DE102015221312B3

DE102015221312B3 - Induktiver Sensor, insbesondere ein Drehzahlwächter mit einem zylindrischen Gehäuse

Info

Publication number: DE102015221312B3
Application number: DE102015221312.9A
Authority: DE
Inventors: Ralf Withum; Frank Rössle
Original assignee: IFM Electronic GmbH
Current assignee: IFM Electronic GmbH
Priority date: 2015-10-30
Filing date: 2015-10-30
Publication date: 2017-02-09
Anticipated expiration: 2035-10-31

Abstract

Induktiver Sensor mit einem zylindrischen Gehäuse 1, das einen frontseitigen Deckel 2, ein Zylinderrohr 3 und einen rückseitigen Stopfen 4 mit einem elektrischem Anschluss 5, sowie einen zwischen dem Deckel 2 und dem Zylinderrohr 3 angeordneten ersten O-Ring 6, sowie einen zweiten O-Ring 7 aufweist, wobei der zweite O-Ring 7 durch eine ringförmige Nut 8 im Deckel 2 und eine Auflage 9 im Zylinderrohr 3 positioniert wird, und durch Schlag oder Stoß auf den Deckel 2 deformierbar ist, wobei der Deckel 2 und das Zylinderrohr 3 erfindungsgemäß korrespondierende, als Anschlag dienende frontseitige Aufweitungen 10, 11 aufweisen, wobei im unbelasteten Zustand ein Luftspalt zwischen der ersten im Stopfen 2 befindlichen Aufweitung 10, und der zweiten im Zylinderrohr 3 befindlichen Aufweitung 11 vorhanden ist, wobei ein Verschiebeweg des Deckels (2) von der Breite des Luftspalts bestimmt wird, und wobei der Verschiebeweg die Energie eines Schlages und/oder Stoßes dämpft.

Description

Die Erfindung betrifft einen induktiven Sensor, insbesondere einen Drehzahlwächter mit einem zylindrischen Gehäuse gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
Induktive Drehzahlwächter sind seit langem bekannt und werden vorzugsweise in der Automatisierungstechnik eingesetzt. Derartige Sensoren werden auch von der Anmelderin hergestellt und unter der Bezeichnung „Compact M30“ mit der Artikelnummer DI003A vertrieben.
Im Laufe der Entwicklung der Automatisierungstechnik sind die Anforderungen bezüglich Schlag- und Stoßfestigkeit auch für derartige Drehzahlwächter angestiegen. Laut ATEX-Richtlinien und Normen der Europäischen Union, wobei ATEX aus der französischen Abkürzung für ATmosphère EXplosive abgeleitet ist, muss sein Gehäuse einer Schlag- und Stoßenergie von 4 bis 7 Joule widerstehen können.
Eine derartig hohe Schlag- und Stoßfestigkeit erfordert entweder sehr stabile Gehäuse, beispielsweise aus Edelstahl, oder Zusatzeinrichtungen wie Schutzhauben, Schutzkappen oder ähnliche Schutzkonstruktionen.
Die DE 10 2012 200 478 A1 zeigt einen Näherungsschalter mit einer Schlag- und Stoßdämpfungseinrichtung in Form einer untergelegten Schaumstoffmatte. Diese Schutzmaßnahme erfordert allerdings ein quaderförmiges Gehäuse, mindestens aber eine ebene Auflagefläche, die bei einem zylindrischen Gehäuse natürlich nicht vorhanden ist.
Die DE 10 2013 214 836 A1 zeigt einen Rundsteckverbinder mit einem separaten Schlagschutzelement aus Kunststoff. Also ist auch hier ein zusätzliches Element erforderlich.
Die DE 296 11 527 U1 zeigt einen induktiven Näherungsschalter mit frontseitigem Deckel, der sich an der äußeren Stirnseite des Gehäuses abstützt. Der Deckel wird durch Aufschnappen montiert, wobei radial bewegliche elastische Rastelemente von einem umlaufenden Vorsprung gehalten werden. Ein erster O-Ring wirkt als Dichtung und Verdrehschutz. Ein zweiter O-Ring wird beim Einrasten so weit deformiert, dass er neben seiner Dichtwirkung im eingerastete Zustand die zum Halten des Deckels erforderliche rücktreibende Kraft erzeugt.
Als nachteilig, bzw. verbesserungswürdig wird angesehen, dass bei Stößen oder Schlägen der aus Kunststoff bestehende äußere Absatz des Deckels an der Stirnfläche des Gehäuses anschlägt, was zu einem Riss in Deckel und damit zu seiner Zerstörung führen kann.
Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, die Schlag- und Stoßfestigkeit eines zylinderförmigen induktiven Sensors ohne separate Schlagschutzelemente oder Zusatzvorrichtungen so weit zu verbessern, dass die erhöhten Anforderungen der genannten ATEX-Richtlinien und Normen auch ohne Nachrüstung erreicht werden. Insbesondere sind die sensorbedingt meist nichtmetallische Frontfläche und der Kabelabgang zu schützen. Dabei sollen die beim Anschlagen des Deckels gegen das Gehäuse auftretenden Kräfte deckelschonend in das Gehäuse geleitet werden.
Diese Aufgabe wird entsprechend dem Kennzeichen des Hauptanspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.
Der wesentliche Erfindungsgedanke besteht darin, einen hinreichend stabilen Zylinderkörper aus Metall zu verwenden, als erste Maßnahme den frontseitigen, aus Kunststoff oder Keramik bestehenden, über der Sensorspule liegenden Deckel nachgiebig, d. h. federnd zu lagern, und als zweite Maßnahme den rückseitigen Elastomer-Stopfen mit dem elektrischen Anschluss und einer optionalen optischen Anzeige mit einer starren Kappe zu schützen.
Nachfolgend wird die Erfindung anhand der Zeichnung näher erläutert.
Die Die 1 zeigt einen erfindungsgemäßen induktiven Drehzahlwächter als Schnittbild. Das zylindrische Gehäuse 1 weist einen Deckel 2, ein Zylinderrohr 3 und einen Stopfen 4 mit einem elektrischen Anschluss 5 auf.
Der frontseitige Deckel 2 besteht aus einem Nichtmetall, vorzugsweise aus Kunststoff. Das Zylinderrohr 3 weist in einer bevorzugten Ausgestaltung einen Durchmesser 30 mm auf und besteht vorzugsweise aus Messing oder aus Zink-Druckguss, was andere Materialien wie z. B. Edelstahl aber nicht ausschließt. Das Gehäuse 1 wird von einem Stopfen 4 abgeschlossen, der ebenfalls aus Kunststoff, vorzugsweise aus einem transparenten Elastomer besteht, was die Erfindung aber nicht einschränken soll.
Der rückseitige Stopfen 4 trägt einen elektrischen Anschluss 5, der auch als Stecker ausgeführt sein kann, und optional eine oder auch mehrere LEDs zur Anzeige des Betriebszustandes. Er wird von einer starren Kappe 12 geschützt, die vorzugsweise aus Metall besteht, und optional eine Öffnung 13 zum Lichtaustritt aufweist.
Der Deckel 2 wird mit einem ersten O-Ring 6 abgedichtet und durch eine Rastnase 14 gegen Herausfallen geschützt. Erfindungsgemäß ist noch ein zweiter O-Ring 7 vorhanden, der keine Dichtfunktion, sondern eine Dämpfungsfunktion hat. Er ist in einer Nut 8 im Deckel 2 und eine Auflage 9 im Zylinderrohr 3 positioniert.
Der erste O-Ring 6 kann aus Nitril-Kautschuk (NBR) oder aus hydriertem Nitril-Kautschuk (HNBR) bestehen. Der zweite O-Ring 4 besteht vorteilhaft, aber nicht unbedingt aus Fluor-Kautschuk (FKM), Handelsname „Viton“, weil dieses Material ein höheres Elastizitätsmodul und eine bessere Temperaturbeständigkeit aufweist.
Bei einem axialen Schlag oder Stoß auf den Deckel 2 kann dieser nach innen ausweichen, was den Dichtungsring 6 ebenfalls nach innen verschiebt, den Dämpfungsring 7 aber in dieser Richtung, d.h. axial deformiert, weil dieser von der Auflage 9, einer Auflagekante, am Ausweichen gehindert wird. Anschließend wird der Deckel 2 von der rücktreibenden Kraft des sich entspannenden Dämpfungsrings 7 wieder in seine ursprüngliche Lage gebracht.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung weist der Deckel 2 eine frontseitige Aufweitung 10 auf, die ihr Pendant in einer ebensolchen Aufweitung 11 des Zylinderrohrs 3 findet. So entsteht ein Anschlag, der ein Verkeilen des Deckels 2 bei stärkerer oder längerer Krafteinwirkung verhindert.
Die Verschiebung des Deckels 2 wird von der Breite des Luftspalts und dem Winkel der Aufweitungen 10 und 11 bestimmt, wobei der Luftspalt vorteilhaft kleiner als 500 µm ist, und Aufweitungen 10 und 11 typischerweise 30° von der Zylinderachse abweichen.
In diesem Fall erhält man für den Verschiebeweg des Deckels 2: s < 500 µm/sin(30°) = 1 mm (1)
Im Inneren des Gehäuses 1 befindet sich ein an sich bekannter induktiver Sensor bzw. Näherungsschalter mit einer Sensorspule, einem Schwingkreiskondensator und einer speziellen elektronischen Schaltung (ASIC) zur Entdämpfung des Schwingkreises und zur Erzeugung eines zunächst binären Schaltsignals, aus dem ein nicht dargestellter interner Mikrocontroller ein Stillstand-Warnsignal, oder auch einen Drehzahl-Messwert erzeugen kann. Die Stromversorgung wurde wegen der besseren Übersicht weggelassen. Es kann eine AC-Stromversorgung (110...240 V) oder auch eine DC Stromversorgung mit einem Zweileiter- oder vorzugsweise mit dem dargestellten Dreileiteranschluss sein.
Bezugszeichenliste

1: Zylindrisches Metallgehäuse
2: Frontseitiger Deckel
3: Zylinderrohr, vorzugsweise aus Messing
4: Rückseitiger Stopfen
5: Elektrischer Anschluss
6: Erster O-Ring, Dichtungsring
7: Zweiter O-Ring. Dämpfungsring
8: Ringförmige Nut im Deckel 2 für den Dämpfungsring 7
9: Auflage für den Dämpfungsring 7 (Auflagekante)
10: Frontseitige Aufweitung des Deckels 2
11: Frontseitige Aufweitung des Zylinderrohrs 3
12: Starre Kappe, vorzugsweise aus Metall für den rückseitigen Stopfen 4
13: Lichtaustrittsöffnung in der starren Kappe 12
14: Rastnase zur Sicherung des Deckels 2

Claims

Induktiver Sensor mit einem zylindrischen Gehäuse (1), das einen frontseitigen Deckel (2), ein Zylinderrohr (3) und einen rückseitigen Stopfen (4) mit einem elektrischem Anschluss (5), sowie einen zwischen dem Deckel (2) und dem Zylinderrohr (3) angeordneten ersten O-Ring (6), sowie einen zweiten O-Ring (7) aufweist, wobei der zweite O-Ring (7) durch eine ringförmige Nut (8) im Deckel (2) und eine Auflage (9) im Zylinderrohr (3) positioniert wird, und durch Schlag oder Stoß auf den Deckel (2) deformierbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Deckel (2) und das Zylinderrohr (3) korrespondierende, als Anschlag dienende frontseitige Aufweitungen (10, 11) aufweisen, wobei im unbelasteten Zustand ein Luftspalt zwischen der ersten im Stopfen (2) befindlichen Aufweitung (10), und der zweiten im Zylinderrohr (3) befindlichen Aufweitung (11) vorhanden ist, wobei ein Verschiebeweg des Deckels (2) von der Breite des Luftspalts bestimmt wird, und wobei der Verschiebeweg die Energie eines Schlages und/oder Stoßes dämpft.
Induktiver Näherungsschalter nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite O-Ring (7) bei dem Schlag oder dem Stoß im Wesentlichen axial deformiert wird.
Induktiver Sensor nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der rückseitige Stopfen (4) ein transparentes Elastomer aufweist, das von einer starren Kappe (12) bedeckt ist, wobei die Kappe (12) eine Lichtaustrittsöffnung (13) aufweist
Induktiver Näherungsschalter nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Deckel (2) durch eine Rastnase (14) im Zylinderrohr (3) gehalten wird.