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Die
Erfindung betrifft einen elektronischen Sensor, insbesondere Näherungsschalter,
Füllstandssensor,
Strömungssensor,
Drucksensor oder Temperatursensor, mit einem hülsenförmigen Gehäuse, mit einem Endstück, insbesondere
einem Steckeranschluß oder
einem Kabelanschluß,
und mit einem Sensormodul, wobei zu dem Sensormodul zumindest ein
Sensor und ein Sensordeckel gehören und
wobei das Gehäuse
und/oder das Endstück und/oder
der Sensordeckel aus Metall, insbesondere aus Edelstahl oder aus
Messing, bestehen. Daneben betrifft die Erfindung noch eine Baueinheit
aus einem elektronischen Sensor, insbesondere einem Näherungsschalter,
einem Füllstandssensor,
einem Strömungssensor,
einem Drucksensor oder einem Temperatursensor, und einem Befestigungselement,
wobei das Befestigungselement mindestens eine Öffnung oder eine Ausnehmung
für den
Sensor aufweist.
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Elektronische
Sensoren werden zur Erfassung und Überwachung bestimmter Arbeitsabläufe im industriellen
Einsatz millionenfach verwendet. Je nach ihrer Aufgabe und ihrem
Einsatzgebiet gibt es eine Vielzahl unterschiedlicher Sensoren,
die sich in ihrem Meßprinzip,
ihrem Aufbau und ihrer Größe unterscheiden.
Neben berührungslos
arbeitenden Sensoren, wie induktiven, kapazitiven oder optoelektronischen
Näherungsschaltern,
die die Position eines Objekts erfassen oder einen bestimmten Bereich überwachen,
gibt es auch elektronische Sensoren, die mit einem zu überwachenden
Medium in Berührung
stehen. Hierbei handelt es sich insbesondere um Füllstandsensoren,
Strömungssensoren,
Drucksensoren oder Temperatursensoren. Allen diesen verschiedenen
elektronischen Sensoren ist gemeinsam, daß sie in einer Vielzahl unterschiedlicher Baugrößen und
Bauformen zur Verfügung
gestellt werden müssen,
so daß die
Hersteller von elektronischen Sensoren zunehmend dazu übergehen,
die einzelnen Sensoren in Modultechnik herzustellen, um durch den
Zusammenbau unterschiedlicher Module die Typenvielfalt der Sensoren
erhöhen
zu können.
Nachfolgend wird stets ein Näherungsschalter beschrieben,
ohne daß die
Erfindung darauf beschränkt
sein soll; vielmehr ist die Erfindung auch auf alle anderen Arten
von elektronischen Sensoren mit einem hülsenförmigen Gehäuse anwendbar.
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Näherungsschalter
haben durch ihre berührungslose
Arbeitsweise für
den industriellen Einsatz nahezu ideale Voraussetzungen. Sie arbeiten
verschleißfrei,
ermöglichen
hohe Schaltfrequenzen und Schaltgenauigkeiten und sind unempfindlich
gegenüber
Vibrationen, Staub und Feuchtigkeit. Aus diesem Grunde sind Näherungsschalter
millionenfach im Einsatz, und sie beweisen seit Jahrzehnten ihre
Zuverlässigkeit
in allen Bereichen. Je nach Einsatzgebiet und Aufgabe werden insbesondere
induktive, kapazitive und optische bzw. optoelektronische Näherungsschalter
eingesetzt. Von diesen "Klassikern" unter den elektronischen
Sensoren gibt es aus diesem Grunde unzählige Variationen und Sonderbauformen.
Es besteht somit das Bedürfnis,
die Produktion der unterschiedlichen Näherungsschaltertypen zu vereinfachen,
indem die Näherungsschalter
modulartig aufgebaut sind, so daß durch Kombination der einzelnen
Module auf einfache und schnelle Weise unterschiedliche Näherungsschaltertypen
für unterschiedliche
Anforderungen zur Verfügung
stehen.
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Im
Rahmen der Erfindung wird unter einem hülsenförmigen Gehäuse ein an beiden Enden offenes
Gehäuse
mit rundem Querschnitt verstanden; im Unterschied dazu steht ein
topfförmiges
Gehäuse
mit einem Gehäuseboden.
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Aus
der deutschen Offenlegungsschrift 38 27 937 ist ein elektrischer
Meßwertaufnehmer
mit einen topfförmigen
Metallgehäuse
und einem Anschlußstück bekannt,
bei dem ein Sensorelement auf einem Tragkörper eines Hauptträgers befestigt
ist. Das Sensorelement wird mit dem Hauptträger in das Metallgehäuse eingesetzt
und im Bereich des Gehäusebodens
mittels einer Gießharzfüllung fixiert.
Das Metallgehäuse
und das Endstück
sind mittels einer Umbördelung
der Gehäuseöffnung um
einen Anschlußflansch
eines Anschlußteils
miteinander verbunden. Bei der Fixierung des Sensorelements in dem
Metallgehäuse
besteht die Gefahr, daß einerseits
das Sensorelement nicht richtig auf den Gehäuseboden aufgesetzt wird, das
Sensorelement somit nicht parallel zum Gehäuseboden ausgerichtet ist,
daß andererseits
Gießharz
zwischen das Sensorelement und den Gehäuseboden gelangt, wodurch die
Eigenschaften des Sensorelements negativ beeinflußt werden
können.
Insbesondere bei induktiven oder kapazitiven Näherungsschaltern kann sich
dadurch der Schaltabstand des Näherungsschalters
stark verringern.
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Die
deutsche Gebrauchsmusterschrift 296 11 527 offenbart einen Näherungsschalter
mit einem hülsenförmigen,
metallischen Gehäuse,
mit einem als Steckeranschluß ausgebildeten
Endstück
und mit einem Sensordeckel. Auch bei diesem bekannten Näherungsschalter
ist zwischen dem Endstück
und dem Gehäuse
eine formschlüssige
Verbindung realisiert; das mit einem Innengewinde versehene Endstück ist auf
das mit einem Außengewinde
versehene Gehäuse
aufgeschraubt.
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Aus
der
DE 299 01 548 ist
ein Näherungsschalter
mit einem hülsenförmigen,
metallischen Gehäuse,
mit einem als Steckeranschluß oder
als Kabelanschluß ausgebildeten
Endstück
und mit einem Sensormodul bekannt, bei dem das Gehäuse an dem dem
Sensormodul zugeordneten Ende einen dünnwandigen Abschnitt aufweist
und die Verbindung von Gehäuse
und vom Sensordeckel des Sensormoduls durch ein im wesentlichen
radiales Bördeln
des Gehäuses
erreicht ist. Dabei wird in der
DE
299 01 548 und im Rahmen der Erfindung unter Bördeln das
Verformen des bzw. der dünnwandigen
Abschnitte des Gehäuses
verstanden. Durch diese Maßnahme
ist sichergestellt, daß unabhängig von
der Wahl der Materialien für
das Sensormodul eine sichere, insbesondere auch verdrehsichere Verbindung
von Sensormodul und Gehäuse
gewährleistet
ist.
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Im
Unterschied zu dem eingangs beschriebenen elektronischen Sensor
besteht bei dem bekannten Näherungsschalter
das Gehäuse,
das Endstück
und der Sensordeckel vorzugsweise nicht aus Metall sondern aus Kunststoff.
Insbesondere bestehen vorzugsweise der Steckeranschluß und das Sensormodul
aus Kunststoff, während
der Sensordeckel aus Kunststoff oder aus Keramik besteht. Die Verbindung
von Gehäuse
und Endstück
erfolgt durch eine Verformung des Gehäuses, wobei nach der Verformung
des Gehäuses
Formschluß zwischen
dem Gehäuse
und dem Endstück
besteht. Der Formschluß wird
durch ein im wesentlichen radiales Verprägen des Gehäuses oder durch ein im wesentlichen
radiales Bördeln
des Gehäuses
erreicht.
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Bei
dem aus der
DE 299 01 548 bekannten Näherungsschalter
weist das Gehäuse
ein Außengewinde
auf, um den Näherungsschalter
beispielsweise in einer Öffnung
eines Gehäuses
oder in einer Wandung mit Hilfe von Muttern einspannen und justieren zu
können.
Außerdem
weist das Gehäuse
innenseitig ein strukturiertes Tiefenprofil mit mehreren Absätzen, Stufen
und Einschnitten auf. Die Absätze,
Stufen und Einschnitte dienen dabei als Anlageflächen für das Endstück bzw. das Sensormodul und
als Aufnahmen für
O-Ringe zur Abdichtung des Näherungsschalters.
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Aus
der
DE 43 28 366 A1 ist
ein elektronischer Sensor mit einem zweiteiligen Gehäuse und
einem in einem Sensorgehäuseteil
angeordneten Sensormodul bekannt. Bei dem bekannten elektronischer
Sensor ist jedoch weder ein Sensordeckel vorgesehen noch ein Endstück offenbart.
Im übrigen wird
das bekannte, zweiteilige Gehäuse
dadurch realisiert, daß das
Sensorgehäuseteil
und das Schaltungsgehäuseteil
miteinander verschraubt sind.
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Ein
eingangs beschriebener elektronischer Sensor, nämlich ein Temperatursensor,
ist aus der
DE 100
34 265 A1 bekannt. Der bekannte Temperatursensor besteht
aus einem metallischen Rohr, das auf der einen Seite durch einen
topfförmigen
Deckel und auf der anderen Seite durch einen Flansch, eine in den
Flansch eingesetzte Hülse
und eine Gummihülse
abgeschlossen ist. Der so aufgebaute Temperatursensor wird mit Hilfe
einer ringförmigen
Befestigungsschraube in einer Behälterwand fixiert, innerhalb
der sich das zu messende Medium befindet. Zur Verbindung des Rohres
mit dem topfförmigen
Deckel sind der Durchmesser des Rohres bzw. der Durchmesser des
Deckels so aufeinander abgestimmt, daß das Ende des Rohres in den
Deckel eingeschoben und dann an seinem ganzen Umfang durch Laserschweißen mit
diesem befestigt wird. Hieraus ergibt sich, daß die Herstellung des bekannten
Temperatursensors sowie die Montage des Sensors relativ aufwendig
ist.
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Im übrigen ist
es bekannt, die Verbindung zwischen dem Endstück und dem Gehäuse einerseits
sowie zwischen dem Sensormodul und dem Gehäuse andererseits durch Verkleben
oder Einpressen zu realisieren. Das Verkleben ist zumindest bei
Verwendung unterschiedlicher Materialien für das Endstück und das Gehäuse aufwendig
und störanfällig, insbesondere
bei sich ändernden
Umgebungstemperaturen. Aus diesem Grunde werden derartige Näherungsschalter
vergossen, wobei das verwendete Gießharz zum einen die Aufgabe
hat, das Eindringen von Flüssigkeit
in das Innere des Näherungsschalters
zu verhindern, zum anderen das Endstück gegen Auszug und Verdrehung
zu sichern.
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Es
gibt eine Vielzahl von Anwendungsfällen, in denen ein elektronischer
Sensor, beispielsweise ein Näherungsschalter,
in einem bestimmten Abstand von einer Anlage oder einer Maschine
an einer Maschinen-, Gehäuse-
oder Behälterwand
befestigt werden muß.
Bei einem zylindrischen Sensor geschieht die Montage meist durch
Einschrauben des Sensors in eine entsprechende Gewindebohrung, was
natürlich
voraussetzt, daß das
Gehäuse
des Sensor ein Außengewinde
aufweist und in der entsprechenden Wand eine Bohrung vorgesehen
ist. Daneben gibt es verschiedene Arten von Klemmzylindern, die
einerseits den Sensor aufnehmen, andererseits auf einer Fläche oder
an einem Profil befestigt werden. Nachfolgend wird stets von einer
Baueinheit mit einen Näherungsschalter
gesprochen, ohne daß die
Erfindung darauf beschränkt
sein soll.
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Ein
Teil der in der Praxis angebotenen Näherungsschalter hat eine kreiszylindrische
Bauform, wobei das Gehäuse
des Näherungsschalters
ein Außengewinde
aufweist. Die Montage eines derartigen Näherungsschalters erfolgt dann
durch Einschrauben des Näherungsschalters
in eine entsprechende Gewindebohrung. Ist der Näherungsschalter einjustiert,
d. h. hat er seine vorgesehene Position erreicht, so wird er mittels
mindestens einer Mutter in der Gewindebohrung fixiert. Darüber hinaus
sind klammerartige Halterungen zur Montage insbesondere zylindrischer
Näherungsschalter
bekannt, die zwei separate Klammern aufweisen, die nach Einlegen
des Näherungsschalters
mittels Schrauben zusammengezogen werden und somit den Näherungsschalter
fixieren. Schließlich
sind Befestigungs- oder Montageelemente bekannt, die die Form einer
Befestigungsplatte oder eines Befestigungswinkels haben und eine Öffnung aufweisen,
durch die der Näherungsschalter
teilweise durchgeschoben wird. Ist der Näherungsschalter einjustiert,
d. h. hat er seine richtige Position in der Öffnung, wird er mit Hilfe zweier
Muttern fixiert. Auch hierbei ist es natürlich erforderlich, daß das Gehäuse des
Näherungsschalters
ein Außengewinde
aufweist.
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Insbesondere
das Einjustieren des Näherungsschalters
ist zeitaufwendig und fehleranfällig, wobei
ein einmal falsch positionierter Näherungsschalter im Betrieb
keine 100% richtigen Meßergebnisse
liefert, so daß die
gewünschte Überwachung fehlerhaft
ist. Dadurch kann es sowohl zu unnötigen Fehlermeldungen und damit
Stillstandszeiten kommen – wenn
eine richtige Position als fehlerhaft erkannt wird – als auch
zu Maschinenschäden
oder Fehlern im Produktionsablauf – wenn eine fehlerhafte Position
als richtig erkannt wird.
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Der
Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen elektronischen
Sensor mit einem hülsenförmigen Gehäuse zur
Verfügung
zu stellen, bei dem das empfindliche Sensormodul und/oder das Endstück einfach
und schnell, aber dennoch sicher und dicht mit dem Gehäuse verbunden
werden können
und gleichzeitig eine hohe Typenvielfalt ermöglicht wird. Außerdem soll
die Montage des Sensors schnell und einfach möglich sein, wobei der Sensor an
möglichst
vielen Orten befestigbar sein soll, ohne daß es einer aufwendigen Einjustierung
bedarf.
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Diese
Aufgabe ist bei dem eingangs beschriebenen elektronischen Sensor
dadurch gelöst, daß das Endstück aus einem
Adapter und einem in dem Adapter befestigten Steckeranschluß oder Kabelanschluß besteht,
daß das
Gehäuse
an dem dem Endstück
und/oder dem Sensormodul zugeordneten Ende einen dünnwandigen
Abschnitt aufweist und daß die
Verbindung von Gehäuse
und Endstück
bzw. Adapter und/oder von Gehäuse
und Sensordeckel durch Widerstandsschweißen, insbesondere durch Impuls-Widerstandsschweißen, zwischen
dem dünnwandigen
Abschnitt des Gehäuses
und dem Adapter und/oder zwischen dem dünnwandigen Abschnitt des Gehäuses und
dem Sensordeckel erreicht ist.
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Durch
diese Maßnahme
ist sichergestellt, daß dauerhaft – auch bei
sich ändernden
Umgebungstemperaturen – eine
sichere und dichte Verbindung von Gehäuse und Endstück bzw.
von Gehäuse und
Sensordeckel gewährleistet
ist. Beim Widerstandsschweißen,
daß auch
als Widerstandspreßschweißen bezeichnet
wird, entsteht durch den elektrischen Widerstand in der Schweißzone beim
Stromdurchgang die zum Schweißen
erforderliche Wärme. Die
Bindung zwischen den zu verbindenden Stellen, d. h. zwischen dem
Gehäuse
und dem Endstück
bzw. zwischen dem Gehäuse
und dem Sensordeckel, wird durch Zusammenpressen der beiden Teilen
erzeugt. Dabei muß der
erforderliche Preßdruck
um so höher sein,
je niedriger die Schweißtemperatur
ist.
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Um
die Typenvielfalt des Näherungsschalters
zu erhöhen,
besteht das Endstück
des erfindungsgemäßen Näherungsschalters
aus einem Adapter und ei nem in dem Adapter befestigten Steckeranschluß oder Kabelanschluß. Die Verwendung
eines Adapters ermöglicht
es, einen Steckeranschluß oder
einen Kabelanschluß zu
verwenden, dessen Außendurchmesser
kleiner als der Innendurchmesser des Gehäuses ist. Somit lassen sich
an ein einziges Gehäuse über einen
entsprechenden Adapter unterschiedliche Steckeranschlüsse oder
Kabelanschlüsse
mit unterschiedlichen Außendurchmessern anschließen.
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Bevorzugt
wird die Verbindung von Gehäuse und
Endstück
und/oder von Gehäuse
und Sensordeckel durch Preßstumpfschweißen oder
durch Buckelschweißen
erreicht. Beim Preßstumpfschweißen, das
auch als Wulstschweißen
bezeichnet wird, liegen saubere, vorzugsweise planparallele bearbeitete Stoßflächen unter
Druck aufeinander. Durch den Übergangswiderstand
der Berührungsfläche erwärmt der
Schweißstrom – bei dem
es sich grundsätzlich um
einen Gleichstrom oder einen Wechselstrom mit hoher Stromstärke und
geringer Spannung handeln kann – das
Gehäuse
und das Endstück
bzw. das Gehäuse
und den Sensordeckel in einem kleinen Bereich auf die Schweißtemperatur,
die dicht unter der Schmelztemperatur des verwendeten Werkstoffs liegt.
Die Verschweißung
erfolgt dann unter stetigem Stauchdruck, bei dem es zu einer Wulstbildung
kommen kann.
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Beim
Buckelschweißen
werden die beiden flächig
aufeinanderliegenden, miteinander zu verbindenen Flächen, von
denen eine mit eingedrückten Rillen
oder Vertiefungen bzw. mit ausgeprägten Buckeln bzw. Warzen versehen
ist, durch plattenförmige Elektroden
aufeinander gedrückt.
Der Schweißstrom erwärmt die
Teile an den Berührungsstellen
auf die Schweißtemperatur,
wodurch die Rillen oder Buckel durch den Stauchdruck ganz oder zumindest
teilweise eingeebnet werden, wodurch es zu einer festen und dauerhaften
Verbindung zwischen den beiden Flächen kommt.
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Als
Schweißstrom
wird bevorzugt ein gepulster Gleichstrom verwendet, wobei relativ
kurze Schweißzeiten
im Bereich einiger Millisekunden, beispielsweise 1 – 4 ms,
und ein relativ hoher Schweißstrom
im Bereich einiger zehn Kiloampere, beispielsweise 30 bis 60 kA,
eingestellt werden. Zur Gewährleistung
der gewünschten
dauerhaften und dichten Verbindung von Gehäuse und Endstück bzw.
von Gehäuse
und Sensordeckel ist darüber
hinaus ein hoher Anpreßdruck
durch die Elektroden erforderlich.
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Besteht
sowohl das Gehäuse
als auch der Sensordeckel aus Metall, insbesondere aus Edelstahl,
so besteht der erfindungsgemäße Näherungsschalter
im vorderen, sensitiven Bereich nur aus einem einzigen Material,
wobei neben dem Gehäuse und
dem Sensordeckel auch die Schweißnaht aus dem gleichen Material
besteht. Dies führt
zu einer sehr guten chemischen Beständigkeit des Näherungsschalters,
so daß der
Näherungsschalter
auch bei besonders rauhen Umgebungsbedingungen, insbesondere bei
großer
Hitze oder bei chemisch aggressiven Medien eingesetzt werden kann.
Ein derartiger Näherungsschalter,
bei dem sowohl das Gehäuse
als auch der Sensordeckel aus Metall, insbesondere aus Edelstahl
bestehen und durch Widerstandsschweißen miteinander verbunden sind,
stellt somit eine wesentlich preiswertere Alternative zu einem sogenannten "Ganzmetallschalter" dar, bei dem das aus
einem Stück
bestehende Gehäuse
durch material- und zeitaufwendiges Fräsen aus dem Vollen hergestellt
wird.
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Gemäß einer
weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung, insbesondere bei
einem Näherungsschalter
mit einem Sensordeckel aus Metall, weist das Sensormodul neben dem
Sensor und dem Sensordeckel noch einen Vorbedämpfungsring oder eine Vorbedämpfungshülse auf.
Dabei ist der Sensor mit dem Vorbedämpfungsring bzw. der Vorbedämpfungshülse durch
Widerstandsschweißen,
insbesondere durch Impuls-Widerstandsschweißen, verbunden. Die so gebildete
Sensormoduleinheit wird dann ebenfalls durch Widerstandsschweißen mit
dem hülsenförmigen Gehäuse des
Näherungsschalters
verbunden. Durch das Verbinden des Sensordeckels mit dem Vorbedämpfungsring
bzw. der Vorbedämpfungshülse ist
somit die axiale Position des Vorbedämpfungsrings bzw. der Vorbedämpfungshülse innerhalb
des hülsenförmigen Gehäuses festgelegt. Die
an sich im Stand der Technik bekannte Vorbedämpfungshülse dient zur gewollten Vorbedämpfung des
Näherungsschalters,
wodurch die Schaltabstandsreduktion beim bündigen Einbau des Näherungsschalters
reduziert wird.
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Zuvor
ist ausgeführt
worden, daß die
Verbindung von Gehäuse
und Endstück
und/oder von Gehäuse
und Sensordeckel durch Widerstandsschweißen erreicht ist. Ob nun sowohl
die Verbindung von Gehäuse
und Endstück
als auch die Verbindung von Gehäuse
und Sensordeckel oder nur eine dieser beiden Verbindungen durch
Widerstandsschweißen
erreicht ist, hängt
von dem Mate rial ab, aus dem das Gehäuse bzw. das Endstück und der
Sensordeckel hergestellt sind. Da insbesondere der Sensordeckel häufig aus
einem Kunststoff besteht, ist dann eine Verbindung mit dem Gehäuse durch
Widerstandsschweißen
nicht möglich.
Das gleiche gilt natürlich auch
dann, wenn das Endstück
aus Kunststoff besteht. In einem solchen Fall wird dann die Verbindung von
Gehäuse
und Endstück
oder von Gehäuse
und Sensormodul durch eine mechanische Verformung des Gehäuses realisiert,
wobei nach der Verformung des Gehäuses zwischen dem Gehäuse und
dem Endstück
oder zwischen dem Gehäuse
und dem Sensormodul Formschluß besteht.
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Es
gibt nun verschiedene Möglichkeiten,
den erfindungsgemäßen Näherungsschalter
und insbesondere dessen Gehäuse
auszugestalten, um je nach Ausgestaltung des Endstücks bzw.
des Sensormoduls durch eine entsprechende Verformung des Gehäuses die
Verbindung von Endstück
und Gehäuse
oder von Sensormodul und Gehäuse
zu realisieren.
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Dadurch,
daß das
Gehäuse
an dem dem Endstück
und/oder dem Sensormodul zugeordneten Ende einen dünnwandigen
Abschnitt aufweist, kann der Formschluß zwischen dem Gehäuse und
dem Endstück
oder zwischen dem Gehäuse
und dem Sensormodul durch ein im wesentlichen radiales Bördeln des
dünnwandigen
Abschnitts des Gehäuses erreicht
werden. Im Rahmen der Erfindung wird unter dem Begriff Bördeln das
Verformen bzw. Umbiegen des bzw. der dünnwandigen Abschnitte des Gehäuses verstanden.
Durch diese Maßnahme
ist sichergestellt, daß unabhängig von
der Wahl der Materialien für
das Endstück
oder das Sensormodul eine sichere Verbindung von Endstück und Gehäuse bzw. von
Sensormodul und Gehäuse
gewährleistet
ist.
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Gemäß einer
vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung weist der dünnwandige
Abschnitt des Gehäuses
an seinem Ende eine Überhöhung auf
und ist in dem Endstück
und/oder dem Sensormodul eine korrespondierende Nut ausgebildet.
Vorteilhafterweise ist dabei in der Nut zumindest eine Stufe ausgebildet,
wobei die Stufe vorzugsweise einen rechten oder spitzen Winkel aufweist.
Durch die Anordnung einer Überhöhung am
Ende des dünnwandigen
Abschnitts, welche auch als Wulst bezeichnet werden kann, und die
Ausbildung einer korrespondierenden Nut im Endstück oder im Sensormodul wird
nach dem Einpressen der Überhöhung in
die Nut eine sehr hohe Biegefestigkeit und Verdrehsicherheit zwischen dem
Gehäuse
und dem Endstück
bzw. dem Sensormodul erreicht. Die Verdrehsicherheit kann dadurch noch
weiter erhöht
werden, daß zumindest
an einer Fläche
der Nut eine Rändelung
ausgebildet ist.
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Eine
andere Möglichkeit,
den Formschluß zwischen
dem Gehäuse
und dem Endstück
oder dem Sensormodul zu realisieren, besteht in einem im wesentlichen
radialen Verprägen
des Gehäuses
an bestimmten dafür
prädestinierten
Stellen. Dabei kann es je nach dem Material des Endstückes oder
des Sensormoduls vorteilhaft sein, wenn das Endstück oder
das Sensormodul an mindestens einer Stelle eine Aussparung aufweist,
in die der zugeordnete Bereich des Gehäuses durch das Verprägen gepreßt wird.
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Sowohl
durch das Bördeln
der dünnwandigen
Abschnitte als auch durch das radiale Verprägen des Gehäuses ist auch dort, wo die
Verbindung nicht durch Widerstandsschweißen erreicht ist, eine sichere
Verbindung von Endstück
oder Sensormodul mit dem Gehäuse
gewährleistet,
so daß ein
Ausziehen oder Verdrehen von Endstück bzw. Sensormodul verhindert
wird. Dennoch ist eine einfache und schnelle und dadurch kostenkünstige Montage
des Näherungsschalters
möglich,
da der Formschluß zwischen dem
Gehäuse
und dem Endstück
oder dem Sensormodul erst nach dem Verformen besteht.
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Gemäß einer
weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist das Gehäuse als
Innenglattrohr ausgebildet, d. h. das Gehäuse weist einen über die
gesamte Länge
des Gehäuses
konstanten Innendurchmesser auf. Hierdurch können die Herstellungskosten
des Gehäuses
und damit die Herstellungskosten des Näherungsschalters insgesamt
deutlich reduziert werden, da ein Nachbearbeiten des Gehäuses, beim
dem im Inneren Absätze, Stufen
und Einschnitte herausgearbeitet werden, entfällt. Die Verwendung eines Innenglattrohres
als Gehäuse
ist bei dem erfindungsgemäßen Näherungsschalter
auch dadurch möglich,
daß für die Verbindung
von Gehäuse
und Endstück
und/oder von Gehäuse
und Sensordeckel das Gehäuse
innenseitig kein strukturiertes Tiefenprofil aufweisen muß, da der
Formschluß zwischen
dem Gehäuse
und dem Endstück
und/oder dem Gehäuse
und dem Sensordeckel erst nach der Montage erfolgt, sei es vollständig durch
Widerstandsschweißen oder
durch Widerstandsschweißen
und radiales Verprägen
oder radiales Bördeln.
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Gemäß einer
bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist innerhalb des Gehäuses eines
isolierende Innenhülse
angeordnet. Eine solche Innenhülse
dient zunächst
zur Isolation des metallischen Gehäuses von der in dem Gehäuse angeordneten Elektronik,
so daß auf
ein Vergießen
der Elektronik mit einem Gießharz
verzichtet werden kann. Darüber hinaus
kann die Innenhülse
jedoch auch dazu dienen, ein Verdrehen des Sensormoduls, insbesondere eines
nichtbündigen
Sensormoduls, bei dem der Sensordeckel über das Gehäuse hinausragt, zu verhindern.
Hierzu weist die Innenhülse
an dem dem Endstück
und/oder dem Sensormodul zugeordneten Ende eine Verzahnung und das
Endstück
und/oder das Sensormodul bzw. der Sensordeckel an dem der Innenhülse zugeordneten
Ende eine korrespondierende Gegenverzahnung auf. Ein an dem Sensormodul
angreifendes Drehmoment wird somit über die Innenhülse auf
das Endstück übertragen.
Hierbei wird ausgenutzt, daß aufgrund
des Materials des Sensormoduls bzw. des Endstücks in der Regel die Verbindung
von Gehäuse
und Endstück
mechanisch belastbarer ausgestaltet werden kann als die Verbindung
von Gehäuse
und Sensormodul.
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Schließlich kann
die Innenhülse
vorteilhafterweise auch noch als Montagehilfe für einzelne Dichtelemente verwendet
werden, die im vormontierten Zustand des Näherungsschalters auf dem Endstück und/oder
auf dem Sensormodul aufgeschoben sind. Dabei sind die Dichtelemente
im vormontierten Zustand des Näherungsschalters
entspannt. Beim Einschieben des Endstücks bzw. des Sensormoduls in das
Rohr des Näherungsschalters
werden die Dichtelemente dann durch die in dem Rohr angeordnete Innenhülse in ihre
endgültige
Position gebracht und damit aus dem entspannten Zustand in einen
gespannten und damit abdichtenden Zustand verbracht.
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Bei
der eingangs beschriebenen Baueinheit aus einem elektronischen Sensor
und einem Befestigungselement ist die Montage des Sensors dadurch besonders
schnell und einfach möglich,
daß die
Verbindung von elektronischem Sensor und Befestigungselement durch
Widerstandsschweißen,
insbesondere durch Impulswiderstandsschweißen erreicht ist, und daß das Befestigungselement
mindestens eine Bohrung, vorzugsweise mindestens zwei Bohrungen
zur Befestigung des Befestigungselements in einem vorgegebenen Abstand
von einem zu überwachenden
Gegenstand oder von einer zu überwachenden
Flüssigkeit,
beispielsweise an einer Maschinen-, Gehäuse- oder Behälterwand
aufweist. Mit dieser erfindungsgemäßen Baueinheit wird dem Kunden
somit ein elektronischer Sensor, insbesondere ein Näherungsschalter,
zur Verfügung
gestellt, bei dem der Sensor bereits mit dem Befestigungselement
fest und dauerhaft verbunden ist.
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Hierbei
ist der Sensor entsprechend den konkreten Wünschen des Kunden, d. h. entsprechend
den konkreten Einbaubedingungen des Sensors beim Kunden, einjustiert
und mit dem Befestigungselement verbunden. Der Kunde muß dann nur noch
das Befestigungselement an einer vorher vorgegebenen Stelle, beispielsweise
einer Maschinen-, Gehäuse-
oder Behälterwand
fixieren. Hierzu weist das Befestigungselement vorteilhafterweise
mindestens eine Bohrung, vorzugsweise mindestens zwei Bohrungen
auf, so daß das
Befestigungselement an der vorgesehenen Stelle festgeschraubt werden kann.
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Grundsätzlich gibt
es verschiedene Möglichkeiten,
das Befestigungselement auszugestalten. Besonders einfach herstellbar
und vielfältig
einsetzbar ist das Befestigungselement, wenn es als Befestigungsplatte
oder als Befestigungswinkel ausgebildet ist. Ist das Befestigungselement
als Befestigungsplatte ausgebildet, so weist es vorzugsweise an
mindestens einer Seite der Befestigungsplatte eine im wesentlichen
kreisbogenförmige
Ausnehmung auf, deren Radius größer oder
gleich dem Außenradius
des Gehäuses
des Sensors ist. Der Sensor ist dann in die Ausnehmung eingesetzt
und dort mittels Widerstandsschweißen mit der Befestigungsplatte
verbunden. Ist das Befestigungselement als Befestigungswinkel ausgebildet,
so ist vorteilhafterweise in einem ersten Winkelstück des Befestigungswinkels
eine Öffnung
ausgebildet, durch die der Sensor teilweise durchgeschoben werden
kann, und dient das andere Winkelstück des Befestigungswinkels
zumindest teilweise als Auflage für das Gehäuse des Sensors. Der Sensor
wird dann im Bereich dieser Auflage mit dem Befestigungswinkel durch
Widerstandsschweißen
verbunden.
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Durch
die erfindungsgemäße Realisierung der
Baueinheit aus einem elektronischen Sensor und einem Befestigungselement
ist somit eine einfache Befesti gung und Positionierung des Sensors
möglich,
wobei es insbesondere nicht erforderlich ist, daß das Gehäuse des Sensors ein Außengewinde
aufweist.
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Im
einzelnen gibt es nun eine Vielzahl von Möglichkeiten, den erfindungsgemäßen elektronischen
Sensor bzw. die erfindungsgemäße Baueinheit
auszugestalten und weiterzubilden. Dazu wird verwiesen einerseits
auf die den Patentansprüchen
1 und 14 nachgeordneten Patentansprüche, andererseits auf die Beschreibung
bevorzugter Ausführungsbeispiele
in Verbindung mit der Zeichnung. In der Zeichnung zeigen
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1 einen
Längsschnitt
durch einen erfindungsgemäßen Näherungsschalter
gemäß einem ersten
Ausführungsbeispiel,
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2 in
gegenüber
der 1 vergrößerter Darstellung,
einem Teil des Näherungsschalters
gemäß 1,
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3 einen
Längsschnitt
durch einen erfindungsgemäßen Näherungsschalter
gemäß einem zweiten
Ausführungsbeispiel,
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4 in
gegenüber
der 3 vergrößerter Darstellung,
einem Teil des Näherungsschalters
gemäß 3,
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5 einen
Längsschnitt
durch einen erfindungsgemäßen Näherungsschalter
gemäß einem weiteren
Ausführungsbeispiel, ähnlich dem
in 1 dargestellten Ausführungsbeispiel,
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6 einen Längsschnitt durch einen erfindungsgemäßen Näherungsschalter
gemäß einem weiteren
Ausführungsbeispiel,
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7 zwei Ansichten einer ersten Ausführungsform
einer Baueinheit aus einem Näherungsschalter
und einer Befestigungsplatte,
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8 zwei Ansichten einer zweiten Ausführungsform
einer Baueinheit aus einem Näherungsschalter
und einem Befestigungswinkel und
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9 zwei Ansichten eines Befestigungswinkels
der Baueinheit gemäß 8.
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Die
in den Figuren im einzelnen dargestellten Näherungsschalter 1 bestehen
alle aus einem hülsenförmigen Gehäuse 2,
einem Endstück,
das in den dargestellten Ausführungsbeispielen
jeweils als Steckeranschluß 3 ausgebildet
ist, jedoch ebenso auch als Kabelanschluß ausgebildet sein kann, und
einem Sensormodul 4. Darüber hinaus gehört zu dem
Näherungsschalter 1 auch
noch ein – hier
nicht dargestelltes – Elektronikmodul,
welches innerhalb des Gehäuses 2 angeordnet
ist und zumindest den Großteil
der elektrischen Bauteile des Näherungsschalters 1 aufweist.
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Zum
Sensormodul 4 gehören
zumindest ein Sensor, wobei es sich beispielsweise um eine in einen
Spulenkern 5 eingelegte Sensorspule 6 handeln kann,
und ein Sensordeckel 7. Bei einem eine Sensorspule 6 aufweisenden
Sensormodul 4 handelt es sich bei dem Näherungsschalter 1 dann
um einen induktiven Näherungsschalter.
Ebensogut kann der Näherungsschalter 1 jedoch
auch beispielsweise als kapazitiver oder optoelektronischer Näherungsschalter
ausgebildet sein, wobei er dann ein entsprechendes Sensormodul aufweist.
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Bei
dem in den Figuren dargestellten Näherungsschalter 1 erfolgt
nun erfindungsgemäß die Verbindung
von Gehäuse
und Endstück
durch Widerstandsschweißen.
Dies ist in den 1 und 3 dadurch
angedeutet, daß dort – lediglich
skizzenhaft – die
Enden zweier Elektroden 8 dargestellt sind, durch die zunächst der
erforderliche Schweißstrom fließt. Die
Elektroden 8 dienen darüber
hinaus zum Zusammendrücken
der beiden zu verschweißenden Teile.
Das Endstück
des in den 1, 3 und 5 dargestellten
Näherungsschalters 1 besteht aus
einem Steckeranschluß 3,
einem den Steckeranschluß 3 umgebenden
Adapter 9 und einem Einsatzteil 10. Somit werden
durch die beiden Elektroden 8 das Gehäuse 2 und der Adapter 9 beim
Widerstandsschweißen
zusammengedrückt.
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Der
Steckeranschluß 3 und
das Einsatzteil 10 bestehen vorzugsweise aus Kunststoff
und sind durch Verkleben und/oder Ultraschallschweißen miteinander
verbunden. Der Steckeranschluß 3 ist
in den Adapter 9 eingepreßt und wird durch das Einsatzteil 10 gegen
Herausziehen gesichert. Der Adapter 9 besteht aus Metall
und weist ein Außengewinde 11 auf,
so daß ein
Kabel mit einer Steckerbuchse und einer Überwurfmutter auf dem Adapter 9 einfach
befestigt werden kann. Der Adapter 9 weist in seinem gewindefreien
Bereich eine Sichtbohrung 12 für eine mit der Elektronik des
Näherungsschalters 1 verbundene
LED 13 auf. Der Steckeranschluß 3 besteht dann aus
einem transparenten Kunststoff, so daß der Zustand des Näherungsschalters 1 durch
Aufleuchten der LED 13 von außen erkennbar ist.
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Das
in den Figuren dargestellte hülsenförmige Gehäuse 2 weist
an dem dem Endstück
und dem Sensormodul 4 zugeordneten Ende einen dünnwandigen
Abschnitt 14 auf, so daß beim Widerstandsschweißen nur
das Ende des dünnwandigen
Abschnitts 14 erhitzt wird.
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In
den 2 und 4 ist jeweils ein Teil eines
Näherungsschalters 1 dargestellt,
bei dem das Gehäuse 2 bzw.
der Adapter 9 so ausgebildet sind, daß sie zum einen bevorzugt durch
Preßstumpfschweißen (2)
und zum anderen bevorzugt durch Buckelschweißen (4) miteinander
verbunden werden können.
Bei dem in 2 dargestellten Ausführungsbeispiel
weist der dünnwandige
Abschnitt 14 an seinem Ende eine Überhöhung 15 auf und ist
korrespondierend zur Lage der Überhöhung 15 des
dünnwandigen
Abschnitts 14 in dem Adapter 9 eine Nut 16 ausgebildet,
wobei das Volumen der Überhöhung 15 genau
dem Volumen der Nut 16 entspricht. Die Nut 16 ist
darüber
hinaus mit einer Stufe 17 versehen, so daß nach dem
Widerstandsschweißen
die Überhöhung 15 nicht
mehr radial übersteht, sowie
dies in 1 dargestellt ist. Die Ausbildung
eines Bundes 18 am Adapter 9 dient zum einen als
Anlagefläche
für die
eine Elektrode 8, sorgt zum anderen dafür, daß im fertigmontierten Zustand
des Näherungsschalters 1 ein
sauberer Abschluß des Übergangs
vom hülsenförmigen Gehäuse 2 zum
Adapter 9 gewährleistet
ist.
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Bei
der in 4 dargestellten Ausbildung des Näherungsschalters 1 weist
das Ende des dünnwandigen
Abschnitts 14 des Gehäuses 2 auf
der Innenfläche,
d. h. der dem Adapter 9 zugewandten Fläche, mehrere Rippen 19 auf.
Diese Rippen 19, die auch als Buckel oder Warzen bezeichnet
werden können,
werden beim sogenannten Buckelschweißen durch den Stauchdruck der
von den Elektroden 8 auf den dünnwandigen Abschnitt 14 bzw.
den Bund 18 des Adapters 9 aufgebracht wird, ganz
oder teilweise eingeebnet, so daß es zu einer festen, dichten und
dauerhaften Verbindung zwischen dem Gehäuse 2 und dem Adapter 9 kommt.
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Der
Außendurchmesser
des Adapters 9 ist vorzugsweise so gewählt, daß zwischen dem Adapter 9 und
dem Gehäuse 2 eine
Preßpassung
besteht. Durch die insbesondere in der 2 und 4 dargestellte
besondere Ausgestaltung des dünnwandigen
Abschnitts 14 mit der Überhöhung 15 bzw.
der Nut 16 in dem Adapter 9 einerseits und den
Rippen 19 andererseits, kann eine sehr hohe Biegefestigkeit des
Adapters 9 in dem Gehäuse 2 bei
nur sehr kurzer Überlappungslänge zwischen
dem Adapter 9 und dem Gehäuse 2 realisiert werden.
Dadurch, daß nur kurze Überlappungslängen notwendig
sind, ist insgesamt ein möglichst
kurzer Näherungsschalter 1 realisierbar.
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Damit
der Näherungsschalter 1 beispielsweise
in einer Wand befestigbar ist, weist das Gehäuse 2 einen Bereich
mit einem Außengewinde 20 auf. Das
Außengewinde 20 erstreckt
sich dabei über
den größeren Teil
der Gesamtlänge
des Gehäuses 2,
wobei sich an beiden Enden die dünnwandigen
Abschnitte 14 anschließen.
Ist der Außendurchmesser der
dünnwandigen
Abschnitte 14 nicht größer als
der Kerndurchmesser des Gehäuses 2,
so ist die Durchschraubbarkeit des Näherungsschalters 1 gesichert.
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Bei
den dargestellten Ausführungsbeispielen ist
das Gehäuse 2 als
Innenglattrohr ausgeführt,
d. h. es weist einen über
die gesamte Länge
des Gehäuses 2 konstanten
Innendurchmesser 21 auf. Das hülsenförmige Gehäuse 2 besteht aus
Metall, vorzugsweise aus Messing, Stahl oder Edelstahl und ist mittels
Kaltziehen hergestellt, so daß es
sich bei dem hülsenförmigen Gehäuse 2 um
ein nahtloses Rohr handelt. Das Gehäuse 2 kann auch eine
dünne Beschichtung
aus einer hoch belastbaren Legierung, beispielsweise einer Kupfer-Zinn-Legierung aufweisen.
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Die
in den 1 und 3 dargestellten Näherungsschalter 1 weisen
jeweils ein Sensormodul 4 auf, das nicht-bündig mit
dem Gehäuse 2 abschließt. Ein
solches Sensormodul 4 besteht aus einem vorderen Teil 22 und
einem hinteren Teil 23, wobei in dem vorderen Teil 22 die
Sensorspule 6 und ggf. weitere elektrische Bauelemente
angeordnet sind. Der vordere Teil 22 kann mit Gieß harz vergossen
sein und ist mit dem hinteren Teil 23 vorzugsweise durch
Ultraschallschweißen
verbunden.
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Im
Unterschied dazu zeigt 5 einen Näherungsschalter 1 mit
einem einteiligen Sensormodul 4, wobei der Sensordeckel 7 bündig mit
dem Gehäuse 2 abschließt. Der
Sensordeckel 7 kann beispielsweise aus Kunststoff oder
aus Keramik sein.
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Ist
der Sensordeckel 7 oder der vordere Teil 22 des
Sensormoduls 4 aus Kunststoff oder Keramik, so daß die Verbindung
von Gehäuse 2 und
Sensordeckel 7 bzw. vorderem Teil 22 des Sensormoduls 4 nicht
durch Widerstandsschweißen
erreicht werden kann, so wird die Verbindung vorzugsweise dadurch hergestellt,
daß der
dünnwandige
Abschnitt 14 des Gehäuses 2 auf
der dem Sensormodul 4 zugewandten Seite durch radiales
Bördeln,
d. h. radiales Umbiegen erreicht wird. Besteht dagegen der Sensordeckel 7 bzw.
der vordere Teil 22 des Sensormoduls 4 aus Metall,
so kann auch die Verbindung von Gehäuse 2 und Sensordeckel 7 durch
Widerstandsschweißen
hergestellt werden.
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Die 6a zeigt
eine vereinfachte Darstellung eines Längsschnitts durch einen Näherungsschalter 1,
wobei hier jedoch lediglich das hülsenförmige Gehäuse 2 und das Sensormodul 4,
nicht jedoch das Endstück
dargestellt sind. Im Unterschied zu den in den 1, 3 und 5 dargestellten Näherungsschaltern 1 weist
bei dem in 6 dargestellten Näherungsschalter 1 das
Sensormodul 4 neben dem – hier nicht dargestellten – Sensor
und dem Sensordeckel 7 noch eine Vorbedämpfungshülse 24 auf. Der Sensordeckel 7,
der im vorliegenden Fall aus Edelstahl besteht und nur eine sehr
geringe Dicke von weniger als 1 mm, vorzugsweise von ca. 0,1 bis
0,5 mm aufweist, ist mit der Vorbedämpfungshülse 24 durch Impuls-Widerstandsschweißen verbunden.
Die Vorbedämpfungshülse 24,
weist einen Außendurchmesser
auf, der etwas kleiner als der Durchmesser des Sensordeckels 7 und
geringfügig kleiner
als der Innendurchmesser 21 des Gehäuses 2 ist. Als Material
für die
Vorbedämpfungshülse 24 wird
vorzugsweise Messing oder Kupfer verwendet.
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Die 6b zeigt
das bereits fertig verbundene Sensormodulgehäuse 25, das aus dem
Sensordeckel 7 und der Vorbedämpfungshülse 24 besteht, und
das hülsenförmige Gehäuse 2 im
noch nicht fertig montierten Zustand. Zur weite ren Montage muß dabei
nur das Sensormodulgehäuse 25 in
das Gehäuse 2 eingeschoben
werden. Die Verbindung zwischen dem Gehäuse 2 und dem Sensormodulgehäuse 25,
insbesondere dem Gehäuse 2 und
dem Sensordeckel 7 erfolgt dann ebenfalls durch Impuls-Widerstandsschweißen. Wird
sowohl für
das Gehäuse 2 als
auch für
den Sensordeckel 7 Edelstahl verwendet, so besteht der
Näherungsschalter 1 zumindest im
vorderen, sensitiven Bereich lediglich aus einem einzigen Material,
so daß der
Näherungsschalter 1 eine
besonders gute chemische Beständigkeit
aufweist.
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Die 7 und 8 zeigen
zwei Ausführungsvarianten
einer Baueinheit 26, jeweils bestehend aus einem Näherungsschalter 1 einerseits
und einer Befestigungsplatte 27 bzw. einem Befestigungswinkel 28 andererseits.
Die Befestigungsplatte 27 weist an einer Seite eine im
wesentlichen kreisbogenförmige Ausnehmung 29 auf.
Der Radius der Ausnehmung 29 entspricht dabei vorteilhafterweise
dem Radius des Gehäuses 2 des
Näherungsschalters 1.
Der Näherungsschalter 1 kann
dadurch einfach in die Ausnehmung 29 eingelegt werden,
wo er dann – nach der
entsprechenden Positionierung – durch
Widerstandsschweißen
mit der Befestigungsplatte 27 verbunden wird.
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Die 8 und 9 zeigen
einen Befestigungswinkel 28 als eine weitere Ausführungsform
eines Befestigungselements der erfindungsgemäßen Baueinheit 26.
Eine Öffnung 30 ist
derart in einem Winkelstück 31 des
Befestigungswinkels 28 angeordnet, daß das andere Winkelstück 32 des
Befestigungswinkels 28 als Auflage für das Gehäuse 2 des Näherungsschalters 1 dient.
Hierzu ist die Öffnung 30,
deren Durchmesser etwas größer als
der Durchmesser des Näherungsschalters 1 ist,
in dem Bereich des Winkelstücks 31 angeordnet,
der unmittelbar an das zweite Winkelstück 32 angrenzt.
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Aus 9 ist erkennbar, daß das Winkelstück 32 des
Befestigungswinkels 28, das als Auflage für den Näherungsschalter 1 dient,
eine Ausnehmung 33 aufweist. Durch die Ausbildung dieser
Ausnehmung 33 in dem Winkelstück 32 wird eine zu großflächige Auflage
des Gehäuses 2 des
Näherungsschalters 1 auf
dem Winkelstück 32 verhindert, was
sich beim Verbinden des Näherungsschalters 1 mit
dem Befestigungswinkel 28 mittels Widerstandsschweißen ansonsten
als nachteilig erweisen könnte. Bei
einem größeren Befestigungswinkel 28 mit
einem größeren Winkelstück 32 zur
Auflage eines längeren Nähe rungsschalters 1 kann
in dem Winkelstück 32 auch
ein Langloch vorgesehen sein, so daß auch dadurch eine großflächige Auflage
des Gehäuses 2 des Näherungsschalters 1 auf
dem Winkelstück 32 verhindert
wird.
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Sowohl
in der Befestigungsplatte 27 gemäß 7 als
auch in dem Befestigungswinkel 28 gemäß den 8 und 9 sind mehrere Bohrungen 34 vorgesehen,
die zur Aufnahme von Schrauben 35 dienen, mit denen die
Baueinheit 26 an der vorgegebenen Position einer Maschinen-,
Gehäuse-
oder Behälterwand
oder an einer Schiene oder einem Rahmen befestigt werden kann. Dabei
sind in dem Befestigungswinkel 28 in beiden Winkelstücken 31, 32 jeweils zwei
Bohrungen 34 vorgesehen, so daß die Baueinheit 26 in
verschiedenen Positionen befestigbar ist.