DE102013200778B4

DE102013200778B4 - Näherungsschalter

Info

Publication number: DE102013200778B4
Application number: DE102013200778.7A
Authority: DE
Inventors: Michael Weber; Wolfgang Heinrich
Original assignee: IFM Electronic GmbH
Current assignee: IFM Electronic GmbH
Priority date: 2013-01-18
Filing date: 2013-01-18
Publication date: 2020-01-30
Anticipated expiration: 2033-01-19
Also published as: DE102013200778A1

Abstract

Näherungsschalter mit einem Sensor (1) und einer elektronischen Schaltung (2) in einem Gehäuse (3) mit einem gasdurchlässigen Gehäuseabschnitt zur Entlüftung des Innenraumes und als Barriere gegen den Austritt von viskoser Vergußmasse (4), dadurch gekennzeichnet, dass der Näherungsschalter einen Stecker (7) mit einem Blindstopfen (8) aufweist, der entweder aus einem Sinterwerkstoff (5) besteht, oder mit Mikrobohrungen (6) versehen ist, wobei die Poren des Sinterwerkstoffs (5) oder die Mikrobohrungen (6) als Barriere für die viskose Vergußmasse (4) und als Auslass für die beim Aushärten der Vergußmasse (4) frei werdenden Gase geeignet sind.

Description

Die Erfindung betrifft einen Näherungsschalter nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1. Näherungsschalter sind in der Automatisierungstechnik weit verbreitet. Sie sind mit induktiven, kapazitiven, optischen oder Magnetsensoren ausgestattet und werden zur Feststellung der Anwesenheit oder Annäherung von Werkstücken, Fahrzeugen und/oder Personen in einem Überwachungsbereich eingesetzt. Da sie ohne mechanische Betätigung schalten, arbeiten sie sehr zuverlässig und besitzen eine hohe Lebensdauer.
Die wohl häufigste Bauform ist zylindrisch mit metrischem Außengewinde. Der elektrische Anschluss erfolgt meist über Kabel oder Steckverbinder. Trotz der höheren Kosten und des größeren Platzbedarfs sind Näherungsschalter mit Steckeranschluss weit verbreitet. Näherungsschalter dieser Art werden auch von der Anmelderin hergestellt und vertrieben. Zum Schutz der empfindlichen Elektronik vor Umwelteinflüssen werden Näherungsschalter meistens vergossen. Als Vergußmasse wird neben den bekannten Epoxidharzen auch aufschäumendes Polyurethan eingesetzt. Vorteilhaft sind dessen geringere Permittivität, die elektrische Durchschlagsfestigkeit, die hohe mechanische Stabilität und das geringe Gewicht. Zur Vermeidung von Hohlräumen muss bei der Befüllung dafür gesorgt werden, dass die verdrängte Luft und die beim Aufschäumen frei werdenden Gase entweichen können. Die DE 102 59 007 A1 zeigt einen elektrischen Steckverbinder. Das Gehäuse ist als hohlkörperartige Tülle ausgebildet und wird mit aushärtbarer Vergussmasse gefüllt. Der Verguß erfolgt über zwei als Kanäle ausgebildete Öffnungen, wobei eine als Einfüllöffnung und die andere als Überlauföffnung dient.
Als nachteilig werden der erhöhte Einsatz an Vergußmasse und die Nacharbeit bei der Entfernung der gefüllten Vergußkanäle angesehen. Die DE 102 32 028 A1 beschreibt einen optischen Sensor mit einem gasdurchlässigen, aber flüssigkeitsabweisenden Segment in der Gehäusewand zum Druckausgleich zwischen dem Innenraum und der äußeren Umgebung. Das Segment besteht aus einer Membran aus Polytetrafluoethylen (PTFE).
Nachteilig ist die durch die Membran hervorgerufene mechanische Schwachstelle im Gehäuse, die beim Verguß zu unkontrollierten Deformation des Gehäuses führen kann. Die DE 10 2006 011 757 A1 betrifft ein Verfahren zum Vergießen elektronischer Bauteile. Um Luft und sonstige Gase abzuleiten, wir die Gießkammer mit einem Unterdruck beaufschlagt, der nach dem Verguß und vor dem Aushärten aufgehoben wird. Das Verfahren ist sicher wirkungsvoll, aber aufwändig.
Die DE 10 2006 001 290 B3 beschreibt einen Näherungsschalter mit einem gasdurchlässigen Gehäuseabschnitt zur Entlüftung des Innenraumes und als Barriere gegen den Austritt von viskoser Vergußmasse.
Die US 5 742 007 A offenbart ein Gehäuse für eine elektronischen Baugruppe, insbesondere einen Leistungstransistor, mit einem aus einem Sinterwerkstoff bestehenden gasdurchlässigen Gehäuseabschnitt zum Druckausgleich.
Die DE 198 40 761 C1 offenbart ein Herstellungsverfahren für ein Gehäuse für eine bestückte Leiterplatte, mit einem feuchtigkeitsundurchlässigen Druckausgleichselement, wobei mikrofeine Bohrungen (mit einem Laser) in das Gehäuse eingebracht werden.
Die DE 201 19 461 U1 zeigt einen elektromotorischen Antrieb mit Druckausgleichsvorrichtung, wobei das Gehäuse (ebenfalls mit einem Laser) eingebrachte Mikrobohrungen aufweist.
Die Mikroöffnungen sind so klein gewählt, dass die Oberflächenspannung des Wassers ein Eindringen desselben in das Gehäuse wirkungsvoll verhindert. Zum Verguss regt ein derartiges Getriebegehäuse nicht an.
Die JP 2009 - 193 823 A offenbart einen Blindstopfen für einen wasserdichten Steckverbinder mit einer wasserundurchlässigen Entlüftungsmembran.
Die GB 2 464 475 A zeigt eine mit Poylurethanschaum vergossene (abgedichtete) elektronische Baugruppe für ein Kraftfahrzeug. Eine Entlüftung ist nicht vorgesehen.
Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, einen Näherungsschalter anzugeben, der die Nachteile vermeidet, und eine effektive Ableitung der beim Verguß verdrängten Luft und der beim Aushärten frei werdenden Gase ermöglicht.
Diese Aufgabe wird entsprechend dem Kennzeichen des Patentanspruchs 1 gelöst. Die Unteransprüche betreffen die vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung.
Der wesentliche Erfindungsgedanke besteht darin, den Gehäuseinnenraum über einen nicht deformierbaren, aber gasdurchlässigen Gehäuseabschnitt zu entlüften. So können Gase entweichen, ohne dass Vergußmasse austritt. Auf diese Weise werden Hohlräume vermieden und Vergußmasse eingespart.
Als gasdurchlässige Gehäuseabschnitte werden Sinterwerkstoffe, insbesondere solche mit einstellbarer Porengröße eingesetzt, oder vorhandene Gehäuseabschnitte mit Mikrobohrungen versehen.
Die Sinterteile können aus Kunststoff, Metall oder auch aus einem quellenden Stoff bestehen. Sie können geometrisch an ihre Umgebung angepasst und so auch im Sichtbereich angeordnet werden. Sinterteile aus Kunststoff können problemlos eingefärbt und damit auch farblich an ihre Umgebung angepasst werden. je nach dem ausgewählten Kunststoff können zusätzlich hydrophobe oder oelephobe Eigenschaften erreicht werden.
Die Fügung der Sinterteile kann in Kunststoffgehäusen durch Einpressen oder Schweißen erfolgen. Die benötigten Sinterteile können durch Presstechnik wirtschaftlich hergestellt werden. Die erfindungsgemäßen Mikrobohrungen können gleichermaßen in Metall, Kunststoff, Glas oder Keramik eingebracht werden. Ihr Durchmesser wird an die Viskosität des verwendeten Vergußmaterials angepasst. Ihr Durchmesser ist im Allgemeinen kleiner als 60 µm. Sie können durch Laser, Nadeln oder Elektronenstrahlen in das Material eingebracht werden.
So können nahezu beliebig an einer oder mehreren Stellen des Gehäuses angeordnet werden. Sinnvollerweise sind das die beim Verguß und bei der Aushärtung höchstgelegenen Stellen.
Die Erfindung wird anhand der Zeichnung näher erläutert.

1 zeigt einen erfindungsgemäßen Näherungsschalter mit einem induktiven Sensor.
2. zeigt als erstes Ausführungsbeispiel einen Stecker mit einem gesinterten Blindstopfen.
3 zeigt den Stecker mit gesintertem Blindstopfen aus 2 in der Draufsicht.
4 zeigt als zweites Ausführungsbeispiel einen Steckereinsatz mit Mikrobohrungen.
5 zeigt eine vergrößerte Seitenansicht der Mikrobohrungen aus der 4.
6 zeigt den Steckereinsatz mit Mikrobohrungen aus 4 in der Draufsicht.
7 zeigt eine vergrößerte Draufsicht der Mikrobohrungen aus der 6.

An der Frontseite des in 1 dargestellten Näherungsschalters befindet sich ein Sensor 1, hier eine Spule, wie die angedeuteten magnetischen Feldlinien zeigen. Dahinter befindet sich eine elektronische Schaltung 2 zur Auswertung des Sensorsignals und zur Erzeugung eines vorzugsweise binären Schaltsignals. Das Gehäuse 3 ist zylindrisch und mit einem Außengewinde M18x1 versehen. Die ausgehärtete Vergußmasse ist mit 4 bezeichnet. Die hier dargestellte Struktur ist beispielhaft und nicht kennzeichnend für die Erfindung. Am Ende des Gehäuses 3 befindet sich der Stecker 7, hier ein M12 Rundstecker mit Kontaktstiften 9.
Die 2 zeigt ein erstes Ausführungsbeispiel. Dargestellt ist der Stecker 7 aus 1 im Längsschnitt ohne Kontaktstifte 9. An Stelle eines nicht benötigten Kontaktstifts ist erfindungsgemäß ein Blindstopfen 8 eingefügt. Er besteht aus einem der o.g. Sinterwerkstoffe und ist deshalb zusätzlich noch mit 5 bezeichnet.
Die 3 zeigt den Stecker 7 aus 2 in der Draufsicht. Man erkennt die Kontaktstifte 9. An Stelle eines nicht benötigten Kontaktstifts ist der aus einem Sinterwerkstoff 5 bestehende Blindstopfen 8 eingefügt.
Die 4 zeigt ein zweites Ausführungsbeispiel. Dargestellt ist wiederum der Stecker 7 im Längsschnitt ohne Kontaktstifte 9. An Stelle eines nicht benötigten Kontaktstifts ist das ursprünglich vollständig geschlossene Gehäuse durch die Mikrobohrungen 6 gasdurchlässig. Die Mikrobohrungen 6 sind erfindungsgemäß so bemessen, dass zwar Gase austreten können, aber die viskose Vergußmasse 4 zurückgehalten wird. Ihr Durchmesser beträgt ca. 20 µm.
Die 5 zeigt zwei Mikrobohrungen 6 in einer vergrößerten Darstellung. Man erkennt, dass sich das Gehäusematerial von dem in seiner unmittelbaren Umgebung lediglich durch die in einem der oben genannten Fertigungsprozess eingebrachten Mikrobohrungen (6) unterscheidet.
Die 6 zeigt den Stecker 7 aus 4 in der Draufsicht. Dargestellt sind die Steckerstifte 9 und die Mikrobohrungen 6.
Die 7 zeigt die in 6 dargestellten Mikrobohrungen in einer vergrößerten Darstellung in der Draufsicht. Die Mikrobohrungen 6 befinden sich an Stelle eines nicht benötigten Kontaktstifts. Deshalb ist die Umgebung der Mikrobohrungen auch mit 8 bezeichnet, obwohl sich hier kein Blindstopfen, aber der gasdurchlässige Gehäuseabschnitt befindet.
Die Erfindung betrifft einen Näherungsschalter mit einem induktiven, kapazitiven, oder optischen Sensor 1 oder auch einem Magnetsensor mit einer elektronischen Schaltung 2 in einem Gehäuse 3 mit einem gasdurchlässigen Gehäuseabschnitt zur Entlüftung des Innenraumes und als Barriere gegen den Austritt von viskoser Vergußmasse 4, wobei der gasdurchlässige Gehäuseabschnitt einen Sinterwerkstoff 5 aufweist, oder sich von seiner unmittelbaren Umgebung lediglich durch Mikrobohrungen 6 unterscheidet. Sie ist gleichermaßen für Näherungsschalter mit Kabel- oder Steckeranschluss geeignet.
In einer ersten Ausgestaltung weist der Näherungsschalter einem Stecker 7 auf, der mit einen gasdurchlässigen Blindstopfen 8 aus einem Sinterwerkstoff 5 versehen ist, dessen Poren als Barriere für die viskose Vergußmasse 4 und als Auslass für die beim Aushärten der Vergußmasse 4 frei werdenden Gase geeignet sind.
In einer zweiten Ausgestaltung weist der Stecker 7 einen gasdurchlässigen Gehäusebereich (Blindstopfen 8) mit Mikrobohrungen 6 auf, die als Barriere für die viskose Vergußmasse 4 und als Auslass für die beim Aushärten der Vergußmasse 4 frei werdenden Gase geeignet sind. Der Blindstopfen 8, bzw. der gasdurchlässige Gehäuseabschnitt muss nicht notwendigerweise anstatt eines nicht benötigten Kontaktstifts 9 eingefügt, sondern kann auch an anderer Stelle, z. B. zwischen den Kontaktstiften oder anderswo angeordnet sein.
Die Poren des Sinterwerkstoffs 5 weisen einen Durchmesser zwischen 2 und 50 µm auf.
Die Mikrobohrungen 6 weisen einen Durchmesser kleiner 50 µm, typischerweise 10 µm auf. Die Vergußmasse 4 besteht vorteilhaft aus einem mittelharten Polyurethanschaum.
Bezugszeichenliste

1: Sensor
2: Elektronische Schaltung
3: Gehäuse
4: Vergußmasse
5: Sinterwerkstoff
6: Mikrobohrung
7: Stecker, Steckereinsatz
8: Blindstopfen, gasdurchlässiger Gehäuseabschnitt
9: Kontaktstift

Claims

Näherungsschalter mit einem Sensor (1) und einer elektronischen Schaltung (2) in einem Gehäuse (3) mit einem gasdurchlässigen Gehäuseabschnitt zur Entlüftung des Innenraumes und als Barriere gegen den Austritt von viskoser Vergußmasse (4), dadurch gekennzeichnet, dass der Näherungsschalter einen Stecker (7) mit einem Blindstopfen (8) aufweist, der entweder aus einem Sinterwerkstoff (5) besteht, oder mit Mikrobohrungen (6) versehen ist, wobei die Poren des Sinterwerkstoffs (5) oder die Mikrobohrungen (6) als Barriere für die viskose Vergußmasse (4) und als Auslass für die beim Aushärten der Vergußmasse (4) frei werdenden Gase geeignet sind.
Näherungsschalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Poren des Sinterwerkstoffs (5) einen Durchmesser zwischen 2 µm und 50 µm aufweisen.
Näherungsschalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Mikrobohrungen (6) einen Durchmesser kleiner 50 µm, typischerweise 10 µm aufweisen.