenschaltung der Empfangsspulen
entstehenden Indikatorspannung.
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In
bezug auf die Speisung der Sendespule bzw. der Sendespulen ist eine
bevorzugte Ausführungsform
des erfindungsgemäßen induktiven
Näherungsschalters
dadurch gekennzeichnet, daß die Sendespule
bzw. die Sendespulen Teil eines Stromspiegeloszillators mit vorzugsweise
vier Oszillatortransistoren ist bzw. sind. Das ist ein Stromspiegeloszillator,
der auch in induktiven Näherungsschaltern verwendet
wird, die nach dem sogenannten Wirbelstromver fahren arbeiten. Diese
Art der Speisung der Sendespule bzw. der Sendespulen hat zur Folge, daß mit einer Änderung
der Spannung an den Empfangsspulen als Folge der Beeinflussung durch
ein Target auch eine Änderung
der Spannung an der Sendespule bzw. an den Sendespulen einhergeht.
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Andere
Ausführungsformen
des erfindungsgemäßen induktiven
Näherungsschalters
sind in bezug auf die Speisung der Sendespule bzw. der Sendespulen
dadurch gekennzeichnet, daß die
Sendespule bzw. die Sendespulen entweder mit einem konstanten Wechselstrom
oder mit einer konstanten Wechselspannung gespeist wird bzw. werden.
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Die
verschiedenen Möglichkeiten
der Speisung der Sendespule bzw. der Sendespulen sind Optionen zur
Beeinflussung und Optimierung des Schaltabstandes bei Beeinflussung
mit Targets verschiedener Material wie Eisen, Blei, Kupfer, Messing, Edelstahl
usw. Normalerweise ist es das Ziel, für Targets aus unterschiedlichen
Materialien einen etwa gleichen Schaltabstand zu erhalten. Dabei
soll dieser Schaltabstand auch noch weitgehend unabhängig davon
sein, ob das Target ein sehr dünnes
Blech bzw. eine Folie ist oder eine beachtliche Dicke von z. B.
3 mm hat. Auch soll eine Verkleinerung des Targets einen möglichst
geringen Verlust des Schaltabstands zur Folge haben.
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In
bezug auf die Auswerteschaltung des erfindungsgemäßen induktiven
Näherungsschalters geht
eine weitere Lehre der Erfindung dahin, daß die Auswerteschaltung eingangsseitig
einen Multiplizierer enthält,
dem Multiplizierer einerseits die Sendespannung, also die Spannung
an der Sendespule bzw. an den Sendespulen, und andererseits die
Indikatorspannung, also die Spannung an der Reihenschaltung der
Empfangsspulen, zugeführt
ist und das von dem Multiplizierer gebildete Produkt aus der Sendespannung
und der Indikatorspannung in der Auswerteschaltung nach Betrag und
Phase ausgewertet wird.
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Im
einzelnen gibt es nun verschiedene Möglichkeiten, den erfindungsgemäßen induktiven
Näherungsschalter
auszugestalten und weiterzubilden. Solche Ausgestaltungen und Weiterbildungen
ergeben sich aus den dem Patentanspruch 1 nachgeordneten Patentansprüchen und
aus der folgenden Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels eines
erfindungsgemäßen in duktiven
Näherungsschalter
in Verbindung mit der Zeichnung. In der Zeichnung zeigt
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1 eine
schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen induktiven Näherungsschalters,
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2 eine
bevorzugte erste Ausführungsform
des erfindungsgemäß wesentlichen
Teils eines erfindungsgemäßen induktiven
Näherungsschalters,
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3 eine
zweite bevorzugte Ausführungsform
des erfindungsgemäß wesentlichen
Teils eines erfindungsgemäßen induktiven
Näherungsschalters,
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4 eine
dritte bevorzugte Ausführungsform
des erfindungsgemäß wesentlichen
Teils eines erfindungsgemäßen induktiven
Näherungsschalters,
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5 eine
Skizze, in der schaltungstechnische Details eines ersten bevorzugten
Ausführungsbeispiels
eines erfindungsgemäßen induktiven
Näherungsschalters
schematisch dargestellt sind,
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6 eine
Skizze, in der schaltungstechnische Details eines zweiten bevorzugten
Ausführungsbeispiels
eines erfindungsgemäßen induktiven Näherungsschalters
schematisch dargestellt sind und
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7 eine
Skizze, in der schaltungstechnische Details eines dritten bevorzugten
Ausführungsbeispiels
eines erfindungsgemäßen induktiven
Näherungsschalters
schematisch dargestellt sind.
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Der
erfindungsgemäße, in den
Figuren – teilweise
nur schematisch – dargestellte
induktive Näherungsschalter
besteht zunächst
aus einem aus einem unmagnetischen Metall, vorzugsweise aus Edelstahl, nämlich einem
VA-Stahl, insbesondere
dem VA-Stahl 1.4404, bestehenden Gehäuse 1, einer Sendespule 2,
zwei symmetrisch zur Sendespule 1 angeordneten, gegensinnig
in Reihe geschalteten Empfangsspulen 3, 4 und
einer an die Empfangsspulen 3, 4 angeschlossenen
Auswerteschaltung 5.
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Wie
den 2, 3 und 4 entnommen
werden kann, ist bei dem erfindungsgemäßen induktiven Näherungsschalter
an der der Beeinflussungsseite 6 entgegengesetzten Rückseite 7 der Empfangsspulen 3 und 4 ein
Vorbedämpfungselement 8 vorgesehen.
Dabei entsprechen die Vorbedämpfungseigenschaften
des Vorbedämpfungselements 8 zumindest
annähernd
den Vorbedämpfungseigenschaften
des Gehäuses 1 an
der Beeinflussungsseite 6; konkret besteht das Vorbedämpfungselement 8 aus
dem gleichen Metall wie das Gehäuse 1.
Nicht dargestellt sind Ausführungsformen
des Vorbedämpfungselements,
die dadurch gekennzeichnet sind, daß das Vorbedämpfungselement – einlagig oder
mehrlagig – aus
einer Hasberg-Folie besteht oder daß das Vorbedämpfungselement
teilweise aus dem gleichen Metall wie das Gehäuse 1 und teilweise aus
einer Hasberg-Folie besteht.
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Funktionsnotwendig
für den
erfindungsgemäßen Näherungsschalter
ist nur eine Sendespule 2; statt nur einer Sendespule 2 können jedoch
auch zwei Sendespulen vorgesehen werden, die dann gleichsinnig in
Reihe zu schalten sind.
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Wie
den 2 und 3 zu entnehmen, gilt für die hier
dargestellten Ausführungsbeispiele
erfindungsgemäßer induktiver
Näherungsschalter,
daß die
Sendespule 2 konzentrisch zu den Empfangsspulen 3, 4 angeordnet
ist und daß die
Empfangsspulen 3, 4 koaxial, in Beeinflussungsrichtung
hintereinander angeordnet sind; eine konzentrische Anordnung der
Empfangsspulen zueinander wäre
auch möglich.
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Im übrigen zeigt
die 2 für
das dargestellte Ausführungsbeispiel
eines erfindungsgemäßen induktiven
Näherungsschalters,
daß die
Sendespule 2 und die Empfangsspulen 3, 4 in
ferromagnetischen Schalenkernen 9, 10 und 11 angeordnet
sind, die Sendespule 2 im Schalenkern 9, die Empfangsspule 3 im
Schalenkern 10 und die Empfangsspule 4 im Schalenkern 11.
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Für die in
den 2, 3 und 4 dargestellten
Ausführungsbeispiele
erfindungsgemäßer induktiver
Näherungsschalter
gilt, daß zwischen
dem Schalenkern 11 und dem Vorbedämpfungselement 8 ein
Abstandshalter 12 vorgesehen ist. Mit Hilfe des Abstandshalters 12 kann
ein definierter Abstand zwischen dem Schalenkern 11 und
dem Vorbedämpfungselement 8 sichergestellt
werden.
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Auf
der Beeinflussungsseite 6 haben die in den 2, 3 und 4 dargestellten
erfindungsgemäßen induktiven
Näherungsschalter
einen Deckel 13, der vorzugsweise aus unmagnetischem Edelstahl
besteht. Zwischen dem Schalenkern 10 und dem Deckel 13,
der zum Gehäuse 1 gehört, ist ein
Abstandshalter 14 vorgesehen, mit dessen Hilfe auf einfache
Weise ein definierter Abstand zwischen dem Schalenkern 10 und
dem Deckel 13 eingehalten werden kann. Vorzugsweise ist
das Vorbedämpfungselement 8 etwas
dicker als der Deckel 13 und ist auch der Abstandshalter 12 etwas
dicker als der Abstandshalter 14.
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In
dem in 3 dargestellten Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen induktiven
Näherungsschalters
ist die Sendespule 2 direkt auf die Schalenkerne 10, 11 gewickelt;
ein besonderer Spulenkörper
ist also nicht vorgesehen. Im übrigen
entspricht die Länge
der Sendespule 2 genau der Summe der Längen der Schalenkerne 10 und 11;
die Sendespule 12 schließt also beidseitig bündig mit
den Schalenkernen 10 und 11 ab.
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Ein
besonders bevorzugtes Ausführungsbeispiel
des erfindungsgemäßen induktiven
Näherungsschalters
zeigt 4 insoweit, als bei diesem Ausführungsbeispiel
die Sendespule 2 in einem konzentrisch in den Schalenkernen 10, 11 vorgesehenen Hohlraum 15 angeordnet
ist. Im einzelnen ist dabei die Sendespule 2 auf einem
stabförmigen
Ferritkern 16 angeordnet.
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Im übrigen zeigen
die 3 und 4 insoweit bevorzugte Ausführungsformen
erfindungsgemäßer induktiver
Näherungsschalter,
als die Schalenkerne 10 und 11 mit ihren Rückseiten
abstandslos aneinanderliegen, nämlich
verklebt sind.
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Nicht
dargestellt ist, daß bei
dem erfindungsgemäßen induktiven
Näherungsschalter
dann, wenn zwei Sendespulen vorgesehen sind, die beiden Windungszahlen
der beiden Sendespulen geringfügig voneinander
abweichen können
und die Windungszahlen der beiden Empfangsspulen geringfügig voneinander
abweichen können.
Durch diese Maßnahme
kann – in
bestimmten Grenzen – die
erforderliche Symmetrie der magnetischen Kopplung zwi schen der Sendespule
bzw. den Sendespulen einerseits und den Empfangsspulen andererseits
realisiert werden.
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Für den Fall,
daß sich
bei dem erfindungsgemäßen induktiven
Näherungsschalter
die für
die Anwendung des Transformatordifferenzverfahrens erforderliche
Symmetrie der magnetischen Kopplung zwischen der Sendespule 2 und
den Empfangsspulen 3, 4 nicht hinreichend genau
realisieren läßt, kann zur
Kompensation einer Unsymmetrie der magnetischen Kopplung zwischen
der Sendespule 2 und den Empfangsspulen 3, 4 den
Empfangsspulen 3, 4 ein Abgleichwiderstand 17 zugeordnet
sein; mögliche Realisierungen
dieser Maßnahme
sind in den 5, 6 und 7 – mit den
Varianten in 5a und 5b, 6a und 6b sowie 7a und 7b – dargestellt.
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In
den Figuren, und zwar in den 5, 6 und 7 sind
auch besondere Maßnahmen
in bezug auf die Speisung der Sendespule 2 und in bezug auf
die Auswertung der an der Reihenschaltung der Empfangsspulen 3, 4 entstehenden
Indikatorspannung dargestellt.
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In
bezug auf die Speisung der Sendespule 2 ist das in 5 dargestellte
Ausführungsbeispiel
eines erfindungsgemäßen induktiven
Näherungsschalters
dadurch gekennzeichnet, daß die
Sendespule 2 Teil eines Stromspiegeloszillators 18 mit
vier Oszillatortransistoren 19, 20, 21, 22 ist.
Dieser Stromspiegeloszillator 18 ist ein solcher, der auch
in induktiven Näherungsschaltern
verwendet wird, die nach dem sogenannten Wirbelstromverfahren arbeiten.
Die Speisung der Sendespule 2 bzw. der Sendespulen mit
dem dargestellten Stromspiegeloszillator 18 hat zur Folge,
daß mit
einer Änderung
der Spannung an den Empfangsspulen 3, 4 als Folge
der Beeinflussung durch ein Target auch eine Änderung der Spannung an der
Sendespule 2 bzw. an den Sendespulen einhergeht.
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Die
in den 6 und 7 dargestellten Ausführungsbeispiele
erfindungsgemäßer induktiver Näherungsschalter
sind bezüglich
der Speisung der Sendespule 2 dadurch gekennzeichnet, daß die Sendespule 2 mit
einem konstanten Wechselstrom, 6, oder
mit einer konstanten Wechselspannung, 7, gespeist
wird.
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In
bezug auf die Auswerteschaltung 5 des erfindungsgemäßen induktiven
Näherungsschalters zeigt
die 3, daß die
Auswerteschaltung 5 eingangsseitig einen Multiplizierer 23 enthält, dem
einerseits die Sendespannung, also die Spannung an der Sendespule 2,
und andererseits die Indikatorspannung, also die Spannung an der
Reihenschaltung der Empfangsspulen 3, 4 zugeführt ist;
das von dem Multiplizierer 23 gebildete Produkt aus der
Sendespannung und der Indikatorspannung wird in der Auswerteschaltung 5 nach
Betrag und Phase ausgewertet.
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Im
Ausführungsbeispiel
nach 5 ist die an der Sendespule 2 liegende
Spannung direkt an den Multiplizierer 23 geführt. Im
Ausführungsbeispiel nach 6 ist
für die
Speisung der Sendespule 2 eine Konstantstromquelle 24 vorgesehen
und ist die Verbindung zwischen der Konstantstromquelle 24 und
der Sendespule 2 über
einen Regelverstärker 25 an
den Multiplizierer 23 angeschlossen. Für das Ausführungsbeispiel nach 7,
bei dem eine Konstantstromquelle 26 vorgesehen ist, gilt
wieder, wie beim Ausführungsbeispiel
nach 5, daß die
Spannung an der Sendespule 2, die der Spannung der Konstantspannungsquelle 26 entspricht,
direkt an den Multiplizierer 23 angeschlossen ist.