DE1915044A1 - Induktiver Naeherungsschalter - Google Patents

Description

• Induktiver Näherungsschalter Die Erfindung bezieht sich auf einen induktiven Näherungsschalter mit einer vorzugsweise in einem Ferritkörper eingebetteten und mit einer Oszillatorschaltung verbundenen Feldspule, die bei Annäherung metallicher Körper beeinflußt wird und die Änderung dep induk-tiven Kreises über einen Verstärker auf ein Relais oder dergl. überträgt.
• Bei derartigen induktiven Näherungsschaltern ist es bekannt, den Schwingungseinsatz des Oszillators so einzustellen, daß der Oszillator vor Annäherung eines Metallkörpers an die Feldspule schwingt und damit um die Feldspule ein magnetisches Wechselfeld aufbaut. Bei Annäherung des Metallkörpers wird dieses magnetische Peld bedämpft, so da der Olllator zum Schwingungsabriß gebracht und über ein Relais oder dergl.
• das Vorhandensein des Metallkörpers angezeigt wird.
• Die bekennten Gerste sprechen sowohl auf Einsenmetalle als auch auf Nichteisenmetalle, wie Aluminium, Kupfer, Messing usw. an, wobei allerdings die Schaltabstände, d.h. die Abstände des Metallkörpers von der lpeldspule, bei denen der Schwingungsabriß des Oszillatore und damit die Anzeige erfolgt, unterschiedlich sind. Eine Trennung der Eisenmetallkörper von den Nichteisenmetallkörpern ist mit diesen induktiven Näherungsschaltern schwierig, da die Unterscheidung nur über die unterschiedlichen Schaltabstcnde erfolgen kann, Der vorliegenden Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zu£runde, einen induktiven Näherungsschalter zu schaffen, mit dem unabhängig vom Schaltabstand eine einwandfreie Unterscheidung der Eisenmetallkörper von den Nichteisenmetallkörpern möglich ist.
• Die Lösung dieser Aufgabe wird erfindungsgemäß darin gesehen, daß für die ausschließliche Anzeige von Nichteisenmetallkörpern der Oszillator so eingestellt ist, daß er vor Annäherung des Metallkörpers vor dem Schwingungseinsatz steht und ein die Feldspule teilweise umgebender Dämpfungskörper derart in den Feldlinienkreislauf der Spule eingesetzt ist, daß den beim in retten des Nichteisenmetallkörpers in den Wirkbereich des Rauschfeldes sich verschiebeilden Feldlinien ein geänderter Weg mit geringeren Wirbelstromverlusten aufgezwungen wird.
• Bei der Erfindung wird von der Erkenntnis ausgegangen, daß in Nichteisenmetallkörpern in Gegensatz zu Eisenmetallkörpern beim Annähern an die Feldspule durch das Schneiden der Feldlinien ein elektrisches Peld entsteht, das wiederum ein magnetisches Gegenfeld erzeugt, durch welches die Peldlinien der Spule zurückgedrängt werden. Diese verdrängende Wirkung des Sekundermag,netfeldes wird in Verbindung mit der erfindungegemäßen anordnung des Dämpfungskörpers dazu ausgenutzt, um die Feldlinien der Spule beim Annähern des Nichteisenmetallkörpers iiber einen kiirzeren Weg durch den Dämpfungskörper zu leiten oder weniger Feldlinien durch den Dämpfungskörper hindurchzuführen, so daß die Wirbelstromverluste für das magnetische Wechselfeld verringert werden. Dadurch wird der vorher noch nicht in Schwingung befindliche Oszillator zum vollen Schwingungseinsatz gebracht und das Vorhandenaein eines Nichteisenmetallkörpers liter das Relais angezeigt. Ein solcher Schwein gungseinsatz kann beim Annähern von Eisenmetallkörpern nicht ausgelöst werden, da die Feldlinien der Spule aufgrund der guten magnetichen Leitfähigkeit des Eisens konzentriert mit geringstem Widerstand durch den Eisenmetallkörper selbst geleitet werden und ein Sekundärmagnetfeld mit feldverdrängender Wirkung hierbei nicht entsteht.
• In Weiterentwicklung der Erfindung wird vorgeschlagen, als Dämpfungselement ein den Ferritkörper der Feldspule bis zu seiner Oberkante umgebendes Metallrohr, vorzugsweise aus Eisen vorzusehen und die Feldspule nach außen aus dem Ferritkörper ragen zu lassen. Während Feldlinien des Rauschfeldes vor Annäherung des Nichteisenmetallkörpers axial in dieses Dämpfungsmetallrohr eintreten, werden die Feldlinien bei Annäherung des Nichteisenmeta Ilkörp ers durch die auftretende Feldverdrägung weiter hinten radial von außen in die Mantelfläche des Dämpfungsmetallrohres eingeführt, so daß der Weg dieser Feldlinien, die erzeute Ringspannung im Dämpfungsmantelrohr und damit such der Energieverlust gegenüber vorher geringer werden und der Oszillator zum vollen Schwingungs einsatz angeregt wird. Die aus dem Ferritkörper nach außen ragende Feldspule löst ein weit hervorstehendes magnetisches Wechselfeld aus, dessen Feldlinien leichter wirksam zum Dämpfungsmantelrohr hin verdrängt werden können. Wird im Innern des aus dem Ferritkörper ragenden Abschnittes der Feldspule ein Ferritaufsatz vorgesehen, so läßt sich die magnetische Feld noch weiter verstärken.
• Zweckmäßigerweise ist der Schwingungseinsatz des Oszillators durch ein Potentiometer oder dergl. einstellbar und der Näherungsschalter wahlweise dadurch auch für die ausschließliche Anzeige von Eisenmetallkörpern einsetzbar, daß der Oszillator durch Verstellung des Potentiometers oder dergl. vor Beeinflussung der Feldspule in Schwingung steht. Bei Annäherung eines Einsenkörpers wird das magnetische Wechselfeld durch die im Eisenkörper auftretenden Wirbelstromverluste soweit bedämpft, daß die Schwingung des Oszillators zum Abriß kommt und dadurch die Annäherung des Eisenkörpers angezeigt wird.
• Kommt dagegen ein Nichteinsenmetallkörper in den Bereich des magnetischen Wechselfeldes, so wird durch die erfindungsgemäße Verringerung der @irbelstromverluste eine schwingungsverstärkende Wirkung ausgelöst, die einen Schwingungsabriß verhindert. Es lassen sich hierdurch allein durch Verstellung des Schwingungseinsatzpunktes mit dem gleichen Gerät sowohl ausschließlich Nichteisenmetallkörper als auch Eisenmetallkörper unabhängig vom Schaltabstand anzeigen.
• Eine besonders einfache Handhabung des Gerätes wird dadurch ermöglicht, daß für die Einstellung des Schwingungseinsatzes ein eine Widerstandskombination überbrückender Schalter vorgesehen ist. Die Umschaltung des Ansprechbereiches von Eisenauf Nichteisenmetallkörper und umgekehrt wird hierbei allein durch Schalterbetätigung bewirkt.
• [eiterhin empfiehlt es sich, den Perritkörper der Feldspule über eine elektrisch leitende Klebstelle mit einer an einem festen Potential liegenden Leitung ZU verbinden. Durch diese Potentialfestlegung wird verhindert, daß eine kapazitive Beeinflussung des Gerätes, z.B. eine Berührung mit dem Erdpotential, zu einer Beeinflussung der Anzeige führen kann.
• Des erfindungsgemäße Gerärt läßt sich in besondere zweckmäßiger Weise auch @ort einsetzen, wo der Übergang von einer sich bevege den Reihe von Nichteisenmetallkörpern auf eine Reihe von Ei @@metallkörpern angezeigt werden soll. Wird nämlich der Ferri@@@per der Feldspule elektrisch mit dem veränderlichen Potential des Signalausganges des Verstärkers verbunden, so zeigt das Gerät nur den ersten Körper einer @isen-oder Nichteinsenmetallreihe an, während das Gerbt bei allen folgenden Metallkörpern gleicher Metallart keine Schaltfunktion auslöst, da der Signalausgang potentialmäßig bereits beim ersten Metallkörper umgepolt wurde. Erst wenn alle Metallkörper der gleichen Metallreihe am Gerät vorbeibewegt wurden und der erste Metallkörper der anderen Metallreihe in den Ansprechbereich der Feldspule kommt, wird die Polarität des Signal@@@@@@@ wieder zurückgepolt, so daß das Gerät anspricht.
• Weitere @in @@@@@en und @orzüge der Erfindung werden anhand eines Ausführungsbeispieles näher erläutert, das die Zeichnung erkennen läßt, und zwar zeigt: Fig. 1 den induktiven Näherungsschalter gemäß der Erfindung größtenteils im Längsschnitt, Fig. 2 das elektrische Blockschaltbild des Näherungsschalters gemäß der Erfindung mit dem magnetischen Feld vor Annäherung eines Nichteisenmetallkörpers und Fig. 3 das magnetische Feld nach Annäherung eines ächteisenmetallkörpers.
• Der in der Fig. 1 gezeigte induktive Näherungsschalter 1 besteht in seinem äußeren Aufbau aus dem Mantelrohr 2, dessen eines Ende durch eine Verschlußkappe 3 mit Anschlußkabel 1 und dessen anderes Ende durch eine Kunststoo-Vergußmasse 5 mit innerem Ferritschalenkern 6 abgeschlossen ist. Im Inneren des Schalenkernes 6 ist der Spulenträ@@er 7 angeordnet, auf dem die Feldspule 8 gewickelt ist. Der Spulenträger 7 mit der Feldspule 8 ragt über die äußere Stirnseite 9 des Ferritkörpers 6 nach augen vor und wird im Inneren durch einen Ferritaufsatz 10 ausgefüllt. Das untere Ende 2a des Mantelrohres 2 bildet das den Ferritkörper 6 gemäß der Erfindung umgebende Dämpfungsme tallrohr, dessen Stirnseite 11 bündig mit der Stirnseite 9 des Ferritkörpers 6 abschließt.
• Im Inneren des Mantelrohres 2 sind die Leiterplatten 12 fiir die elektrische Schaltung untergebracht, zwischen denen sich die elektronischen Bauelemente 13 befinden. Durch die mit den Leiterplatten 12 verlöteten Drähte 14 der Bauelemente 13 ergibt sich ein kompakter Schaltungskörper in Sandwich-Bauweise. Der Ferritkörper 6 ist mit der elektrischen Schaltung über den Draht 15 verbunden, der durch einen elektrisch leitenden Kunststoff 16 auf den Ferritkörper aufgeklebt ist. Das andere Ende der Leiterplatten 12 ist über die Drühte 17, 18 und 19 mit einem in der Verschlußkappe 3 untergebrachten Potentiometer 20 verbunden. Zur Einstellung des Potentiometers 20 dient die Stellschraube 21.
• Die Kunststoffvergußmasse 5, die den stirnseitigen Abschluß des Gerätes bildet, dient zur Isolierung und zum Schutz der Feldspule 8 und gleichzeitig zur Befestigung des Ferritkörpers 6 im Mantelrohr 2. Auf der anderen Seite des Gerätes 1 ist die Verschlußkappe 3 mit dem Mantelrohr 2 ebenfalls fest durch eingeg ossenen Kunstoff verbunden, wobei der Ansatz 22 der Verschlußkappe 3 zur Zentrierung dient.
• Bei dem in der Fig. 2 dargestellten Blockschaltbild ist die elektronische Schaltung zu drei Schaltungseinheiten, nämlich der Oszillatorschaltung 23, dem Verstärker 24 und dem Auswerter 25 zusammengefaßt. Die Oszillatorschaltung 23 und der Verstärker 24 sind an die Stromzuführungsleitungen 26 und 27 angeschlossen. Je nach der Einstellung des Potentiometers 20 wird der Schwingungseinsatzpunkt des Oszillators bestimmt.
• Die Feldspule 8 ist über die Drähte 28 und 29 mit der Oszillatorschaltung 23 und diese ist über die Leitung 30 mit dem Verstärker 24 verbunden. Wenn der Oszillator schwingt, liegt auf der Feldspule 8 ein hochfrequenter Wechselstrom, der ein kräftiges magnetisches Wechselfeld 31 erzeugt.
• Das den Ferritkörper 6 der Feldspule 8 umschließende ferrometallishce Dämpfungsrohr 2a bewirkt durch seine gute magne--t;inche Leitfähigkeit, daß si.ch die äußeren Feldlinien 32 des magnetischen Wechselfeldes 31 an der ringförmigen Stirnseite 11 dieses Metallrohres konzentrieren und über eine gewisse S-trecke axial durch dieses Rohr 2a hindurchgehen, bevor sie in radialer Richtung nach innen zum Ferritkörper 6 hin wieder austreten. Auf diesem axialen Weg durch das Dämpfungsrohr 2a erzeugen die Feldlinien 32 und sich auf dem ganzen Rohrum fang induzierte elektrische Teilspannungen im Dämpfungsrohr, die sich zu einer Gesemtringspannung addieren. Mit dieser Gesamtringspannung ist ein quadratisch ansteigender Leistungsabfall verbunden, so daß hierdurch der Schwingungseinsatz des Oszillators 23 unterdrückt wird.
• Der Oszillator 23 ist so eingestellt, daß er kurz von dem Schwingungseinsatz steht. Bedingt dadurch, daß die Halbleiter der Schaltung mit einem Rauschanteil behaftet sind, ist jedoch bereits jetzt ein wenn durch sehr schwaches magnetisches Wechselfeld 31 vorhanden. Desteht der anzuzeigende Körper 33 aus Eisen und nähert sich dieser dem Wirkbereich der Peldspule 8, viird dieses schwache Feld 31 noch weiter bedämpft, so daß eine Anzeige unterbleibt. Diese bedämpfende Wirkung hat ihre Ursache darin, daß die durch den Eisenkörper 33 gehenden Feldlinien aufgrund der guten magnetischen Leitfähi keit des Eisenkörers besser durch diesen geleitet erden als durch die Luft. Dadurch werden die Feldlinien 32 durch den Eisenkörper 33 und mehr Feldlinien als vorher durch das Dämpfungsrohr 2a geleitet, so daß die induzierte Spannung im Dämpfungsrohr 2a und die zusätzlich induzierte Spannung im Eisenkörper 33 einen Anstieg des Energieverlustes verursachen, wodurch noch stärker verhindert wird, daß der Oszillator 23 durch das Rauschfeld zum vollen Schwingungseinsatz aufgeschaukelt wird.
• Wird dagegen ein Nichteisenmetallkörper 33 der FelDapule 8 genähert, so entsteht zunächst im Nichteisenmetallkörper 33 durch den diesen Körper durchlaufenden Meil der ma lletischen Feldlinien ein elektrisches Feld, das seinerseits ein magnetisches Gegenfeld erzeugt. Durch dieses magnetische Gegenfeld werden die den Nichteisenmetallkörper 33 nicht durchlaufenden feldlinien 32 zum Ferritkörper 6 der feldspule hin zurückgedrängt, wodurch eine Feldlinienverdichtung in der Luft entsteht, die dazu führt, daß ein Teil der Feldlinien 32, die vorher a:ral in die Stirneeite 11 des Dämpfungsrohres 2a eingetreten sind, jetzt wei-ter hinten radial von außen in die Mantelfläche des Rohres 2a eintreten, wie in der Fig. 3 veranschaulicht ist. Dadurch ist der axiale Weg, den diese Feldlinien vorher im Dämpfungsrohr 2a zurückgelegt haben, verkürzt und damit die erzeugte Ringspannung im Dämpfungsrohr verringert worden. Damit ist auch der Energieverlust um das Quadrat dieses Anteils kleiner geworden, so daß das vorhandene Rauschfeld jetzt den Oszillator 23 zur vollen Schwingung anregen kann, wodurch das gewünschte Signal ausgelöst wird.
• Soll das Gerät nur bei Eisenmetallkörpern ansprechen, so läßt sich das gleiche Gerät verwenden, wenn der Oszillator 23 durch das Potentiometer 20 so eingestellt wird, daß er, enn sich der Körper 33 noch außerhalb des iirkbereichs der Feldspule 8 befindet, gerade eben schwingt, d.h. die Rückkoppelungsbedingungen gerade noch erfüllt sind. Wird der Eisenmetallkörper 33 in den Bereich des Magnetfeldes 31 der Feldspule 8 gebracht, erden die Feldlinien 32 durch den Eisenmetallkörper geschnitten, wodurch dem Oszillator 23 soviel Leistung entzogen wird, dar:. der Schwingungsabriß erfolt und über den Verstrker 24 und den Auswerter 25 das Vorhandensein des Eisenmetallkörpers angezeigt wird. Die für den Schwingungsabriß des Oszillators 23 erforderliche Bedämpfung der Feldspule 8 läßt sich durch Einstellung des Potentiometers 20 verändern. Wird bei dieser Einstellung des Gerätes für Eisenmetallkörper ein Körper 33 aus iTichteisejirnetall, z.B.
• Messing, Kupfer oder Aluminium in den Bereich des Magnetfeldes 31 der Feldspule 8 gebracht, so wird das Magnetfeld durch die erfindungsgemäße Anordnung des Dämpfungskörpers 2a verstärkt, so daß jet=t kein Schwingungsabriß des Oszillators 23 und damit auch keine Anzeige erfolgt.

Claims (7)

Patentansprüche

1. Induktiver Näherungsschalter mit einer vorzugsweise in einem Ferritkörper eingebetteten und mit einer Oszillatorschaltung verbundenen Feldspule, die bei Annäherung metallischer Körper beeinflußt wird und ihre Feldänderung über einen Verstärker auf ein Relais oder dergl. überträgt, d a d u r c h g e k e n n z e i c h ne t, daß für die ausschließliche Anzeige von Nichteisenmetallkörpern (33) der Oszillator (23) so eingestellt ist, daß er vor Annäherung des Netallkörpers vor dem Schwingungseinsatz steht und ein die Feldspule (8) teilweise umgebender Dämpfungskörper (2a) derart in den Feldlinienkreislauf (31) der Spule eingesetzt ist, daß den beim Eintreten des Nichteisenmetallkörpers in den Mirkbereich des Rauschfeldes sich verschiebenden Feldlinien (32) ein geänderter Weg mit geringeren Wirbelstromverlusten aufgezwungen wird.

2. Ifäherungsschalter nach Anspruch 1 mit einer in einem Ferritkörper eingebetteten Feldspule, d a d u r c h g e k e n n X e i c h n e t , daß als Dämpfungselement ein den Ferritkörper (6) der Feldspule (8) bis zu seiner Oberkante (9) umgebendes metallrohr (2a), vorzugsweise aus Eisen vorgesehen ist und die Feldspule nach außen aus dem Ferritkörper ragt.

3. Näherungsschalter nach Anspruch 2, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß im Innern des aus dem Perritkörper (6) ragenden Abschnittes der Seldspule (8) ein Ferritaufsatz (10) vorgesehen ist.

4. Näherungsschalter nach den Ansprüchen 1 bis 3, d a -d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß der Schwingungseinsatz des Oszillators (23) durch ein Potentiometer (20) oder dergl. einstellbar ist und der Näherungsshalter (1) wahlweise dadurch auch für die ausschließliche Anzeige von Eisenmetallkörpern (33) einsetzbar ist, daß der Oszillator durch Verstellung des Potentiometers oder dergl. vor Beeinflussung der Peldspule (8) in Schwingung steht.

5. Näherungsschalter nach den Ansprüchen 1 bis, 4, d a -d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß für die Einstellung des Schwingungseinsatzes ein eine Widerstandskombination überbrückender Schalter vorgesehen ist.

6. Näherungsschalter nach den Ansprüchen 1 bis 5, d a -d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß der Ferritkörper (6) der Feldspule (8) über eine elektrisch leitende Klebstelle (16) mit einer an einem festen Potential liegenden Leitung (15) verbunden ist.

7. jretherunasschalter nach den Ansprüchen 1 bis 5 zumAnzeigen des Überganges von einer sich h bewegenden Reihe von Nichteisenmetallkörpern auf eine Reihe von Eisenmetallkörpern oder umgekehrt, d n d u r c h g e k e n nz e i c h n e t , daß der Ferritkörper (6) der Feldspule (8) über eine elektrisch leitende Klenstelle (16) mit einer an dem veränderlichen Potential des Signalausgenges des Verstärkern (21) liegenden Leitung verbunden ist.

L e e r s e i t e