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Technisches Gebiet
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Die Erfindung betrifft eine Sensoranordnung mit mindestens einem optoelektronischen Sensor zur Ausbildung eines Lichtgitters sowie ein Verfahren zu dessen Herstellung.
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Stand der Technik
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Sensoranordnungen zur Ausbildung von Lichtgittern sind aus dem Stand der Technik hinlänglich bekannt. Lichtgitter weisen eine Vielzahl optoelektronischer Sensoren auf und werden unter anderem bei Vermessungen oder bei Überwachungen von Gefahrenbereichen, bevorzugt als optische Zäune oder Lichtvorhänge, eingesetzt.
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Diese Sensoranordnungen weisen im Wesentlichen ein Lichtgitter und eine das Lichtgitter kontaktierende Elektronik auf, welche zusammen in einem Gehäuse eingefasst sind. Das Lichtgitter weist dabei beispielsweise eine Linearanordnung von Sendern, welche Lichtstrahlen emittieren, und eine Linearanordnung von Empfängern, welche die emittierten Lichtstrahlen empfangen, auf. Die Sender sind beispielsweise durch Leuchtdioden oder Laserdioden gebildet und die Empfänger durch Photodioden ausgebildet. Eine solche Sensoranordnung ist beispielsweise in der
DE 10 2012 101 369 A1 beschrieben.
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Das Gehäuse einer solchen Sensoranordnung sollte möglichst steif ausgebildet sein, um beispielsweise unempfindlich gegen Schwingungen zu sein, und eine geringe Wärmedehnung aufweisen, um die Positionen der einzelnen Sender und Empfänger zueinander stabil zu halten. Ferner ist für den Eintritt und Austritt optischer Signale zumindest ein hochtransparenter Gehäusebereich notwendig.
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Es sind Sensoranordnungen bekannt, bei welchen das Gehäuse aus einem transparenten Kunststoffrohr besteht. Da diesem Kunststoff aufgrund der zwingend erforderlichen Transparenz keine den Kunststoff eintrübenden Verstärkungsstoffe beigegeben werden können, sind die mechanischen Eigenschaften dieser Art von Sensoranordnungen aufgrund der großen Temperaturdehnung, insbesondere bei längeren Profilen, nicht vorteilhaft. Weiterhin müssen die Teile eines solchen Gehäuses, welche nicht für die Sensorsignale vorgesehen sind, für einen ungestörten Signalfluss oftmals lichtundurchlässig bereitgestellt werden, was beispielsweise durch das Aufbringen einer lichtundurchlässigen Schicht auf das Kunststoffmaterial erreicht wird. Aus diesem Grund ist diese Lösung beispielsweise für den Hygienebereich nicht vorteilhaft, da sich eine Stufe oder Kante zwischen dem unbeschichteten und dem beschichteten Bereich ergibt, an welcher sich Keime oder Mikroben ansetzten können. Auf diese Weise lässt sich kein hygienisches Design erreichen.
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Für Anwendungen von Sensoranordnungen ohne gesonderte Anforderungen werden zumeist Aluminiumgehäuse vorgesehen, die mit einem transparenten Sichtfenster aus Kunststoff, meist Polycarbonat (PC) oder Polymethylmetacrylat (PMMA), versehen werden, beispielsweise durch Verkleben oder Verpressen. Neben der aufwändigen Verbindungstechnik verbleiben weitere Aufgaben wie das Sicherstellen der Dichtheit, sowie die Problematik, dass lackierte Aluminium-Gehäuse bei vielen Anwendungen, wie beispielsweise bei Hygiene-Anwendungen oder Anwendungen im Salzwasser-Bereich, aufgrund der auftretenden Korrosion nicht oder nicht vorteilhaft einsetzbar sind.
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Bekannte Gehäuse für Einzellichtschranken im Hygiene-Bereich werden beinahe vollständig aus Edelstahl hergestellt, wobei für das transparente Sichtfenster ein transparentes Kunststoffstück eingearbeitet wird, und die Seite mit dem Lebensmittel-Kontakt gegebenenfalls nachbearbeitet wird. Der Aufwand für diese Technik steigt mit zunehmender Sensorenzahl enorm an.
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Für kleine Sensoren, wie Einzellichtschranken, ist im Stand der Technik weiterhin bekannt, Gehäuse mit kleinen Abmessungen über Spritzguss-Verfahren anzufertigen. Zwar ist es hierdurch möglich, verschiedene Kunststoffe in einem Werkzeug miteinander zu verbinden. Die durch diese Verfahren hergestellten Gehäuse sind jedoch zum einen hinsichtlich ihrer Abmessungen beschränkt, da große Spritzguss-Werkzeuge sehr kompliziert und teuer sind und weiterhin für jede Längenausführung der herzustellenden Gehäuse eine separate Spritzguss-Form benötigt wird. Zum anderen sind spritzgegossene Gehäuse beispielsweise aufgrund von Graten im Bereich der Anspritz- und Auswerferpunkte zumeist nicht hygienetauglich.
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Darstellung der Erfindung
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Ausgehend von dem bekannten Stand der Technik ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine verbesserte Sensoranordnung sowie ein Verfahren zu dessen Herstellung anzugeben, welche ein verbessertes hygienisches Design ermöglichen.
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Diese Aufgabe wird mit einer Sensoranordnung mit den Merkmalen des unabhängigen Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.
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Entsprechend wird eine Sensoranordnung mit einer Vielzahl optoelektronischer Sensoren zur Ausbildung eines Lichtgitters, insbesondere in Einweg- oder Reflexbauweise, umfassend ein Gehäuse zur Aufnahme der optoelektronischen Sensoren, wobei das Gehäuse ein Trägerteil zum Halten des Lichtgitters und mindestens ein transparentes Sichtfenster zum Durchtritt der von den optoelektronischen Sensoren emittierten und/oder empfangenen Strahlung aufweist, vorgeschlagen. Erfindungsgemäß sind das Trägerteil und das Sichtfenster als koextrudiertes Extrusionsprofil ausgebildet.
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Dadurch ist es möglich, das Trägerteil und das Sichtfenster in einem einzigen Fertigungsschritt und somit besonders präzise herzustellen. Insbesondere auch wenn das Trägerteil und das Sichtfenster verschiedene Materialien aufweisen, ist es möglich, eine dichte, ebene und glatte Verbindung zwischen dem Trägerteil und dem Sichtfenster über die gesamte Länge des Extrusionsprofils hinweg bereitzustellen. Damit eignet sich die vorgeschlagene Sensoranordnung besonders gut für Anordnungen in hygienisch sensitiven Bereichen, da die glatte und ebene Ausbildung des Übergangs zwischen Sichtfenster und Trägerteil keine Nistplätze für Mikroorganismen bietet. Daher bietet die vorgeschlagene Anordnung ein gutes hygienisches Design.
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Durch die Ausbildung als Extrusionsprofil können weiterhin Sensoranordnungen von beliebiger Länge zuverlässig hergestellt werden. Diese sind kostengünstig in unterschiedlichen Längen herzustellen, da bei einer Koextrusion die Länge des entstehenden Extrusionsprofils beliebig gewählt beziehungsweise eingestellt werden kann, ohne, dass hierfür Änderungen an dem Extrusionswerkzeug vorzunehmen sind.
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Das Extrusionsprofil ist bevorzugt ein über dessen Umfang vollständig geschlossenes Extrusionsprofil. Dadurch ist es möglich, das Lichtgitter im hohlen Inneren des Extrusionsprofils aufzunehmen und somit gegenüber der Umgebung abzudichten. Weiterhin kann aufgrund des Koextrudierens des Extrusionsprofils eine über dessen Umfang stufen- und eckenlose verlaufende Kontur bereitgestellt werden, wodurch eine Nachbearbeitung der Oberfläche des Extrusionsprofils, beispielsweise um besonderen Anforderungen Aufgrund eines Einsatzes der Sensoranordnung im Hygienebereich gerecht zu werden, nicht mehr notwendig ist.
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Bevorzugt umfasst das Trägerteil einen ersten Kunststoff und das Sichtfenster einen zweiten Kunststoff. Besonders bevorzugt weist der erste Kunststoff einen Füllstoff, bevorzugt einen Verstärkungsstoff, besonders bevorzugt Verstärkungsfasern, ganz besonders bevorzugt Glasfasern, auf.
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Hierdurch ist es möglich, die mechanischen und thermischen Eigenschaften des Trägerteils und des mindestens einen Sichtfensters an die jeweiligen Anforderungen anzupassen. So kann der für die Lagerung des Lichtgitters vorgesehene Trägerteil aus einem stabilen und steifen Material und das Sichtfenster aus einem hochtransparenten Material mit geringer Oberflächenreflexion bereitgestellt werden.
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Als mögliche Kunststoffe für den Trägerteil seien hier beispielhaft Polyester (PE), Polyamid (PA), Polypropylen (PP), Styrol-Butadien-Blockcopolymer (SBS), Polymethylmethacrylat (PMMA), Polybutyleneterephthalat (PBT), Polyethyleneterephtalat (PET), Polycarbonat (PC), Polyetheretherketon (PEEK), Polyetherketon (PEK), Polyethersulfon (PES), Polyphenylenesulfid (PPS), Polyethylenenaphthalat (PEN), Polybutylenenaphthalat (PBN) und als mögliche Kunststoffe für das mindestens eine Sichtfenster beispielsweise Polymethylmetacrylat (PMMA), Polycarbonat (PC), Styrol-Butandien-Copolymer (SBC), Polyvinylchlorid (PVC), Polystyrol (PS), Polyphenylenether (PPO) und Polyethylen (PE) genannt. Bei Fremdverbunden können zudem Haftvermittler zugegeben werden, um die Haftung unterschiedlicher Kunststoffe aneinander zu gewährleisten.
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Durch die Bereitstellung des Füllstoffs können die mechanischen und thermischen Eigenschaften des Trägerteils genauer an die vorliegenden Anforderungen angepasst werden. Beispielsweise können dem Material des Trägerteils Kurzfasern aus Glas beigemengt werden, welche die Wärmedehnung reduzieren und gleichzeitig die Steifigkeit des Trägerteils erhöhen und somit dessen mechanische und thermische Eigenschaften an jene einer etwaigen im Betrieb der Sensoranordnung vorgesehenen Trägervorrichtung zur Positionierung der Sensoranordnung angepasst werden.
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Weiterhin können andere Füllstoffe wie Industrieruß zum Einfärben beziehungsweise zur Verringerung der Transparenz des Materials vorgesehen sein, falls das Lichtgitter vor seitlich einfallender oder emittierter Strahlung abzuschirmen ist.
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Je nach Anwendungsfall und Anforderungen kann auch mehr als ein Füllstoff vorgesehen sein. Als mögliche alternative Fasermaterialien seien hier beispielhaft Kohlefasern, Aramidfasern, Polyethylenfasern, Metallfasern und/oder Fasern aus natürlichen Rohstoffen, bevorzugt Flachs-, Hanf- und/oder Basaltfasern genannt. Weiterhin können dem Kunststoff des Trägerteils auch andere Füllstoffe, wie beispielsweise Kaolin, Kreide, Wollastonit, Talkum, Calciumcarbonat, Silikate, Titandioxid, Zinkoxid, Graphit, Graphene, Glaspartikel (z.B. Glaskugeln), nanoskalige Füllstoffe, wie Kohlenstoff-Nanoröhren (carbon nanotubes), Industrieruß (carbon black), Schichtsilikate, nanoskalige Schichtsilikate, nanoskaliges Aluminiumoxid (Al203), nanoskaliges Titandioxid (Ti02) und/oder nanoskaliges Siliciumdioxid (Si02) beigegeben werden, um die mechanischen, thermischen, elektrischen und/oder visuellen Eigenschaften des Kunststoffs auf den Anwendungsfall anzupassen.
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In einer bevorzugten Weiterbildung weist das Gehäuse eine im Wesentlichen glatte Außenoberfläche auf.
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Hierdurch kann sichergestellt werden, dass etwaige auf die Außenoberfläche auftreffende Feststoffe oder Flüssigkeiten abgleiten können und sich nicht an der Sensoranordnung festsetzen, was zum einen zu Fehlfunktionen der Sensoranordnung und zum anderen zur Entstehung von Belägen oder Verunreinigungen führen könnte, aufgrund derer die Anforderungen, insbesondere die hygienischen Anforderungen an die Sensoranordnung nicht mehr einzuhalten wären.
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Unter einer im Wesentlichen glatten Außenoberfläche wird dabei verstanden, dass sich keine oder nur wenige Keime oder Transportgutreste an Stufen, Kanten oder anderweitig ausgebildeter Unebenheiten an der Außenoberfläche des Gehäuses festsetzen, da das Gehäuse glatt, folglich ohne Stufen oder Kanten oder ähnliche Möglichkeiten des Festsetzens von Fremdmaterialien, wie beispielsweise organische Zusammensetzungen oder Organismen, wie Mikroben, ausgeführt ist. Ferner kann das Vermögen sich Festzusetzen von Bakterien und Keimen bei glatten Oberflächen generell gering gehalten werden, was zum einen eine erleichterte Reinigung und zum anderen eine Reinigung mit weniger aggressiven Reinigungsmitteln beziehungsweise größere Reinigungsintervalle ermöglicht.
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In einer bevorzugten Ausbildung weist das Extrusionsprofil mindestens eine außen gewölbte Seitenwand auf, wobei bevorzugt alle Seitenwände nach außen gewölbt sind, bevorzugt bombiert sind.
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Hierdurch kann ungeachtet der Einbaulage und der Einbauorientierung der Sensoranordnung im späteren Anwendungsfall ein Abgleiten beziehungsweise Abfließen von etwaige auf die Außenoberfläche des Gehäuses auftreffenden Festkörpern oder Flüssigkeiten ermöglicht werden.
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Bevorzugt sind auch die Ecken des Gehäuses abgerundet beziehungsweise weisen eine rundliche Form auf.
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Hierdurch kann vermieden werden, dass sich an scharfkantigen Übergängen einzelner Flächen Verunreinigungen wie Keime oder Fördergutreste absetzen beziehungsweise hängen bleiben. Weiterhin ist die Reinigung der Sensoranordnung bei einem Gehäuse ohne Ecken erleichtert.
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In einer bevorzugten Ausbildung ist zwischen dem Trägerteil und dem Sichtfenster ein Übergangsbereich zum Aufnehmen und Übertragen von thermischen und mechanischen Spannungen vorgesehen und der Übergangsbereich stellt bevorzugt eine Überlappung des Materials des Trägerteils und des Materials des Sichtfensters bereit.
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Dadurch kann sichergestellt werden, dass auch bei von außen auf die Sensoreinheit aufgebrachten Lasten oder auf die Sensoreinheit einwirkenden Temperaturschwankungen das Trägerteil und das mindestens eine Sichtfenster ihre während der Koextrusion entstandene feste Bindung beibehalten. Somit kann ein Ablösen des Trägerteils von dem mindestens einen Sichtfenster sowie das Entstehen von Rissen, Rillen oder engen Nuten im Außenbereich der Verbindung zwischen dem Trägerteil und dem Sichtfenster vermieden werden.
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In einer bevorzugten Weiterbildung ist das Extrusionsprofil an mindestens einer Stirnseite mit einer Endkappe verschlossen, wobei zwischen Endkappe und Extrusionsprofil ein glatter Übergang bereitgestellt ist. Dabei weist besonders bevorzugt die Endkappe mindestens ein Befestigungselement zum Befestigen der Sensoranordnung an einem externen Maschinenbauteil auf.
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Bevorzugt ist die Endkappe zur Generierung eines Formschlusses stirnseitig in den Extrusionskörper gesteckt. Mittels eines Klebstoffes beziehungsweise Dichtstoffes kann die Endkappe zusätzlich fixiert und abgedichtet sein. Alternativ kann die Endkappe auch mittels eines anderen Fügeverfahrens an den Extrusionskörper angebracht sein, beispielsweise mittels Ultraschallschweißen, Heizelementschweißen oder Heißgasschweißen. Die Kontaktstelle zwischen der Endkappe und dem Extrusionskörper kann anschließend nachbearbeitet sein, beispielsweise durch Läppen oder Schleifen und Polieren, um einen glatten Übergang bereitzustellen, welcher eine geringe Rauhigkeit und keine Rillen, Nuten oder Erhebungen aufweist, an denen Verunreinigungen anhaften könnten.
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Bevorzugt ist das Gehäuse an beiden Stirnseiten mit einer Endkappe versehen. Hierdurch kann ein zur äußeren Umgebung komplett abgedichtetes Gehäuse bereitgestellt werden. Ferner kann durch die glatte Ausführung der Endkappe und dem glatten Übergang zwischen Extrusionskörper und Endkappe weiterhin ein Gehäuse mit einer glatten Außenoberfläche mit den oben beschriebenen Vorteilen bereitgestellt werden. Alternativ kann die Endkappe auch durch eine reversible Befestigung an das Gehäuse angebracht sein, beispielsweise mittels einer Schraubverbindung.
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Durch das mindestens eine Befestigungselement kann die Sensoranordnung an einer Vorrichtung oder einer Anlage befestigt werden und somit die Position und die Ausrichtung der Sensoranordnung an der Vorrichtung oder Anlage auf einfache Weise dauerhaft sichergestellt werden.
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In einer bevorzugten weiteren Ausbildung ist ein Seitenprofil, bevorzugt zur Ausbildung einer Aufnahmenut, mit dem Extrusionsprofil koextrudiert, wobei das Seitenprofil bevorzugt eine Aufnahmenut zur Aufnahme eines oder mehrerer Nutensteine ausbildet.
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Hierbei ist das Seitenprofil gemeinsam mit dem Trägerteil und dem ersten Sichtfenster in einem Verfahrensschritt durch die Koextrusion hergestellt. Durch die Ausbildung des Seitenprofils kann am Gehäuse die Aufnahmenut bereitgestellt werden, in welchem die ein oder mehreren Nutensteine oder auch andere Mittel zu Befestigungszwecken geschoben, gesteckt oder anderweitig eingebracht werden können. Durch das Seitenprofil ist es möglich, die Sensoranordung bevorzugt durch die eingesteckten Nutensteine direkt an einer Anlage stabil und einfach zu befestigen.
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Weiterhin können dem Gehäuse durch die Koextrusion weitere Funktionselemente, wie Stege oder Rippen bereitgestellt werden, welche beispielsweise die Biege- oder Verwindungssteifigkeit sowie die Vibrationsfestigkeit erhöhen oder als Anschläge bei der Befestigung der Sensoranordnung an einer Anlage dienen.
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In einer bevorzugten Ausführungsform ist mit dem Extrusionsprofil ein zweites Sichtfenster koextrudiert, welches zur Betrachtung mindestens einer Status-LED vorgesehen ist, wobei das zweite Sichtfenster bevorzugt in der dem ersten Sichtfenster gegenüberliegenden Seitenwand des Extrusionsprofils angeordnet ist.
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Dadurch ist eine permanente Kontrollmöglichkeit des Funktionsstatus des mindestens einen optoelektronischen Sensors des Lichtgitters ermöglicht. Bevorzugt kann der mindestens eine Statusanzeiger dabei verschiedene Status anzeigen. Beispielsweise kann eine Status-LED, dafür vorgesehen sein, ein rotes Signal anzuzeigen, wenn der mindestens eine optoelektronische Sensor nicht funktionsfähig ist, ein gelbes Signal anzuzeigen, wenn der mindestens eine optoelektronische Sensor funktionsfähig ist, aber nicht aktiviert ist und ein grünes Signal anzuzeigen, wenn der mindestens eine optoelektronische Sensor aktiviert ist.
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In einer bevorzugten weiteren Ausbildung ist ein Innenprofil, bevorzugt zur Aufnahme eines Typenschilds, mit dem Extrusionsprofil koextrudiert, wobei das Innenprofil bevorzugt ein koextrudiertes drittes Sichtfenster aufweist.
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Hierbei sind das Innenprofil und das dritte Sichtfenster gemeinsam mit dem Trägerteil und dem ersten Sichtfenster in einem Verfahrensschritt durch die Koextrusion hergestellt. Durch die Ausbildung des Innenprofils und des dritten Sichtfensters kann am Gehäuse ein weiterer Hohlraum bereitgestellt werden, in welchem das Typenschild oder auch andere, Informationen wie einen Barcode enthaltene Gegenstände geschoben oder gesteckt werden können. Durch das dritte Sichtfenster ist es möglich, diese Informationen visuell abzulesen beziehungsweise auszulesen. Diese Lösung ist durch die konsequente Nutzung des beschriebenen Verfahrens wiederum insbesondere für Hygiene-Applikationen vorteilhaft.
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Alternativ können am Extrusionsprofil falls erforderlich auch mehrere Seitenprofile, Innenprofile und Sichtfenster vorgesehen sein.
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In einer bevorzugten Weiterbildung ist das Gehäuse zumindest teilweise antibakteriell beziehungsweise antimikrobiell ausgebildet, bevorzugt durch die Bereitstellung antibakterieller und/oder antimikrobieller Additive, besonders bevorzugt durch die Bereitstellung von Silberionen oder Nanopartikeln aus Silber.
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Hierdurch kann erreicht werden, dass sich weniger Keime und/oder Bakterien an der Außenoberfläche des Gehäuses ansetzen beziehungsweise vermehren. Somit kann zur Reinigung der Sensoranordnung ein weniger aggressives Reinigungsmittel verwendet werden beziehungsweise die Reinigungsintervalle zur Reinigung der Sensoranordnung in größeren Abständen erfolgen. Alternativ können den Materialien des Gehäuses auch andere Additive, wie Silbersalze, Kupfersalze, Kupferionen oder anderen Kupferverbindungen, Zinkoxid oder Zinkionen beigemengt sein. Weiterhin kann die Außenoberfläche des Gehäuses auch beschichtet, bevorzugt fluoriert sein, um eine stark antibakterielle Oberfläche zu erzeugen.
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Die oben genannte Aufgabe wird auch mit einem Verfahren mit den Merkmalen des unabhängigen Anspruchs 13 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.
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Entsprechend wird ein Verfahren zur Herstellung der Sensoranordnung gemäß einer der oben genannten Ausführungsformen angegeben, wobei der Trägerteil und das mindestens eine Sichtfenster koextrudiert werden.
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Dadurch, dass der Trägerteil und das mindestens eine Sichtfenster koextrudiert werden, ist es möglich, den Trägerteil und das mindestens eine Sichtfenster in einem Fertigungsschritt und somit kostengünstig herzustellen. Insbesondere auch wenn der Trägerteil und das mindestens eine Sichtfenster verschiedene Materialien aufweisen, ist es somit möglich, eine dichte Verbindung zwischen dem Trägerteil und dem mindestens einen Sichtfenster über die gesamte Länge des Extrusionskörpers bereitzustellen.
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Kurze Beschreibung der Figuren
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Bevorzugte weitere Ausführungsformen und Aspekte der vorliegenden Erfindung werden durch die nachfolgende Beschreibung der Figuren näher erläutert. Dabei zeigen:
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1 schematisch eine Ausführungsform einer Sensoranordnung in einer perspektivischen Seitenansicht,
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2 schematisch eine Schnittansicht des Extrusionsprofils der Sensoranordnung aus 1 senkrecht zu dessen Extrusionsrichtung,
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3 schematisch eine Schnittansicht eines Extrusionsprofils in einer weiteren Ausführungsform senkrecht zu dessen Extrusionsrichtung,
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4 schematisch eine Schnittansicht des Extrusionsprofils aus 3, wobei das Extrusionsprofil zusätzlich ein Innenprofil aufweist, und
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5 schematisch eine Schnittansicht eines Extrusionsprofils einer Sensoranordnung senkrecht zu dessen Extrusionsrichtung in einer alternativen Ausführungsform.
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Detaillierte Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele
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Im Folgenden werden bevorzugte Ausführungsbeispiele anhand der Figuren beschrieben. Dabei werden gleiche, ähnliche oder gleichwirkende Elemente mit identischen Bezugszeichen bezeichnet. Um Redundanzen zu vermeiden, wird auf eine wiederholte Beschreibung dieser Elemente in der nachfolgenden Beschreibung teilweise verzichtet.
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1 zeigt schematisch eine Sensoranordnung 1 zur bevorzugten Nutzung im Hygienebereich in einer perspektivischen Seitenansicht. Die Sensoranordnung 1 umfasst ein aus einer Vielzahl von optoelektronischen Sensoren gebildetes Lichtgitter 10, welches in einem Gehäuse eingehaust ist. Die optoelektronischen Sensoren sind in Form optoelektronischer Sendern, wie beispielsweise Leuchtdioden oder Laserdioden, und/oder in Form optoelektronischer Empfänger, wie beispielsweise Photodioden, in an sich bekannter Weise vorgesehen. Durch das Lichtgitter 10 wird ein an sich ebenfalls bekannter Lichtvorhang ausgebildet, welcher als Lichtvorhang beispielsweise zur Erfassung von Objekten dient.
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Das das Lichtgitter 10 einhausende Gehäuse umfasst ein Extrusionsprofil 2, welches durch ein Trägerteil 3 und ein zumindest für die durch das Lichtgitter 10 verwendete Strahlung transparentes Sichtfenster 4 ausgebildet ist. Das Trägerteil 3 und das Sichtfenster 4 sind koextrudiert und gemeinsam als Extrusionsprofil 2 ausgebildet.
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Das Trägerteil 3 weist ein Material mit für die jeweilige Anwendung vorteilhaften mechanischen Eigenschaften auf, beispielsweise eine hohe mechanische Festigkeit und/oder eine hohe Temperaturbeständigkeit und/oder einen geringen Temperaturausdehnungskoeffizienten. Das Material des Trägerteils 3 ist üblicherweise nicht transparent, sondern für sichtbares Licht opak.
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Dabei sind die elektronischen Komponenten des Lichtgitters 10 typischer Weise an dem Trägerteil 3 festgelegt, wobei die optoelektronischen Sensoren des Lichtgitters 10 so unterhalb des Sichtfensters 4 angeordnet sind, dass die durch die optoelektronischen Sensoren emittierte Strahlung beziehungsweise die von außerhalb der Sensoranordnung 1 in Richtung der optoelektronischen Sensoren weisende Strahlung das Sichtfenster 4 passiert. Aufgrund der hohen Transparenz des Sichtfensters 4 durchdringt die verwendete Strahlung das Sichtfenster 4 dabei im Wesentlichen ohne Ablenkungen, Störungen und/oder Intensitätsminderungen. Vor den optoelektronischen Sensoren können optische Elemente angeordnet sein, beispielsweise Linsen, um die von den optoelektronischen Sensoren emittierte oder empfangene Strahlung entsprechend zu bündeln.
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Alternativ kann eine Sensoranordnung 1 auch mehrere parallel zueinander angeordnete oder hintereinander angeordnete Lichtgitter 10 aufweisen.
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An den beiden stirnseitigen Enden des Extrusionsprofils 2 ist jeweils eine Endkappe 9 angeordnet. Die Endkappen 9 schließen das Gehäuse dichtend gegen die Umgebung ab. Zusätzlich dienen sie der Montage der Sensoranordnung 1, da an den Endkappen 9 jeweils ein Befestigungselement 14 angeordnet ist, über welches die Sensoranordnung 1 an einer Vorrichtung oder einer Anlage für ihren späteren Einsatz befestigt werden kann.
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Die Endkappen 9 weisen einen Ansatz auf, welcher passgenau in das Extrusionsprofil 2 bis zu einem Absatz der Endkappen 9 gesteckt ist, welcher beispielsweise mittels Stumpfstoßschweißen an die Stirnseite des Extrusionsprofils stoffschlüssig verbunden ist. Alternativ kann auch ein anderes Fügeverfahren, wie Kleben oder Induktionsschweißen, zur Verbindung der Endkappen 9 mit dem Extrusionsprofil 2 Anwendung finden.
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Ferner sind an der Sensoranordnung 1 elektrische Anschlüsse 13 angeordnet, mittels welchen die Sensoranordnung 1 kontaktiert werden kann. Die elektrischen Anschlüsse 13 sind geeignet mit dem Extrusionsprofil 2 verbunden, um das Anhaften von Keimen so weit möglich zu vermeiden.
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Das auf diese Weise ausgebildete Gehäuse der Sensoranordnung 1 weist eine glatte Außenoberfläche auf. So sind die Übergänge zwischen dem Trägerteil 3 und dem Sichtfenster 4 des Extrusionsprofils 2, sowie die Übergänge zwischen dem Extrusionsprofil 2 und den Endkappen 9 derart ausgebildet, dass keine Stufen, Erhöhungen, Rillen oder Nuten vorliegen. Die Übergänge zwischen dem Trägerteil 3 und dem Sichtfenster 4 sind bereits durch das Koextrudieren stufenlos einstückig glatt und eben gefertigt. Die Übergänge zwischen dem Extrusionsprofil 2 und den Endkappen 9 können durch Schleifen und Polieren nachbearbeitet werden, so dass auch hier ein glatter, ebener Übergang entsteht. Ferner weist das Gehäuse abgerundete Ecken und Kanten auf. Durch diese Maßnahmen ist die Sensoranordnung 1 neben den Einsatz für normale Messaufgaben auch für den Einsatz im Hygienebereich geeignet, da durch die Abwesenheit von Stufen, Erhöhungen, Rillen oder Nuten das Einnisten von Mikroorganismen vermieden werden kann und eine zuverlässige Reinigung erreicht werden kann.
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Weiterhin weisen die Seitenwände 30 des Extrusionsprofils 2 eine Wölbung nach außen beziehungsweise eine Bombierung auf. Hierdurch wird ist sichergestellt, dass etwaige während des Betriebs oder einer Reinigung auf die Sensoranordnung 1 auftreffende Flüssigkeiten oder Feststoffe von dieser abgleiten können. Somit ist das Risiko eines Ansetzens von Keimen aufgrund der Flüssigkeiten oder Feststoffe verringert beziehungsweise unterbunden.
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Auch die Endkappe 9 ist im Bereich ihrer Stirnfläche mit einer solchen Bombierung versehen, um ein Abgleiten von Flüssigkeiten oder Feststoffen zu unterstützen.
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2 zeigt schematisch eine Schnittansicht des Extrusionsprofils 2 der Sensoranordnung 1 aus 1 senkrecht zu dessen Extrusionsrichtung. Der Aufbau der Sensoranordnung 1 ist prinzipiell vergleichbar zu der in 1 gezeigten.
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Wie zu erkennen ist, ist die Ausprägung des Extrusionsprofils 2 dabei so gewählt, dass an den außenseitig entstehenden Materialübergängen zwischen dem stabilen Trägerteil 3 und dem hochtransparenten Sichtfenster 4 keine Stufen oder Nuten entstehen, welche einen Nistplatz für Mikroorganismen bieten könnten und welche für die Reinigung problematisch sein könnten. Die Übergänge zwischen den beiden Materialien sind zudem vollkommen dicht.
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Der Trägerteil 3 besteht bevorzugt aus einem mit Kurzfasern aus Glas verstärktem Thermoplast, um die Anforderungen hinsichtlich einer möglichst geringen Wärmedehnung und einer möglichst hohen Steifigkeit zu erfüllen. Das Sichtfenster 3 besteht aus einem hochtransparenten amorphen Thermoplast. Dadurch weisen der Trägerteil 3 und das Sichtfenster 4 unterschiedliche Temperaturausdehnungskoeffizienten auf, was durch die Abkühlung des Extrusionsprofils nach dem Extrudieren beziehungsweise bei Temperaturänderungen im Betrieb der Sensoranordnung 1 zu thermalen Spannungen im Kontaktbereich zwischen Trägerteil 3 und Sichtfenster 4 führen kann. Daher ist zwischen dem Trägerteil 3 und dem Sichtfenster 4 ein Übergangsbereich 8 vorgesehen, um Spannungen aufzunehmen und auszugleichen, welche während des Betriebs aufgrund von äußeren Lasten oder Temperaturänderungen im Kontaktbereichen des Trägerteils 3 und des Sichtfensters 4 entstehen können.
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Der Übergangsbereich 8 ist dabei mit einer Überlappung von Trägerteil 3 und Sichtfenster 4 ausgebildet. So können beispielsweise Schubspannungen aufgrund von Torsion oder Biegung der Sensoranordnung 1 sowie thermale Spannungen oder Normalspannungen, welche beispielsweise aufgrund von Schwingungen auf den Kontaktbereich wirken, aufgenommen werden.
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Ein zweites Sichtfenster 7 ist an der dem Sichtfenster 4 gegenüberliegenden Wand des Extrusionsprofils 2 angeordnet. Durch dieses zweite Sichtfenster 7 können während des Betriebs der Sensoranordnung 1 beispielsweise Status-LEDs betrachtet werden, welche den jeweiligen Status der einzelnen optoelektronischen Sensoren des Lichtgitters sowie von anderen in der Sensoranordnung 1 aufgenommenen elektronischen Komponenten anzeigen. Das zweite Sichtfenster 7 ist ebenfalls während des Koextrudierens des Extrusionsprofils 2 mitextrudiert worden und bildet eine dichte, glatte und ebene Verbindung zum Trägerteil 3. Im vorliegenden Fall ist das zweite Sichtfenster 7 aus dem gleichen Material, wie das Sichtfenster 4. Alternativ kann auch ein anderes Material verwendet werden, da die Anforderungen hinsichtlich der Transparenz des zweiten Sichtfensters 7 geringer sind, als die des Sichtfensters 4.
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Das Trägerteil 3 weist weiterhin nach innen gerichtete Rippen 16 auf, welche Nuten 15 zur Aufnahme einer das Lichtgitter tragende Grundplatte und einer das Lichtgitter kontaktierenden Platine beziehungsweise Platinenanordnung, welche die Elektronik der Sensoranordnung 1 trägt, ausbilden. Weiterhin sind Anschlussöffnungen 12 zur Aufnahme von Anschlüssen zur Kontaktierung der Platine beziehungsweise Platinenanordnung vorgesehen.
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Der Trägerteil 3 ist bevorzugt aus einem mit Glasfasern verstärktem Polyamid (PA), welches Silberionen zur antimikrobiellen und antibakteriellen Wirkung aufweist, hergestellt. Hierdurch weist das Trägerteil eine hohe Steifigkeit und eine Wärmedehnung ähnliche jener von Metallen, welche die im Betriebszustand die Sensoranordnung 1 tragende Vorrichtung oder Anlage bilden, auf. Das Sichtfenster 4 und das zweite Sichtfenster 7 bestehen aus einem mit Silberionen versehenen, transparenten Styrol-Butandien-Copolymer (SBC). Alternativ können auch andere Kunststoffe mit oder ohne Zugabe antibakterieller und antimikrobieller Additive für die Herstellung des Extrusionsprofils 2 verwendet werden.
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3 zeigt schematisch eine Schnittansicht des Extrusionsprofils 2 einer Sensoranordnung in einer weiteren Ausführungsform, bevorzugt zur Nutzung bei konventionellen Anwendungen, senkrecht zu dessen Extrusionsrichtung. Der Aufbau der Sensoranordnung ist prinzipiell vergleichbar zu der in 1 gezeigten.
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Wie zu erkennen ist, ist die Ausprägung des Extrusionsprofils 2 dabei entsprechend jener aus 2 so gewählt, dass an den außenseitig entstehenden Materialübergängen zwischen dem stabilen Trägerteil 3 und dem hochtransparenten Sichtfenster 4 keine Stufen oder Nuten entstehen, welche einen Nistplatz für Mikroorganismen bieten könnten und welche für die Reinigung problematisch sein könnten. Die Übergänge zwischen den beiden Materialien sind zudem ebenfalls vollkommen dicht.
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Der Trägerteil 3 besteht bevorzugt aus einem mit Kurzfasern aus Glas verstärktem Thermoplast, um die Anforderungen hinsichtlich einer möglichst geringen Wärmedehnung und einer möglichst hohen Steifigkeit zu erfüllen. Das Sichtfenster 3 besteht aus einem hochtransparenten amorphen Thermoplast. Dadurch weisen der Trägerteil 3 und das Sichtfenster 4 unterschiedliche Temperaturausdehnungskoeffizienten auf, was durch die Abkühlung des Extrusionsprofils nach dem Extrudieren beziehungsweise bei Temperaturänderungen im Betrieb der Sensoranordnung 1 zu thermalen Spannungen im Kontaktbereich zwischen Trägerteil 3 und Sichtfenster 4 führen kann. Daher ist zwischen dem Trägerteil 3 und dem Sichtfenster 4 ein Übergangsbereich 8 vorgesehen, um Spannungen aufzunehmen und auszugleichen, welche während des Betriebs aufgrund von äußeren Lasten oder Temperaturänderungen im Kontaktbereichen des Trägerteils 3 und des Sichtfensters 4 entstehen können.
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Der Übergangsbereich 8 ist dabei mit einer Überlappung von Trägerteil 3 und Sichtfenster 4 ausgebildet. So können beispielsweise Schubspannungen aufgrund von Torsion oder Biegung der Sensoranordnung 1 sowie thermale Spannungen oder Normalspannungen, welche beispielsweise aufgrund von Schwingungen auf den Kontaktbereich wirken, aufgenommen werden.
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Weiterhin weist das Extrusionsprofil 2 ein eine Aufnahmenut 5 ausbildendes Seitenprofil 6 auf, in welches für ein späteres Anbringen der Sensoranordnung 1 an eine Anlage ein oder mehrere Nutensteine eingebracht werden können. Das Seitenprofil 6 ist während des Koextrudierens des Extrusionsprofils 2 gemeinsam mit dem Trägerteil 3 und dem Sichtfenster 4 hergestellt, wobei das Seitenprofil 6 und der Trägerteil eine dichte und zumindest auf der Außenseite des Extrusionsprofils 2 eine glatte und dichte Verbindung eingehen. Im vorliegenden Fall ist das Seitenprofil 6 aus dem gleichen Material, wie der Trägerteil 4 und in diesem integriert. Alternativ kann auch ein anderes Material verwendet werden, falls die Anforderungen hinsichtlich der mechanischen, thermischen und/oder elektrischen Eigenschaften des Seitenprofils 6 dies erfordern.
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Das Seitenprofil 6 ist bei dieser Ausführung des Extrusionsprofils 2 in das Innere des Extrusionsprofils 2 ausgeprägt, so dass die das Seitenprofil 6 aufweisende Seitenwand 30 des Extrusionsprofils 2 auf dessen Außenseite eben ausgeführt werden kann. Hierdurch werden Innenecken an der Außenseite des Gehäuses der Sensoranordnung 1 vermieden.
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Ein zweites Sichtfenster 7 ist an der dem Sichtfenster 4 gegenüberliegenden Wand des Extrusionsprofils 2 angeordnet. Durch dieses zweite Sichtfenster 7 können während des Betriebs der Sensoranordnung 1 beispielsweise Status-LEDs betrachtet werden, welche den jeweiligen Status der einzelnen optoelektronischen Sensoren des Lichtgitters sowie von anderen in der Sensoranordnung 1 aufgenommenen elektronischen Komponenten anzeigen. Das zweite Sichtfenster 7 ist ebenfalls während des Koextrudierens des Extrusionsprofils 2 mitextrudiert worden und bildet eine dichte, glatte und ebene Verbindung zum Trägerteil 3. Im vorliegenden Fall ist das zweite Sichtfenster 7 aus dem gleichen Material, wie das Sichtfenster 4. Alternativ kann auch ein anderes Material verwendet werden, da die Anforderungen hinsichtlich der Transparenz des zweiten Sichtfensters 7 geringer sind, als die des Sichtfensters 4.
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Das Trägerteil 3 weist weiterhin nach innen gerichtete Rippen 16 auf, welche Nuten 15 zur Aufnahme einer das Lichtgitter tragende Grundplatte und einer das Lichtgitter kontaktierenden Platine beziehungsweise Platinenanordnung, welche die Elektronik der Sensoranordnung 1 trägt, ausbilden. Weiterhin sind Anschlussöffnungen 12 zur Aufnahme von Anschlüssen zur Kontaktierung der Platine beziehungsweise Platinenanordnung vorgesehen.
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Der Trägerteil 3 ist bevorzugt aus einem mit Glasfasern verstärktem Polyamid (PA) hergestellt. Hierdurch weist das Trägerteil eine hohe Steifigkeit und eine Wärmedehnung ähnliche jener von Metallen, welche die im Betriebszustand die Sensoranordnung 1 tragende Vorrichtung oder Anlage bilden, auf. Das Sichtfenster 4 und das zweite Sichtfenster 7 bestehen aus einem transparenten Styrol-Butandien-Copolymer (SBC). Alternativ können auch andere Kunststoffe mit oder ohne Zugabe antibakterieller und antimikrobieller Additive für die Herstellung des Extrusionsprofils 2 verwendet werden.
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4 zeigt schematisch eine Schnittansicht des Extrusionsprofils 2 aus 3, wobei das Extrusionsprofil 2 zusätzlich ein Innenprofil 18 aufweist, in welches beim späteren Zusammenbau der Sensoranordnung 1 ein Typenschild zur Identifikation der Sensoranordnung 1 gesteckt wird. Das Innenprofil 18 weist dabei ein transparentes drittes Sichtfenster 19 auf, durch welches in das Innenprofil 18 und folglich auf das darin aufgenommene Typenschild geblickt werden kann. Das Innenprofil 18 und das dritte Sichtfenster 19 sind während des Koextrudierens des Extrusionsprofils 2 gemeinsam hergestellt, wobei das dritte Sichtfenster 19 mit dem Innenprofil 18 eine dichte und zumindest auf der Außenseite glatte Verbindung eingeht. Im vorliegenden Fall ist das dritte Sichtfenster 19 aus dem gleichen Material, wie das Sichtfenster 4 ausgebildet. Alternativ kann auch ein anderes Material verwendet werden, da die Anforderungen hinsichtlich der Transparenz des dritten Sichtfensters 19 geringer sind, als die des Sichtfensters 4.
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Das Innenprofil 18 ist in das Innere des Extrusionsprofils 2 ausgeprägt, so dass die das Innenprofil 18 aufweisende Seitenwand 30 des Extrusionsprofils 2 auf dessen Außenseite eben ausgeführt werden kann. Das dritte Sichtfenster 6 ist dabei Teil der ebenen Seitenwand 30 des Extrusionsprofils. Hierdurch werden Innenecken an der Außenseite des Gehäuses der Sensoranordnung 1 vermieden, was zu einer Verbesserung der Hygiene beiträgt.
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Alternativ kann das dritte Sichtfenster 19 auch separat gefertigt sein und bei einem späteren Zusammenbau der Sensoranordnung 1 angebracht, beispielsweise angeklipst oder angeklebt, werden.
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5 zeigt schematisch eine Schnittansicht eines Extrusionsprofils 2 einer Sensoranordnung 1 senkrecht zu dessen Extrusionsrichtung in einer weiteren alternativen Ausführungsform. Das einstückige Extrusionsprofil 2 weist entsprechend jenem aus 3 ein Trägerteil 3, ein Sichtfenster 4, ein eine Aufnahmenut 5 ausbildendes Seitenprofil 6, ein zweites Sichtfenster 7 und Rippen 16 zur Ausbildung der Nuten 15, welche für die Aufnahme des Lichtgitters bereitgestellt sind, auf. Um einen maximalen Bauraum im Inneren des Extrusionsprofils 2 bereitstellen zu können, ist das Seitenprofil 6 in diesem Fall nach außen ausgeprägt. Die Außenoberfläche des Extrusionsprofils 2 ist hierbei glatt ausgeführt und dessen Ecken und Kanten abgerundet ausgebildet.
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In diesem Fall besteht das Trägerteil bevorzugt aus glasfaserverstärktem Polyamid (PA), das Sichtfenster 4 aus Polycarbonat (PC) und das zweite Sichtfenster 7 aus Polymethylmethacrylat (PMMA). Alternativ können auch andere Kunststoffe zur Ausbildung der Bestandteile des Extrusionsprofils 2 verwendet werden.
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Soweit anwendbar, können alle einzelnen Merkmale, die in den einzelnen Ausführungsbeispielen dargestellt sind, miteinander kombiniert und/oder ausgetauscht werden, ohne den Bereich der Erfindung zu verlassen.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Sensoranordnung
- 2
- Extrusionsprofil
- 3
- Trägerteil
- 30
- Seitenwand
- 4
- Erstes Sichtfenster
- 5
- Aufnahmenut
- 6
- Seitenprofil
- 7
- Zweites Sichtfenster
- 8
- Übergangsbereich
- 9
- Endkappe
- 10
- Lichtgitter
- 12
- Anschlussöffnung
- 13
- Anschluss
- 14
- Befestigungselement
- 15
- Nut
- 16
- Rippe
- 18
- Innenprofil
- 19
- Drittes Sichtfenster
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102012101369 A1 [0003]
