DE4313084A1 - Inductive proximity switch - Google Patents
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft einen induktiven Näherungsschalter, insbesondere zum "bündigen Einbau" und/oder mit einem ganz oder teilweise elektrisch leitenden Gehäuse, mit einem von außen beeinflußbaren Oszillator und mit einem von dem Oszillator steuerbaren elektronischen Schalter, z. B. einem Transistor, einem Thyristor oder einem Triac, wobei zu dem Oszillator ein eine Schwingkreisinduktivität und eine Schwingkreiskapazität aufweisender Schwingkreis gehört und die Schwingkreisinduktivität aus zwei Schwingkreis spulen besteht.The invention relates to an inductive proximity switch, in particular for "flush installation" and / or with a fully or partially electric conductive housing, with an externally controllable oscillator and with an electronic switch controllable by the oscillator, e.g. B. one Transistor, a thyristor or a triac, being to the oscillator having a resonant circuit inductance and a resonant circuit capacitance The resonant circuit belongs and the resonant circuit inductance consists of two resonant circuits spool exists.
Induktive Näherungsschalter, also elektronische Schaltgeräte, sind kontakt los ausgeführt und werden seit mehr als zwanzig Jahren in zunehmendem Maße anstelle von elektrischen, mechanisch betätigten Schaltern, die kontaktbe haftet ausgeführt sind, verwendet, insbesondere in elektrischen bzw. elek tronischen Meß-, Steuer- und Regelkreisen.Inductive proximity switches, i.e. electronic switching devices, are in contact loose running and have been increasing for more than twenty years instead of electrical, mechanically operated switches, the contact adheres are used, used in particular in electrical or elec tronic measuring, control and regulating circuits.
Mit induktiven Näherungsschaltern wird indiziert, ob sich ein metallisches Beeinflussungselement, für das der induktive Näherungsschalter sensitiv ist, dem Näherungsschalter hinreichend weit genähert hat. Hat sich nämlich ein metallisches Beeinflussungselement dem induktiven Näherungsschalter hinreichend weit genähert, so steuert der Oszillator den elektronischen Schalter um; bei einem als Schließer ausgeführten Näherungsschalter wird der vorher nichtleitende elektronische Schalter nunmehr leitend, während bei einem als Öffner ausgeführten Schaltgerät der vorher leitende elektro nische Schalter nunmehr sperrt.Inductive proximity switches indicate whether there is a metallic Influencing element for which the inductive proximity switch is sensitive has approached the proximity switch sufficiently far. Has namely a metallic influencing element the inductive proximity switch sufficiently approached, the oscillator controls the electronic one Switch around; with a proximity switch designed as a closer the previously non-conductive electronic switch is now conductive while in the case of a switching device designed as a break contact, the previously conductive electro African switch now locks.
Bei induktiven Näherungsschaltern fließt in der Schwingkreisspule bzw. in den Schwingkreisspulen ein Wechselstrom, zumeist mit einer Frequenz in der Größenordnung von etwa 200 kHz. Der in der Schwingkreisspule bzw. in den Schwingkreisspulen fließende Wechselstrom baut im Umfeld der Schwing kreisspule bzw. der Schwingkreisspulen ein elektromagnetisches Wechselfeld auf. Wird in das elektromagnetische Wechselfeld der Schwingkreisspule bzw. der Schwingkreisspulen ein elektrisch leitendes Beeinflussungselement, zu meist eine Metallfahne, eingebracht, so werden - gemäß dem Induktionsgesetz - in dem elektrisch leitenden Beeinflussungselement Wirbelströme induziert. Es wird also dem Stromkreis, zu dem die Schwingkreisspule gehört bzw. die Schwingkreisspulen gehören, elektrische Energie entzogen; der Stromkreis, zu dem die Schwingkreisspule gehört bzw. die Schwingkreisspulen gehören, also der Schwingkreis, wird bedämpft.In the case of inductive proximity switches, the resonance circuit coil or the oscillating circuit coils an alternating current, mostly with a frequency in on the order of about 200 kHz. The one in the voice coil or in the alternating current flowing in the resonance circuit coils builds in the environment of the oscillation circular coil or the voice coil an electromagnetic alternating field on. Is in the alternating electromagnetic field of the voice circuit coil or the oscillating circuit coils an electrically conductive influencing element usually a metal flag, so - according to the induction law - eddy currents induced in the electrically conductive influencing element. So it becomes the circuit to which the voice circuit coil belongs or the Voice coil coils include, electrical energy withdrawn; the circuit, to which the voice circuit coil belongs or the voice circuit coils belong, the resonant circuit is damped.
Anders ausgedrückt gilt bei einem induktiven Näherungsschalter für den Os zillator, solange ein leitendes Beeinflussungselement, beispielsweise eine Metallfahne, einen vorgegebenen Abstand noch nicht erreicht hat, K × V = 1 mit K = Rückkopplungsfaktor und V = Verstärkungsfaktor des Oszillators; d. h. der Oszillator schwingt. Erreicht das entsprechende elektrisch lei tende Beeinflussungselement den vorgegebenen Abstand, so führt die zuneh mende Bedämpfung des Schwingkreises bzw. des Oszillators zu einer Verringe rung des Verstärkungsfaktors V, so daß K × V < 1 wird; d. h. die Schwin gungen des Oszillators klingen ab bzw. der Oszillator hört auf zu schwingen. Abhängig von den unterschiedlichen Zuständen des Oszillators - Oszillator schwingt ungedämpft, Oszillator schwingt gedämpft, Oszillator schwingt nicht - wird der zu dem induktiven Näherungsschalter gehörende elektronische Schal ter gesteuert. Zum diesbezüglichen Stand der Technik wird im übrigen auf die deutschen Offenlegungsschriften 37 22 334 und 37 22 335 sowie auf die in diesen vorveröffentlichten Druckschriften aufgeführten deutschen Offen legungsschriften, Auslegeschriften und Patentschriften verwiesen.In other words, the Os applies to an inductive proximity switch zillator, as long as a conductive influencing element, for example a Metal flag, has not yet reached a predetermined distance, K × V = 1 with K = feedback factor and V = amplification factor of the oscillator; d. H. the oscillator oscillates. Reaches the corresponding electrical lei ting influencing element the predetermined distance, so leads the increasing damping the resonant circuit or the oscillator to a ring tion of the gain factor V, so that K × V <1; d. H. the swine The oscillator stops or the oscillator stops oscillating. Depending on the different states of the oscillator - oscillator oscillates undamped, oscillator oscillates damped, oscillator does not oscillate - becomes the electronic switch belonging to the inductive proximity switch controlled. The state of the art in this regard is based on German Offenlegungsschriften 37 22 334 and 37 22 335 and to the German Offen, listed in these previously published documents references, design specifications and patent specifications.
Wie zuvor ausgeführt worden ist, gilt für induktive Näherungsschalter der in Rede stehenden Art, daß dann, wenn in das elektromagnetische Wechselfeld der Schwingkreisspule bzw. der Schwingkreisspulen ein elektrisch leitendes Beeinflussungselement, beispielsweise eine Mettalfahne eingebracht wird, in dem elektrisch leitenden Beeinflussungselement Wirbelströme induziert werden, dem Schwingkreis also, zu dem die Schwingkreisspule gehört bzw. die Schwingkreisspulen gehören, Energie entzogen wird, also der Schwingkreis bzw. der Oszillator bedämpft wird. Folglich ist ein induktiver Näherungs schalter der in Rede stehenden Art umso empfindlicher, je geringer die Be dämpfung ohne das angenäherte elektrisch leitende Beeinflussungselement ist. As previously stated, the inductive proximity switch applies type in question that when in the alternating electromagnetic field the voice circuit coil or the voice circuit coils an electrically conductive Influencing element, for example a metal flag is introduced, eddy currents induced in the electrically conductive influencing element are, the resonant circuit to which the resonant circuit coil belongs or Oscillating circuit coils belong, energy is extracted, i.e. the oscillating circuit or the oscillator is damped. Hence is an inductive approximation switches of the type in question, the more sensitive the lower the load damping without the approximate electrically conductive influencing element.
Bezeichnet man mit sr den Schaltabstand, also den Abstand, den das elek trisch leitende Beeinflussungselement erreichen muß, damit der induktive Näherungsschalter anspricht, mit Qsr die Güte der Schwingkreisspule bzw. der Schwingkreisspulen bei angenähertem Beeinflussungselement und mit 0∞ die Güte der Schwingkreisspule bzw. der Schwingkreisspulen bei praktisch unendlich entferntem Beeinflussungselement, so ist als Empfindlichkeit E definiertIf sr denotes the switching distance, i.e. the distance that the electrically conductive influencing element must reach in order for the inductive proximity switch to respond, Q sr denotes the quality of the resonance circuit coil or the resonance circuit coils with an approximate influencing element and 0 ∞ the quality of the resonance circuit coil or of the resonance circuit coils with the influencing element removed practically infinitely, sensitivity E is defined
Eingangs ist darauf hingewiesen worden, daß sich die Erfindung insbesondere mit einem induktiven Näherungsschalter zum "bündigen Einbau" und/oder mit einem ganz oder teilweise elektrisch leitenden Gehäuse befaßt. In diesen Fällen - "bündiger Einbau" = Einbau des induktiven Näherungsschalters in ein direkt angrenzendes elektrisch leitendes Umfeld, beispielsweise in eine Metallplatte, ganz oder teilweise elektrisch leitendes Gehäuse, beispiels weise Messinggehäuse oder außen metallisiertes Kunststoffgehäuse - liegt bereits bei praktisch unendlich entferntem elektrisch leitendem Beeinflus sungselement eine Bedämpfung vor, eine sog. Vor-Bedämpfung, die die zuvor definierte Empfindlichkeit beeinträchtigt.At the outset it was pointed out that the invention in particular with an inductive proximity switch for "flush installation" and / or with a completely or partially electrically conductive housing. In these Cases - "flush installation" = installation of the inductive proximity switch in a directly adjacent electrically conductive environment, for example in a Metal plate, fully or partially electrically conductive housing, for example wise brass housing or outside metallized plastic housing - lies even with practically infinitely distant electrically conductive influence a damping element, a so-called pre-damping, which the previous defined sensitivity impaired.
Eingangs ist ausgeführt, daß die Erfindung einen induktiven Näherungsschal ter betrifft, bei dem die Schwingkreisinduktivität aus zwei Schwingkreis spulen besteht. Damit ist der Tatsache Rechnung getragen worden, daß es induktive Näherungsschalter der in Rede stehenden Art mit zwei Schwingkreis spulen gibt, wobei diese beiden Schwingkreisspulen aus ganz unterschiedli chen Gründen vorgesehen sind.It is stated at the outset that the invention is an inductive proximity scarf ter concerns, in which the resonant circuit inductance consists of two resonant circuits spool exists. This takes into account the fact that it inductive proximity switches of the type in question with two resonant circuits coils there, these two voice circuit coils from very different Chen reasons are provided.
Aus der deutschen Patentschrift 37 35 694 ist beispielsweise ein induktiver Näherungsschalter mit zwei Schwingkreisspulen bekannt. Dabei sind die bei den Schwingkreisspulen unterschiedlich beeinflußbar und gegensinnig in Reihe geschaltet und ist der Verbindungspunkt der beiden Schwingkreisspulen mit dem Eingang eines zu dem Näherungsschalter gehörenden Schaltverstärkers - direkt oder indirekt - verbunden. German patent 37 35 694, for example, is an inductive one Proximity switch with two voice circuit coils known. The are at the voice circuit coils can be influenced differently and in opposite directions in series switched and is the connection point of the two voice circuit coils with the input of a switching amplifier belonging to the proximity switch - directly or indirectly - connected.
Aus der deutschen Offenlegungsschrift 40 32 001 ist ebenfalls ein indukti ver Näherungsschalter mit zwei Schwingkreisspulen bekannt, wobei eine Schwingkreisspule die eigentliche Indikatorspule ist, während die zweite Schwingkreisspule als Kompensationsspule unterhalb der Indikatorspule an geordnet ist; die Indikatorspule und die Kompensationsspule sind innerhalb eines schalenförmigen Ferritkerns angeordnet. Bei diesem bekannten induk tiven Näherungsschalter ist durch zwei Schwingkreisspulen, nämlich eine Indikatorspule und eine Kompensationsspule, sowie durch die Anordnung und Dimensionierung der beiden Schwingkreisspulen erreicht, daß der entspre chende Näherungsschalter möglichst fremdfeldunabhängig ist.From the German patent application 40 32 001 is also an indukti ver proximity switch with two voice circuit coils known, one Voice coil is the actual indicator coil while the second one Voice coil as a compensation coil below the indicator coil is ordered; the indicator coil and the compensation coil are inside a bowl-shaped ferrite core. With this well-known induc tive proximity switch is by two voice circuit coils, namely one Indicator coil and a compensation coil, as well as by the arrangement and Dimensioning of the two voice circuit coils achieved that the correspond appropriate proximity switch is as independent of the external field as possible.
Im übrigen stellt sich bei induktiven Näherungsschaltern der in Rede stehen den Art das Problem, bei relativ kleinen Abmessungen - und folglich auch bei relativ kleinen Abmessungen der Schwingkreisspule bzw. der Schwingkreis spulen - relativ große Schaltabstände realisieren zu können.For the rest, there is the question of inductive proximity switches the nature of the problem, with relatively small dimensions - and consequently also with relatively small dimensions of the resonant circuit coil or the resonant circuit coil - to be able to realize relatively large switching distances.
Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, den zuvor erläuterten Stand der Technik insbesondere bezüglich der Empfindlichkeit sowie der Möglich keit des "bündigen Einbaus" und der Verwendung von ganz oder teilweise elek trisch leitenden Gehäusen, aber auch bezüglich des bei vorgegebenen Abmes sungen erreichbaren Schaltabstandes, zu verbessern.The invention is based on the object, the previously explained state the technology in particular with regard to sensitivity and the possibility ity of "flush installation" and the use of all or part of the elec trically conductive housings, but also with regard to the given dimensions solutions achievable switching distance to improve.
Der erfindungsgemäße induktive Näherungsschalter, bei dem die zuvor aufge zeigte Aufgabe gelöst ist, ist nun zunächst und im wesentlichen dadurch ge kennzeichnet, daß die beiden Schwingkreisspulen gleichsinnig in Reihe ge schaltet, also gleichsinnig bestromt sind. Vorzugsweise sind die beiden Schwingkreisspulen scheibenförmig ausgeführt, d. h. die Spulenhöhe ist klein gegenüber dem Spulenaußendurchmesser. Die beiden Schwingkreisspulen sind in Spulenachsrichtung übereinander angeordnet, und zwar vorzugsweise mit relativ geringem Abstand.The inductive proximity switch according to the invention, in which the previously up showed task is solved, is now initially and essentially ge indicates that the two voice coil coils in the same direction in series switches, i.e. are energized in the same direction. Preferably the two are Voice coil coils are disc-shaped, d. H. the coil height is small compared to the coil outer diameter. The two voice circuit coils are arranged one above the other in the coil axis direction, preferably with relatively close distance.
Die Lehre der Erfindung führt überraschenderweise zu einer für den vorlie genden Fall besonders vorteilhaften Geometrie des im Umfeld der Schwing kreisspulen auftretenden elektromagnetischen Wechselfeldes. Tatsächlich nimmt nämlich senkrecht zur Spulenachsrichtung die Induktion sehr schnell und sehr stark ab. Das hat die wünschenswerte Konsequenz, daß in elek trisch leitendem Material, das sich im seitlichen Umfeld der Schwingkreis spulen befindet, keine Wirbelströme oder nur sehr geringe Wirbelströme induziert werden. Folglich führt auch elektrisch leitendes Material im seitlichen Umfeld der Schwingkreisspulen zu keiner oder nur zu einer gerin gen Vor-Bedämpfung des Schwingkreises bzw. des Oszillators.The teaching of the invention surprisingly leads to one for the In this case, the geometry of the area surrounding the oscillation is particularly advantageous circular coils occurring electromagnetic alternating field. Indeed namely, the induction takes very quickly perpendicular to the coil axis direction and very strongly. This has the desirable consequence that in elec tric conductive material, which is in the lateral environment of the resonant circuit coils, no eddy currents or only very low eddy currents be induced. Consequently, electrically conductive material in the lateral environment of the voice circuit coils to none or only to one pre-damping of the resonant circuit or the oscillator.
Im einzelnen gibt es nun verschiedene Möglichkeiten, die Lehre der Erfin dung auszugestalten und weiterzubilden. Dazu wird verwiesen einerseits auf die dem Patentanspruch 1 nachgeordneten Patentansprüche, andererseits auf die folgende Beschreibung eines zeichnerisch dargestellten Ausführungsbei spiels. In der Zeichnung zeigtIn detail there are now different possibilities, the teaching of the Erfin design and further training. On the one hand, reference is made to the claims subordinate to claim 1, on the other hand the following description of an illustrated embodiment play. In the drawing shows
Fig. 1 das Ersatzschaltbild des Schwingkreises eines erfindungsgemäßen induktiven Näherungsschalters, Fig. 1 shows the equivalent circuit diagram of the resonant circuit of an inductive proximity switch of the invention,
Fig. 2 schematisch die beiden Schwingkreisspulen, die zu der Schwing kreisinduktivität des Schwingkreises nach Fig. 1 gehören, und Fig. 2 shows schematically the two resonant circuit coils belonging to the resonant circuit inductance of the resonant circuit according to Fig. 1, and
Fig. 3 das zu den beiden Schwingkreisspulen nach Fig. 2 gehörende Schaltbild. Fig. 3, belonging to the two oscillating circuit coil according to Fig. 2 diagram.
Gegenstand der Erfindung ist ein induktiver Näherungsschalter, insbesondere zum "bündigen Einbau" und/oder mit einem ganz oder teilweise elektrisch leitenden, nicht dargestellten Gehäuse, mit einem von außen beeinflußbaren Oszillator und mit einem von dem Oszillator steuerbaren elektronischen Schalter, z. B. einem Transistor, einem Thyristor oder einem Triac. Das alles ist in den Figuren nicht dargestellt. Vielmehr wird insoweit auf die deutschen Offenlegungsschriften 37 22 334 und 37 22 335 sowie auf die in diesen vorveröffentlichten Druckschriften aufgeführten deutschen Offenle gungsschriften, Auslegeschriften und Patentschriften verwiesen. The invention relates to an inductive proximity switch, in particular for "flush installation" and / or with a fully or partially electric conductive housing, not shown, with an external influence Oscillator and with an electronic controllable by the oscillator Switches, e.g. B. a transistor, a thyristor or a triac. The everything is not shown in the figures. Rather, the extent to which German Offenlegungsschriften 37 22 334 and 37 22 335 as well as in the these previously published German Offenle publications Reference documents, interpretation documents and patent specifications.
Zu dem im übrigen nicht dargestellten Oszillator des im übrigen nicht dar gestellten induktiven Näherungsschalters gehört ein eine Schwingkreisin duktivität 1 und eine Schwingkreiskapazität 2 aufweisender Schwingkreis 3, wobei die Schwingkreisinduktivität 1 aus zwei Schwingkreisspulen 4, 5 be steht.To the otherwise not shown oscillator of the inductive proximity switch not shown is a Schwingkreisin ductivity 1 and a resonant circuit capacitance 2 having resonant circuit 3 , the resonant circuit inductor 1 consisting of two resonant circuit coils 4 , 5 be.
Wie insbesondere Fig. 3 zeigt, sind bei dem erfindungsgemäßen induktiven Näherungsschalter die beiden Schwingkreisspulen 4, 5 gleichsinnig in Reihe geschaltet, also gleichsinnig bestromt. Im einzelnen sind, wie Fig. 2 zeigt, die beiden Schwingkreisspulen 4, 5 scheibenförmig ausgeführt; bei den bei den Schwingkreisspulen 4, 5 ist also jeweils die Spulenhöhe H klein gegen über dem Spulenaußendurchmesser D. Vorzugsweise liegt das Verhältnis der Spulenhöhe H zum Spulenaußendurchmesser D zwischen 1 : 15 und 1 : 5, ins besondere etwa bei 1 : 10.As shown in FIG. 3 in particular, in the inductive proximity switch according to the invention the two resonant circuit coils 4 , 5 are connected in series in the same direction, that is, they are energized in the same direction. In detail, as shown in FIG. 2, the two resonant circuit coils 4 , 5 are disc-shaped; in the case of the resonant circuit coils 4 , 5 , the coil height H is small compared to the coil outer diameter D. Preferably, the ratio of the coil height H to the coil outer diameter D is between 1:15 and 1: 5, in particular approximately 1:10.
Wie wiederum der Fig. 2 entnommen werden kann, sind die beiden Schwingkreis spulen 4, 5 in Spulenachsrichtung übereinander angeordnet. Dabei ist der Abstand A zwischen den beiden Schwingkreisspulen 4, 5 relativ gering; vor zugsweise sind, wie dargestellt, die beiden Schwingkreisspulen 4, 5 abstands los übereinander angeordnet.As can be seen again in FIG. 2, the two oscillating circuit coil are 4, 5 arranged one above another in Spulenachsrichtung. The distance A between the two resonant circuit coils 4 , 5 is relatively small; Before, as shown, the two resonant circuit coils 4 , 5 are arranged above each other without a gap.
Schließlich kann man der Fig. 2 noch entnehmen, daß die Schwingkreisspulen 4, 5 als Luftspulen ausgeführt sind.Finally, it can be seen from FIG. 2 that the resonant circuit coils 4 , 5 are designed as air coils.
Durch die zuvor beschriebene Lehre der Erfindung wird eine für den vorlie genden Fall besonders vorteilhafte Geometrie des im Umfeld der Schwingkreis spulen 4, 5 auftretenden elektromagnetischen Wechselfeldes erreicht. Senk recht zur Spulenachsrichtung nimmt nämlich die Induktion sehr schnell und sehr stark ab. Die Folge davon ist, daß in elektrisch leitendem Material, das sich im seitlichen Umfeld der Schwingkreisspulen 4, 5 befindet, beispiels weise bei "bündigem Einbau" und/oder bei Verwendung von ganz oder teilweise elektrisch leitenden Gehäusen, keine Wirbelströme oder nur sehr geringe Wirbelströme induziert werden. Elektrisch leitendes Material im seitlichen Umfeld der Schwingkreisspulen 4, 5 führt also zu keiner oder nur zu einer geringen Vor-Bedämpfung des Schwingkreises 3 bzw. des Oszillators, zu dem der Schwingkreis 3 gehört.The teaching of the invention described above achieves a particularly advantageous geometry for the coils 4 , 5 occurring in the vicinity of the resonant circuit. The induction decreases very quickly and very strongly perpendicular to the coil axis direction. The result of this is that in electrically conductive material, which is located in the lateral area of the resonance circuit coils 4 , 5 , for example with "flush installation" and / or when using fully or partially electrically conductive housings, no eddy currents or very low eddy currents be induced. Electrically conductive material in the lateral environment of the resonant circuit coils 4 , 5 thus leads to no or only a slight pre-damping of the resonant circuit 3 or of the oscillator to which the resonant circuit 3 belongs.
Bei einem im Stand der Technik bekannten induktiven Näherungsschalter mit einem Schaltabstand sr von 4,5 mm ist bisher eine Empfindlichkeit E von etwa 3,5 bis 4% erreicht worden. Demgegenüber wird bei Anwendung der Lehre der Erfindung eine Empfindlichkeit E von etwa 8 bis 10% erreicht.In an inductive proximity switch known in the prior art with a switching distance sr of 4.5 mm has been a sensitivity E of about 3.5 to 4% has been achieved. In contrast, when applying teaching the invention achieved a sensitivity E of about 8 to 10%.
Der sog. "Einbausprung" - Übergang von "nicht-bündigem Einbau" zu "bündigem Einbau" - liegt bei dem erfindungsgemäßen induktiven Näherungsschalter un ter 1%, - während normmäßig verlangt wird, daß der "Einbausprung" unter 10% liegt.The so-called "installation jump" - transition from "non-flush installation" to "flush installation" Installation "- lies in the inductive proximity switch according to the invention ter 1%, - while it is normally required that the "installation jump" under 10% lies.
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| OP8 | Request for examination as to paragraph 44 patent law | ||
| D2 | Grant after examination | ||
| 8364 | No opposition during term of opposition | ||
| 8339 | Ceased/non-payment of the annual fee | ||
| 8370 | Indication of lapse of patent is to be deleted | ||
| 8320 | Willingness to grant licenses declared (paragraph 23) | ||
| 8339 | Ceased/non-payment of the annual fee |