DE19519817A1 - Sensorgehäuse - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Gehäuse für einen Sensor gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Sensoren dieser Art können als optoelektronische Sensoren ausgebildet sein, ins­ besondere als Lichtschranken oder Lichttaster. Die vom Sender emittierten Sendestrahlen bzw. die auf den Empfänger auftreffenden Empfangsstrahlen durchdringen ein in einer Öffnung in einer Gehäusewand fixiertes Austritts­ fenster. Das in der Gehäusewand gelagerte Austrittsfenster ist für die Sende­ bzw. Empfangsstrahlen durchlässig, während die Gehäusewände des Sensors für die Sende- und Empfangsstrahlen undurchlässig sind. Das Austrittsfenster und die Gehäusewände des Sensors bestehen daher aus unterschiedlichen Materia­ lien.

Bei der Montage von bekannten Sensoren wird das Austrittsfenster in eine Öff­ nung in einer Gehäusewand eingelegt. Danach werden die Nahtstellen zwischen dem Austrittsfenster und den Gehäusewänden mit einem Flüssig-Klebstoff ver­ klebt und dadurch abgedichtet. Ein derartiger Sensor weist zudem einen Gehäu­ sedeckel auf, der ebenfalls in einer Öffnung in einer Gehäusewand fixiert ist. Die Montage des Gehäusedeckels erfolgt auf dieselbe Weise wie die Montage des Austrittsfensters.

Nachteilig hierbei sind die relativ großen Trocknungszeiten, die bis zu einem Tag andauern können. Erst wenn der Klebstoff vollständig getrocknet ist, ist das Formteil, im vorliegenden Fall der Gehäusedeckel oder das Austrittsfenster, an der Gehäusewand fixiert und eine weitere Bearbeitung des Sensors möglich.

Ferner ist nachteilig, daß der Klebstoff beim Verarbeiten auf das Formteil oder die Gehäusewand tropfen kann und so zu Verschmutzungen führen kann.

Schließlich muß das Formteil in der Gehäuseöffnung bereits vor dem Verkleben hinreichend vorfixiert sein, damit sich das Formteil beim Klebevorgang nicht aus der vorgegebenen Position lösen kann. Andererseits muß ein hinreichend großer Zwischenraum zwischen Formteil und Gehäusewand verbleiben, in den der Klebstoff eindringen kann.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde ein Formteil in der Gehäusewand eines Sensors so zu fixieren, daß die vorstehend genannten Nachteile vermieden werden.

Zur Lösung dieser Aufgabe sind die Merkmale des Anspruchs 1 vorgesehen. Vorteilhafte Ausführungsformen und zweckmäßige Weiterbildungen der Erfin­ dung sind in den Ansprüchen 2-14 beschrieben.

Erfindungsgemäß ist das Formteil in einer Aufnahme in der Gehäusewand so gelagert, daß der Rand des Formteil und die Aufnahme eine Ausnehmung bilden, in die ein Kunststoffrahmen eingesetzt wird. Zur Fixierung des Formteils in der Gehäusewand wird der Kunststoffrahmen mittels Wärmestrahlung ange­ schmolzen, so daß sich die Oberfläche des Kunststoffrahmens an der Oberfläche verflüssigt. Der verflüssigte Teil des Kunststoffrahmens verbindet sich mit der Aufnahme. Die Nahtstellen zwischen Formteil bzw. Gehäusewand und dem Kunststoffrahmen werden somit verschweißt und sicher abgedichtet.

Durch das Einsetzen des Kunststoffrahmens in die Ausnehmung ist das Formteil bereits in der Gehäuseöffnung vorfixiert und gegen ungewolltes Verschieben gesichert.

Ein wesentlicher Vorteil der erfindungsgemäßen Vorrichtung besteht darin, daß das Anschmelzen des Kunststoffrahmens und das anschließende Verschweißen sehr schnell durchgeführt werden kann. Der Fixiervorgang ist innerhalb weniger Minuten abgeschlossen, da der angeschmolzene Kunststoffrahmen nach der Wärmebehandlung rasch abkühlt und sich im erkalteten Zustand sofort verfe­ stigt.

Vorteilhafterweise besteht der Kunststoffrahmen aus einem Material, dessen Schmelzpunkt beträchtlich geringer ist als die Schmelzpunkte des Formteils und der Gehäusewand. Beim Verschweißen wird somit allein der Kunststoffrahmen angeschmolzen, während das Formteil und die Gehäusewand nicht ange­ schmolzen werden und so ihre ursprüngliche Form beibehalten.

Prinzipiell kann der Schmelzpunkt des Kunststoffrahmens auch nahezu gleich hoch wie die Schmelzpunkte des Formteils und der Gehäusewand liegen. In diesem Fall werden durch die Wärmestrahlung neben dem Kunststoffrahmen auch die Gehäusewand und das Formteil mit angeschmolzen. Um eine große Deformation der Gehäusewand und des Formteils zu vermeiden, ist die Wär­ mestrahlung auf den Kunststoffrahmen zu konzentrieren. Dies kann zum einen durch Verwendung gebündelter Wärmestrahlen erfolgen. Zum anderen können das Formteil und die Gehäusewand bei der Bestrahlung mit einem wärmeiso­ lierenden Material abgedeckt werden.

Die Erfindung wird im nachstehenden anhand der Zeichnungen erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 schematische Darstellung eines Sensors,

Fig. 2 Schnitt durch eine Gehäusewand eines Sensors, dessen Austritts­ fenster in die Öffnung in der Gehäusewand eingeklebt ist,

Fig. 3 Schnitt durch eine Gehäusewand eines Sensors, dessen Austritts­ fenster mittels eines Kunststoffrahmens in der Gehäusewand fixiert ist, vor der Bearbeitung mittels Wärmestrahlen,

Fig. 4 Schnitt durch eine Gehäusewand eines Sensors gemäß Fig. 3 bei Bearbeitung mittels Wärmestrahlen.

In Fig. 1 ist ein Sensor 1 dargestellt, in dessen Gehäuse 2 ein nicht dargestell­ tes Sendeelement und ebenfalls nicht dargestelltes Empfangselement integriert sind. Die vom Sendeelement emittierten Sendestrahlen 3 bzw. die vom Emp­ fangselement empfangenen Empfangsstrahlen 4 durchdringen ein Austrittsfen­ ster 5, welches in einer der Gehäusewände 6 fixiert ist. Im Gegensatz zum Austrittsfenster 5 ist das Gehäuse 2 für die Sende- 3 und Empfangsstrahlen 4 undurchlässig.

Der Sensor 1 kann als optoelektronischer Sensor 1, beispielsweise als Licht­ schranke ausgebildet sein.

Im vorliegenden Ausführungsbeispiel wird die erfindungsgemäße Fixierung eines Formteils in einer Gehäusewand 6 eines Sensors 1 für den Fall beschrie­ ben, daß das Formteil von dem Austrittsfenster 5 gebildet ist. Ebenso könnte das Formteil von einem nicht dargestellten Gehäusedecke!, einer Kalotte oder dergleichen gebildet sein.

In Fig. 2 ist ein Schnitt durch eine Gehäusewand 6 eines aus dem Stand der Technik bekannten Gehäuses 2 eines Sensors 1 dargestellt. In eine Öffnung in der Gehäusewand 6 ist ein Austrittsfenster 5 eingeführt und auf Vorsprüngen 7 gelagert, die von den Rändern 8 der Gehäusewand 6 in die Öffnung ragen. Zur Fixierung des Austrittsfensters 5 in der Öffnung wird Flüssig-Klebstoff 9 in die Zwischenräume zwischen Gehäusewand 6 und Austrittsfenster 5 eingeführt. Um ein leichteres Einfüllen des Flüssig-Klebstoffes 9 zu gewährleisten, ist der Zwi­ schenraum zwischen Austrittsfenster 5 und Gehäusewand 6 am oberem Rand, wo der Flüssig-Klebstoff 9 eingefüllt wird, größer als am unteren Rand.

Dies kann beispielsweise dadurch erreicht werden, daß sich das Austrittsfenster 5 zum oberen Rand hin verjüngt. Dennoch kann beim Einfüllen der Flüssig- Klebstoff 9 auf das Austrittsfenster 5 oder die Gehäusewand 6 tropfen und so zu Verschmutzungen führen. Zudem ist das Austrittsfenster 5 mit relativ großem Spiel in der Öffnung gelagert, so daß ein unerwünschtes Verschieben des Aus­ trittsfensters 5 in der Öffnung nicht ausgeschlossen werden kann.

Die Fig. 3 und 4 zeigen jeweils einen Schnitt durch eine Gehäusewand 6 des erfindungsgemäßen Gehäuses 2 eines Sensors 1.

In Fig. 3 ist der erste Bearbeitungsvorgang für die Montage des Austrittsfen­ sters 5 dargestellt. Das Austrittsfenster 5 wird in eine Öffnung in der Gehäuse­ wand 6 eingelegt. Die die Öffnung begrenzenden Ränder 8 in der Gehäusewand 6 verlaufen senkrecht zur Gehäuseoberfläche und bilden mit jeweils einem vom Rand 8 der Öffnung senkrecht hervorstehenden Vorsprung 7 eine Aufnahme für das Austrittsfenster 5. Das Austrittsfenster 5 liegt auf den Vorsprüngen 7 auf. Die Ränder des Austrittsfensters 5 und der Rand 8 der Gehäusewand bilden eine zur Oberfläche des Gehäuses 2 offene Ausnehmung.

Im vorliegenden Ausführungsbeispiel ist die Ausnehmung zur äußeren Oberflä­ che des Gehäuses 2 offen, so daß ein Kunststoffrahmen 10 von der Außenseite des Gehäuses 2 in die Ausnehmung eingelegt werden kann. Prinzipiell ist auch eine Innenmontage denkbar. In diesem Fall zeigt eine Öffnung der Ausnehmung in das Gehäuseinnere. Dann wird der Kunststoffrahmen 10 im Gehäuseinneren eingelegt. Diese Methode ist jedoch oftmals schwierig durchzuführen, da auf­ grund der kleineren Baugröße das Gehäuseinnere nur schwer zugänglich ist.

Die in Fig. 3 dargestellte Ausnehmung weist einen rechteckigen Querschnitt auf. Eine Wand der Ausnehmung ist vom Rand 8 der Gehäusewand 6 gebildet. Die zweite Wand und der Boden der Ausnehmung sind von einer Ausspa­ rung 11 im Austrittsfenster 5 gebildet. Wie aus Fig. 1 ersichtlich ist, ist die Stirnfläche des Austrittsfensters 5 rechteckig ausgebildet. Der Kunststoffrahmen 10 verläuft entlang des gesamten Umfangs des Austrittsfensters 5. Der Kunst­ stoffrahmen 10 weist einen rechteckigen Querschnitt auf und sitzt mit wenig Spiel in der Ausnehmung, so daß das Austrittsfenster 5 gegen ungewollte Ver­ schiebungen gesichert ist.

Dabei kann insbesondere der Zwischenraum zwischen dem Kunststoffrahmen 10 und der Aufnahme geringer als der Zwischenraum zwischen dem Austrittsfen­ ster 5 und dem Rand 8 der Gehäuseöffnung 6 sein. Dadurch kann das Austritts­ fenster 5 sehr schnell und ohne Druck in die Öffnung eingelegt werden. Dies ist insbesondere deshalb vorteilhaft, weil die transparente Oberfläche empfindlich gegen Verschmutzungen und Verkratzen ist. Da das Austrittsfenster 5 in die Öffnung mit genügend Spiel einlegbar ist, braucht auf dessen die Oberfläche kein Druck ausgeübt zu werden, die Gefahr von Beschädigungen des Austritts­ fensters 5 kann auf diese Weise reduziert werden. Das Einführen des Kunst­ stoffrahmens 10 unter leichtem mechanischem Druck ist dagegen unproblema­ tisch, da gegen dessen Oberfläche gedrückt werden kann, ohne den Teil der Oberfläche des Austrittsfensters 5, der von den Sende- 3 und Empfangsstrahlen 4 durchdrungen wird, zu beschädigen.

Zur Fixierung des Austrittsfensters 5 in der Öffnung des Gehäuses 2 wird der Kunststoffrahmen 10 mittels Wärmestrahlen 12 erhitzt und an der Oberfläche angeschmolzen (Fig. 4). Der verflüssigte Kunststoff verschweißt mit der Ober­ fläche des Austrittsfensters 5 und dem Rand 8 der Gehäuseöffnung, wodurch das Austrittsfenster 5 in der Öffnung sicher fixiert wird. Nach Beenden der Wärmebehandlung kühlt der Kunststoffrahmen innerhalb von Minuten ab und verfestigt sich dabei sofort. Der Fixiervorgang ist demnach rasch abgeschlossen, so daß der Sensor 1 umgehend weiterbearbeitet werden kann. Der Fertigungs­ prozeß des Sensors 1 wird somit im Gegensatz zu Klebeprozessen nicht langfri­ stig unterbrochen. Dies ist insbesondere dann vorteilhaft, wenn die Sensoren 1 in automatisierten Fertigungsprozessen hergestellt werden.

Die einzelnen Fertigungsschritte erfolgen dann voll- oder teilautomatisiert in vorgegebenen Arbeitszyklen hintereinander in einem Fließprozeß. Dieser Prozeß würde durch lange Standzeiten, die bei Klebevorgängen entstehen, unterbrochen, wodurch der Prozeßablauf insbesondere hinsichtlich Lagerhaltung und Bereit­ stellung erschwert würde.

Die Abmessungen des Kunststoffrahmens 10 und der Ausnehmung sind so be­ messen, daß nach der Wärmebehandlung der Kunststoffrahmen 10 mit den Oberflächen des Austrittsfensters 5 und der Gehäusewand 6 bündig abschließt. Dies wird dadurch erreicht, daß der Kunststoffrahmen 10 vor der Wärmebe­ handlung geringfügig über den Rand der Aufnahme herausragt. Durch die Ein­ wirkung der Wärmestrahlen 12 dringt der verflüssigte Teil des Kunststoffs in die Zwischenräume zwischen der Aufnahme und dem Kunststoffrahmen 10. Da­ bei senkt sich der Kunststoffrahmen 10 geringfügig ab, so daß dessen Oberflä­ che mit den Oberflächen des Austrittsfensters 5 und der Gehäusewand 6 bündig abschließt.

Dies ist deshalb von Vorteil, weil der hervorstehende Teil des Kunststoffrah­ mens 10 in einem zusätzlichen Arbeitsgang abgeschliffen werden müßte, damit keine Kanten verbleiben, die zu Verletzungen führen könnten. Andererseits ist ein zu tiefes Absenken des Kunststoffrahmens 10 zu vermeiden, da sich in der dadurch entstehenden Vertiefung Schmutzreste ablagern können.

Vorteilhafterweise wird durch die Wärmestrahlung 12 allein der Kunststoffrah­ men 10, nicht jedoch das Austrittsfenster 5 oder die Gehäusewand 6 ange­ schmolzen. Dadurch bleiben die Formen des Austrittsfensters 5 und der Gehäu­ sewand 6 bei der Wärmebehandlung unversehrt.

Um dies zu erreichen wird für den Kunststoffrahmen 10 ein Material verwendet, dessen Schmelzpunkt beträchtlich niedriger liegt als die Schmelzpunkte des Ge­ häuses 2 oder des Austrittsfensters 5.

Für Sensoren 1, insbesondere optoelektronische Sensoren 1, wie zum Beispiel Lichtschranken, werden als Gehäusematerialien Metalle oder hochbelastbare Kunststoffe verwendet.

Als Metallgehäuse werden insbesondere Aluminium-Druckgußgehäuse einge­ setzt, deren Schmelzpunkte bei etwa 600-700°C liegen.

Kunststoffgehäuse bestehen typischerweise aus hochschmelzenden Kunststoffen, wie zum Beispiel Polycarbonat, dessen Schmelzpunkt bei ca. 250°C liegt.

Der Kunststoffrahmen 10 besteht vorzugsweise aus Macromelt, dessen Schmelz­ punkt im Bereich von 130-180°C und damit deutlich unter den Schmelzpunk­ ten der für das Austrittsfenster 5 bzw. das Gehäuse 2 verwendeten Materialien liegt.

Claims (14)

1. Gehäuse für einen Sensor mit einem einen Sendestrahl emittierenden Sende­ element und/oder einem einen Empfangsstrahl empfangenden Empfangsele­ ment, wobei in einer Öffnung in einer Gehäusewand ein Formteil fixiert ist, welches die Öffnung dicht abschließt, dadurch gekennzeichnet, daß das Formteil in einer Aufnahme in der Gehäusewand (6) so gelagert ist, daß die Aufnahme und der Rand des Formteils eine Ausnehmung bilden, in die ein Kunststoffrahmen (10) einsetzbar ist, welcher mittels Wärmestrahlung (12) durch Anschmelzen an der Ausnehmung fixierbar ist.

2. Gehäuse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Formteil von einem Gehäusedeckel gebildet ist.

3. Gehäuse nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Sende­ strahl und/oder der Empfangsstrahl ein das Formteil bildendes Austrittsfen­ ster (5) durchdringen.

4. Gehäuse nach einem der Ansprüche 1-3, dadurch gekennzeichnet, daß der Schmelzpunkt des Kunststoffrahmens (10) niedriger als die Schmelzpunkte des Formteils und des Gehäuses (2) ist.

5. Gehäuse nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Kunststoffrah­ men (10) aus Macromelt mit einem Schmelzpunkt im Bereich von 130- 180°C besteht.

6. Gehäuse nach einem der Ansprüche 3-5, dadurch gekennzeichnet, daß das Austrittsfenster (5) aus Plexiglas mit einem Schmelzpunkt im Bereich von 200-250°C besteht.

7. Gehäuse nach einem der Ansprüche 4-6, dadurch gekennzeichnet, daß die Gehäusewände (6) aus Metall bestehen.

8. Gehäuse nach einem der Ansprüche 4-7, dadurch gekennzeichnet, daß die Gehäusewände (6) aus hochschmelzendem Kunststoff, vorzugsweise Poly­ carbonat, bestehen.

9. Gehäuse nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Gehäu­ sewände (6) und der Gehäusedeckel aus demselben Material bestehen.

10. Gehäuse nach einem der Ansprüche 1-9, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausnehmung zur äußeren Gehäuseoberfläche hin geöffnet ist.

11. Gehäuse nach einem der Ansprüche 1-10, dadurch gekennzeichnet, daß sich der Kunststoffrahmen (10) entlang des gesamten Umfangs des Aus­ trittsfensters (5) erstreckt.

12. Gehäuse nach einem der Ansprüche 1-11, dadurch gekennzeichnet, daß der in die Ausnehmung eingesetzte, angeschmolzene Kunststoffrahmen (10) mit der Gehäuseoberfläche bündig abschließt.

13. Gehäuse nach einem der Ansprüche 1-12, dadurch gekennzeichnet, daß das Formteil (5) am Rand eine Aussparung (11) aufweist, welche den Bo­ den und eine Seitenwand der Ausnehmung bildet.

14. Gehäuse nach einem der Ansprüche 1-13, dadurch gekennzeichnet, daß das Formteil (5) auf einem vom Rand der Öffnung des Gehäuses (2) her­ vorstehenden Vorsprung (7) aufsitzt.