DE4427283C1 - Induktiver Näherungsschalter - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen induktiven Näherungsschalter nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Bei induktiven Näherungsschaltern dieser Art können verschie­ dene Funktionsstörungen auftreten, die u. a. auch durch gerätinterne Stö­ rungen hervorgerufen werden können. So können beispielsweise Bauteile altern oder ausfallen und weitere interne Fehler auftreten, die nicht unbedingt einen Gerätausfall bedeuten, sondern nur zu Abweichungen von vorbestimmten Grenzen, etwa des Schaltabstandes, führen können. Eine Funktionsüberwachung ist aber bei induktiven Näherungsschaltern insofern nicht möglich, als nicht differenziert werden kann, ob die Oszillator- Amplitudenänderung, die von einer Auswerteschaltung des Näherungsschal­ ters festgestellt wird, von einer gewollten Zielbeeinflussung oder einer internen Störung herrührt, da die Auswirkungen auf den Oszillator in beiden Fällen gleich sind.

Ein Näherungsschalter der eingangs genannten Art ist aus der DE 40 32 001 C2 bekannt, bei der in einem topfartigen Ferritkern eine Indikator- und eine hiervon unterschiedliche Kompensatorspule vorgesehen sind, wobei erstere eine möglichst großen Abstand zum Ferritkern zur Er­ zielung einer luftspulenähnlichen Induktivität haben soll, während die zweite als Flachspule am Boden des Ferritkerns angeordnet wird. Hier­ durch soll bewirkt werden, daß die magnetische Bedämpfung durch starke magnetische Fremdfelder mit der zur Indikatorspule gegensinnig bestrom­ ten Kompensationsspule im Wickelraum des Ferritkern kompensiert wird. Hierdurch lassen sich jedoch gerätinterne Störungen nicht feststellen.

Aufgabe der Erfindung ist es, einen induktiven Näherungsschal­ ter nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 zu schaffen, der eine Funk­ tionsüberwachung ermöglicht.

Diese Aufgabe wird entsprechend dem kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 gelöst.

Hierdurch wird erreicht, daß zwischen gewollter äußerer Beein­ flussung und interner Störung unterschieden werden kann, indem in einem Referenzbetrieb die Oszillatorspule völlig von einem Metallziel entkop­ pelt wird, ohne jedoch den Resonanzwiderstand des Schwingkreises nen­ nenswert zu ändern, d. h. daß während des normalen Arbeits- oder Meßbe­ triebs und dem Referenzbetrieb ähnliche Bedingungen vorliegen. Während des Referenzbetriebs wird aber durch entsprechende Spulenanordnung das Hochfrequenzmagnetfeld innerhalb der Spulenanordnung gehalten, so daß eine Bedämpfung von außen nicht mehr möglich ist.

Weitere Ausgestaltungen der Erfindung sind der nachfolgenden Beschreibung und den Unteransprüchen zu entnehmen.

Die Erfindung wird nachstehend anhand eines in den beigefügten Abbildungen dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert.

Fig. 1 zeigt schematisch einen Aufbau eines induktiven Nähe­ rungsschalters mit Funktionsüberwachung.

Fig. 2 zeigt im Schnitt eine Spulenanordnung in einem Ferrit­ kern für den Näherungsschalter von Fig. 1.

Fig. 3 zeigt ein Schaltbild eines induktiven Näherungsschal­ ters entsprechend einem Aufbau gemäß Fig. 1 (ohne Auswerteschaltung).

Der in Fig. 1 dargestellte, induktive Näherungsschalter umfaßt einen Oszillator 1, an den ein Schwingkreis 2 angeschlossen ist. Der Schwingkreis 2 umfaßt einen Kondensator C, der mit einem Ausgang 3 des Oszillators 1, dessen anderer Ausgang 4 an Masse liegt, sowie mit Masse verbunden ist, sowie zwei antiseriell in Reihe geschaltete Spulen L1 und L2 mit gleicher Wicklungszahl und gleichem Innen- und Außendurchmesser. Ein Mittelabgriff zwischen den beiden Spulen L1 und L2 und der Ausgang der nachgeschalteten Spule L2 sind über einen elektronischen Schalter 5 mit Masse verbunden. Die Spulen L1, L2 befinden sich axial nebeneinander angeordnet in einem topfartigen, insbesondere einen sich vom Topfboden 6′ auswärts erstreckenden Mittelstift 6′′ aufweisenden Ferritkern 6, vgl. Fig. 2. Der Oszillator 1 ist mit einer Auswerteschaltung 7 verbunden, die eine Bedämpfung feststellt und ein dementsprechendes Signal abgibt.

In einer Arbeits- oder Meßstellung des Näherungsschalters (in Fig. 1 gestrichelt dargestellt) verbindet der elektronische Schalter 5 die Spule L1, die sich benachbart zum Topfboden 6′ des Ferritkerns 6 be­ findet, mit Masse, so daß die Spule L2 keinen Teil des Schwingkreises 2 bildet. Der Näherungsschalter arbeitet wie üblich, indem er einen metal­ lischen Gegenstand feststellt, der zu einer Bedämpfung des Oszillators 1 führt. Die Auswerteschaltung 7 stellt, wenn sich der metallische Gegen­ stand innerhalb eines bestimmten Schaltabstandes vom Näherungsschalter befindet, eine entsprechende Amplitudenänderung des Ausgangssignals des Oszillators 1 fest, die die Erzeugung eines Schaltsignals hervorruft, das von der Auswerteschaltung 7 erzeugt wird.

In einer Referenzstellung des Näherungsschalters (in Fig. 1 durchgezogen dargestellt) sind die beiden in Reihe geschalteten Spulen L1, L2 über den elektronischen Schalter 5 mit Masse verbunden, d. h. bei­ de Spulen L1 und L2 sind wirksam, und aufgrund ihrer gleichen Windungs­ zahl heben sich ihre betragsmäßig gleichen, aber entgegengerichteten Felder auf, d. h. es tritt kein Feld aus dem Ferritkern 6 aus. In dieser Referenzstellung kann somit der Näherungsschalter keinen metallischen Gegenstand, der normalerweise innerhalb seines Schaltabstandes eine ge­ nügende Amplitudenänderung hervorrufen würde, feststellen, d. h. der Nä­ herungsschalter kann von außen nicht beeinflußt werden. Andererseits ist aber die Summe der Induktivitäten der beiden Spulen L1 und L2 ungleich null, weil die Spule L1 tiefer im Ferritkern 6 als die Spule L2 sitzt und somit eine wesentlich höhere Induktivität als die weiter außen im Ferritkern 6 befindliche Spule L2 besitzt. Hierdurch kann der Oszillator arbeiten, da er bei der vorgesehenen antiseriellen Schaltung der Spulen L1 und L2 an eine ausreichend große Gesamtinduktivität angeschlossen ist obwohl nach außen hin kein Hochfrequenzmagnetfeld erzeugt wird. In der Referenzstellung hat der Oszillator 1 bezüglich Spule und Resonanz­ widerstand des Schwingkreises 2 ähnliche Bedingungen und arbeitet inso­ fern wie in der Arbeits- oder Meßstellung.

Wenn sich an den Spulenwerten oder anderen internen Parametern des Näherungsschalters etwas geändert haben sollte, kann dies somit in der Referenzstellung festgestellt und angezeigt werden, wobei diese An­ zeige eindeutig auf solche Fehler und nicht auf äußere Beeinflussung zu­ rückzuführen ist. Die so in der Referenzstellung durchführbare Selbst­ prüfung erstreckt sich auch auf den Schaltabstand. Eine Meldung erfolgt bei Herauslaufen aus vorbestimmten Grenzen und nicht erst bei Ausfall.

Für den elektronischen Schalter 5 können ein P- und N-Bipolar­ transistor 8′, 8′′ mit sehr kleiner U_ce und großer Stromverstärkung ver­ wendet werden, vgl. Fig. 3. Die Ausgangskapazität ist hierbei so klein zu wählen, daß die Schaltsymmetrie und damit die Feldaufhebung gewähr­ leistet sind. Die Transistoren 8′, 8′′ werden während einer Oszillator­ halbwelle invers betrieben, weshalb die hohe Stromverstärkung erforder­ lich ist. Die digitale Umschaltspannung sollte ca. 3 V größer als die Versorgungsspannung sein, um die Kollektor-Basis-Strecken der Transisto­ ren 8′, 8′′ einwandfrei sperren zu können. Die ohm′schen Verluste der Transistoren 8′, 8′′ sollten ausreichend gering sein, um den Resonanzwi­ derstand des Schwingkreises 2 so wenig wie möglich zu belasten.

Statt dessen kann auch ein elektronischer Schalter 5 vorgesehen sein, der aus IGBT-Transistoren aufgebaut ist, die leistungslos steuer­ bar sind.

Der elektronische Schalter 5 kann automatisch in periodischen Abständen und/oder manuell jeweils während eines kurzen Zeitraums betä­ tigbar sein, um eine Funktionsüberprüfung des Näherungsschalters zu be­ wirken.

Claims (5)

1. Induktiver Näherungsschalter mit einer in einem topfartigen Ferritkern (6) befindlichen, ersten Spule (L1) eines von einem Oszilla­ tor (1) beaufschlagten Schwingkreises (2) sowie einer Auswerteschaltung (7) für die Oszillatorbedämpfung, wobei eine zweite Spule (L2) in dem Ferritkern (6) angeordnet und mit der ersten Spule (L1) antiseriell in Reihe geschaltet ist, dadurch gekennzeichnet, daß die zwei­ te Spule (L2) gleiche Windungszahl wie die erste Spule (L1) aufweist und über einen elektronischen Schalter (5) außer Betrieb setzbar ist.

2. Näherungsschalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der elektronische Schalter (5) periodisch betätigbar ist.

3. Näherungsschalter nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der elektronische Schalter (5) manuell betätigbar ist.

4. Näherungsschalter nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der elektronische Schalter (5) zwei Bipolartransi­ storen (8′, 8′′) umfaßt.

5. Näherungsschalter nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der elektronische Schalter (5) zwei IGBT-Transisto­ ren (8′, 8′′) umfaßt.