DE3177316T2

DE3177316T2 - Näherungsschalter

Info

Publication number: DE3177316T2
Application number: DE3177316T
Authority: DE
Inventors: Geoffrey John Harris
Original assignee: Square D Co
Current assignee: Schneider Electric USA Inc
Priority date: 1980-10-29
Filing date: 1981-10-16
Publication date: 1996-10-31
Anticipated expiration: 2001-10-17
Also published as: US4456834A; EP0063573A1; EP0388477B1; DE3177266D1; IT8168399A0; EP0063573B1; MX150894A; CA1195406A; EP0388477A2; EP0395770A2; IT1145125B; WO1982001630A1; AU7648981A; DE3177316D1; EP0395770A3; AU573521B2; EP0388477A3

Description

Diese Erfindung bezieht sich auf Näherungsschalter und insbesondere auf Näherungsschalter, die einen Oszillator und eine Induktionsspule beinhalten, und die mittels eines metallischen Gegenstandes betrieben werden, der sich in der Nähe des Schalters befindet und die Oszillation des Schalterstromkreises veranlaßt, sich zu ändern.
Schalter dieser allgemeinen Sorte sind in dieser Technik gut bekannt und arbeiten zufriedenstellend. Es verbleibt jedoch ein Problem in der Tatsache, daß Variationen bei Spulen und anderen Schaltkreisbauteilen unumgänglich sind; um Schalter mit einer einheitlichen Empfindlichkeit zu versehen, ist es daher notwendig, die Detektorschaltung während der Herstellungsphase einzustellen. Dies wurde früher so gehandhabt, daß ein Trimmpotentiometer in den Schaltkreis eingebaut wurde und von Hand justiert wurde. Eine solche Justierung ist zeitaufwendig und arbeitsintensiv, und die dadurch erreichte Genauigkeit wird sehr wahrscheinlich variieren. Der Einsatz eines Trimmpotentiometers ist ebenfalls von Nachteil wenn man die Größe der Schaltung durch Miniaturbauelemente oder Mikrominiaturbauelemente reduzieren mochte.
GB-A-2 011 086 beschreibt einen Näherungsschalter, in dem die Empfindlichkeit mittels eines variablen Widerstandes justiert wird. US-A-3 829 962 beschreibt ein System zum automatischen Kalibrieren der Frequenz eines Oszillators, indem eine Widerstandsbeschichtung auf einem Substrat abgeschliffen wird.
Dementsprechend schafft die Erfindung eine Methode, einen Näherungsschalter zu fertigen, der eine Induktionsspule besitzt, einen Oszillator, der die Spule antreibt, eine Detektorschaltung und einen Widerstand, der während der Herstellung justiert wird, um Toleranzen in der Spule und anderen Schaltungsbauteilen auszugleichen, wobei die Verbesserungen folgendes umfassen:
daß der genannte Widerstand als eine Widerstandsbeschichtung auf einem Substrat gebildet wird;
daß die genannte Beschichtung zur Justierung des genannten Widerstandes abgeschliffen wird bis die benötigte Empfindlichkeit erreicht wird, wobei die genannte Beschichtung durch mit einer Düse gesprühten abreibende Partikel abgeschliffen wird; und
daß der Schalter in einem gegebenen Abstand von einem standardisierten Metalltestobjekt gehalten wird und er an einen Steuerschaltkreis angeschlossen wird, wobei die Düse unter Kontrolle des Steuerschaltkreises automatisch über die Beschichtung geführt wird bis der Näherungsschalter betrieben wird.
Eine Ausführung der Erfindung wird nun mittels Beispiel und unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen beschrieben, in welchen:
Fig. 1 der Querschnitt einer Seitenansicht? eines Näherungsschalters ist;
Fig. 2 eine Planansicht, teilweise im Schnitt, eines Teiles des Schalters von Fig. 1 ist;
Fig. 3 eine Endansicht der Endkappe des Schalters in Richtung III von Fig. 2 ist;
Fig. 4 eine vergrößerte Planansicht des dicken Filmsubstrats, das die Schaltung des Schalters trägt, ist;
Fig. 5 einen Schritt bei der Herstellung des Schalters nach der Erfindung graphisch illustriert; und
Fig. 6 ein Schaltbild der Schaltung von Fig. 4 ist Bezugnehmend insbesondere auf Fig. 1 hat der Schalter ein metallisches zylindrisches Gehäuse 10, welches außen ein Gewinde 12 hat, zur Montage an einem Träger, z. B. mittels Muttern (nicht gezeigt). Eine Endkappe 14 aus Preßplastik schließt ein Ende des Gehäuses 10 und bringt eine Induktionsspule 16 an. Der Schaltkreis des Schalters, der unten beschrieben wird, umfaßt Mikrominiaturbauteile auf einem gedruckten Dickschichtsubstrat 18, die in Fig. 1 und 2 nicht gezeigt sind. Das Substrat 18 ist mittel integrierter vorgeformter Sockel 22 auf einem Plastikträger 20 positioniert und wird durch Klebstoff auf den integrierten vorgeformten Stützen 24 befestigt. Das andere Ende des Gehäuses 10 wird durch eine Metallkappe 26 verschlossen, die eine zentrale Öffnung zum Einlaß eines zweidrahtigen Versorgungskabels 28 mit Kabelverbinder 30 hat.
Der Zusammenbau des Schalters wird näher in unserer ebenfalls ausstehenden europäischen Anmeldung 81902798.8 (Veröffentlichung Nr. WO 82/01630) beschrieben. Kurz gesagt, wird die Spule erst in der Endkappe 14 positioniert und wird durch Epoxidharz 32 in Position gehalten und vergossen. Rippen oder Mikrospitzen (34) am besten in Fig. 3 zu sehen) sind an der inneren Oberfläche der Endkappe 14 vorhanden, um die Spule 16 von der Oberfläche wegzuhalten und es dem Harz möglich zu machen einzudringen.
Mittlerweile werden die Schaltungsbauteile mit dem Substrat 18 mittels konventioneller Verfahren, zum Beispiel Rückflußlötung, verbunden, welches dann am Träger 20 wie oben beschrieben befestigt wird. Der Träger 20 hat integrierte Zapfen 36, die in entsprechende Löcher in der Endkappe 14 einschnappen. So wird eine mechanische Verriegelung zwischen dem Träger und der Endkappe durch eine bewegliche Verbindung geschaffen, welches bei der Manipulation der Baugruppe zweckmäßig ist und auch dabei, diese in Spannvorrichtungen und ähnliches einzubauen. Die Enden der Spule werden nun an Lötaugen P6, P7 und P8 (Fig. 4) auf dem Substrat 18 gelötet. Die Drähte 40, 42 des Kabels 28 werden gleicherweise an Lötaugen P1 und P2 (Fig. 4) angelötet.
Als nächstes ist es notwendig, die Schaltung so zu justieren, daß sie zu den Toleranzen der verwendeten Spule und anderer Bauteile paßt, um die benötigte Empfindlichkeit zu erreichen. Dies wird dadurch erreicht, daß man einen Widerstand R10 (Fig. 6) trimmt, während die Baugruppe in der Nähe eines standardisierten Testobjekts erregt wird. Nach der Erfindung wird der Widerstand R10 in Form einer Widerstandsbeschichtung auf dem Substrat geschaffen, wie man in Fig. 4 sehen kann, und wird durch die in Fig. 5 dargestellte Vorrichtung getrimmt.
Bezugnehmend auf Fig. 5 ist die Baugruppe von Substrat 18, Träger 20 und Endkappe 14 in eine Spannvorrichtung geklemmt, die bei 46 schematisch dargestellt wird und auf einer Fläche 48 in einem vorgegebenen Abstand vom Testobjekt 50 positioniert. Das Kabel 28 ist mit einer Steueranlage 52 verbunden. Eine abschleifende Sprühanlage 54, bewegt sich in die unter der Steuerung der Steueranlage 52 angegebene Richtung, zum Beispiel durch Montage auf einen motorisierten Stand (nicht gezeigt). Wenn die Abschleifung den Widerstand der Beschichtung R10 bis zum korrekten Wert erhöht hat, dann arbeitet der Schaltkreis des Näherungsschalters, und das daraus resultierende Signal betreibt die Steueranlage 52, die die abschleifende Sprühanlage 54 abschaltet. So erfolgt das Trimmen des Widerstandes automatisch und selbstregulierend.
Die abschleifende Sprühanlage 54 bläst wie angemessen Aluminiumoxydpartikel in einem Luftstrom aus einer Düse von 0,005 Zoll (0,127 mm) · 0,002 Zoll (0,051 mm).
Nach dem Trimmen der Widerstandsbeschichtung R10 werden Substrat 18 und die darauf angebrachten Bauteile mit einer Schutzschicht überzogen (in den Zeichnungen ausgelassen) Die Schicht besteht vorzugsweise aus weichem Siliciumgummi, z. B. Dow Corning 3140, das über das Substrat in einer ungefähr 3 mm dicken Schicht extrudiert ist. Diese Schicht dient dazu, schädliche Wirkungen auf die Mikrominiaturbauteile von Belastungen, die aus dem späteren Eingießen mit und der Härtung von weiterem Epoxidharz entstehen, zu vermeiden.
Die soweit zusammengestellten Teile werden nun mit dem Gehäuse 10 vereinigt. Ein geeigneter Klebstoff, wie "Loctite 638" wird auf der Peripherie der Endkappe 14 aufgetragen, und der Bausatz wird dann in das Gehäuse 10 eingeführt, bis die Kappe 14 am Ende des Gehäuses einschnappt. Der Schalter wird dann mit einem transparenten Zweikomponenten-Epoxidharz gefüllt und die Metallkappe 26 installiert und das weitere Harz dann bei 65ºC gehärtet. Die Kappe hat ein grobes inneres Schraubgewinde 56, um eine mechanische Verbindung mit dem Harz zu schaffen. Das weitere Harz wird in den Fig. 1 und 2 nicht gezeigt, um die Klarheit der anderen Baugruppenteile nicht zu beeinträchtigen.
Verschiedene Formen von Schaltungen, die zum Einsatz in dem Schalter geeignet sind, sind in dieser Technik bekannt. Der Schaltkreis von Fig. 6 wird nur als ein Beispiel aufgeführt und wird, da es für die vorliegende Erfindung nicht notwendig ist, auch nicht näher beschrieben. Im Wesentlichen handelt es sich um einen zweidrahtigen Gleichstromschaltkreis dessen alle in Fig. 6 gezeigten Bauteile auf das Substrat 18 montiert sind, außer der Spule 16 und einer Leuchtdiode (l.e.d.) D2. Transistoren T1 und T2 und damit verbundene Vorspannungsbauteile bilden einen Oszillator, der eine Spule 16 betreibt. Transistoren T3 und T4 schaffen einen Pegelanzeiger mit Schnappeinrichtung, welcher, wenn ein metallischer Gegenstand die Spule 16 auflädt, in den Stromausgangstransistor T6 getrieben wird. Eine regulierte Stromversorgung für den Oszillator und Pegelanzeiger wird von einer Zener Diode Z2 und den dazugehörenden Bauteilen T5, R7, R8, T7, T8 und R9 geschaffen. Um sicherzustellen, daß eine konstante Spannung über Z2 erscheint, ist es erforderlich, unter den variablen Bedingungen der Spannungsversorgung und des externen Laststroms, einen konstanten Strom zu unterhalten. Der in Z2 hineinfließende Strom wird durch den Stromregler T7 und T8 reguliert. Jeder zusätzliche Strom wird durch T5 von Z2 weggeleitet.
Daher wird, wenn ein metallischer Gegenstand sich in der Nähe des Schalters befindet, T6 leitend, um es dem Strom zu ermöglichen, über die Drähte 40 und 42 zu fließen, um ein vom Schalter gesteuertes Gerät entweder direkt oder über ein Relais oder ähnliches zu betreiben. Die l.e.d. D2 leuchtet auf, wenn der Schalter "Ein"-geschaltet ist. Wie man in Fig. 1 und 2 sehen kann, ist die l.e.d. D2 auf einen vom Träger 20 integrierten Sockel 21 montiert, so daß sie außerhalb des Schalters durch eine Öffnung 11 im Gehäuse 10 sichtbar ist.
Die Punkte P1-P8 sind Lötverbindungen auf dem Substrat 18.
Die Seite der Schaltung mit dem niedrigeren Potential ist mit dem Gehäuse 10 über einen Kondensator 04, Draht 58 und Band 60 (Fig. 4 und 6) verbunden, wie in näheren Einzelheiten in unserer europäischen Teilanmeldung Nr. EP-A- 0395 770, die gleichzeitig hiermit eingereicht wurde, beschrieben ist.

Claims

Eine Methode einen Näherungsschalter einschließlich einer Induktionsspule (16), einer einen Oszillator (T1, T2) antreibenden Spule, eines Detektorschaltkreises (T3, T4) und eines Widerstandes (R10) zu fertigen, der während der Herstellung justiert wird, um Toleranzen in der Spule und anderen Schaltungsbauteilen auszugleichen; von folgenden Kombinationen charakterisiert:

Bildung des genannten Widerstandes (R10) als Widerstandsbeschichtung auf einem Substrat (18);

Abschleifung der genannten Beschichtung zur Justierung des genannten Widerstandes bis die gewünschte Empfindlichkeit erreicht wird, wobei die genannte Beschichtung durch mit einer Düse gesprühten abreibende Partikel abgeschliffen wird; und

durch Haltung des Schalters in einem gegebenen Abstand von einem standardisierten metallischen Testobjekt (50) und Verbindung desselben mit einem Steuerschaltkreis (52), wobei die Düse automatisch über die Beschichtung unter Steuerung des Steuerschaltkreises geführt wird, bis der Näherungsschalter funktioniert.