DE19638406C2 - Photoelektrischer Neigungserfassungssensor - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen fotoelektrischen Neigungserfassungssensor zur Erfassung der Neigung eines Objekts.

Fotounterbrecher (Lichtschranken) werden bekanntermaßen für eine Vielzahl von Anwendungen bei optischen Sensoren verwendet. Ein Fotounterbrecher umfaßt im allgemeinen ein lichtabgebendes Element zur Abgabe von Licht und ein Lichtempfangselement zum Empfangen des ausgesandten Lichts. Der Fotounterbrecher wird im allgemeinen zur Bestimmung verwendet, ob sich ein bestimmtes Objekt zwischen den beiden optischen Elementen befindet, wobei ein elektrischer Strom ermittelt wird, der durch das lichtempfangende Element infolge der Lichtaufnahme erzeugt wird.

Der bekannte fotoelektrische Neigungserfassungssensor, wie er in Fig. 13 gezeigt ist, umfaßt einen Foto­ unterbrecher (Lichtschranke) 31, bestehend aus einem Lichtabgabeelement 31a und einem Lichtempfangselement 31b. Der Fotounterbrecher 31 ist in einem unteren, aus einem Harzmaterial bestehenden Gehäuse 32 des Sensors eingesetzt, wobei ein oberes Gehäuse 33 auf das untere Gehäuse 32 aufgesetzt werden kann. Das obere Gehäuse 33 weist gegenüberliegende Lagerstützen 33a auf, die sich in Richtung der Innenseite des unteren Gehäuses 32 erstrecken. Eine fächerförmige Lichtabschirmplatte 34 ist mittels Lagereinrichtungen 33b drehbar gelagert, wobei eine Schwingbewegung zwischen dem Lichtabgabeelement 31a und dem Lichtempfangselement 31b ermöglicht wird.

Bei dem vorstehend angegebenen Neigungserfassungssensor ruht die Lichtabschirmplatte 34 normalerweise infolge der einwirkenden Schwerkraft in ihrer untersten Stellung. Zur Verwendung des Neigungserfassungssensors wird dieser auf einem nicht gezeigten zu überwachenden Objekt angeordnet. Ist der Neigungswinkel (Kippwinkel) kleiner als ein bestimmter Wert, dann wird das vom Lichtabgabeelement 31a abgegebene Licht durch die Lichtabschirmplatte 34 abgeschirmt, so daß kein Licht auf das Licht­ empfangselement 31b auftreffen kann. Überschreitet jedoch der Neigungswinkel den vorstehend angegebenen bestimmten Winkel, dann verläßt die Lichtabschirmplatte 34 den Bereich zwischen dem Lichtabgabeelement 31a und dem Lichtempfangselement 31b. Im Ergebnis trifft abgegebenes Licht auf das Lichtempfangselement 31b. In Abhängigkeit von der Lichtaufnahme erzeugt das Lichtempfangselement 31b einen elektrischen Strom, der mittels entsprechender Anschlußleitungen weitergeleitet wird und zur Erfassung der Neigung des zu überwachenden Objekts verwendet wird.

Zwischenzeitlich besteht jedoch ein größer werdender Bedarf an integral (einstückig) ausgeführten Foto­ unterbrechern (Lichtschranken), da die technische Entwicklung im Bereich der Halbleiter und der optischen Einrichtungen fortgeschritten ist. Es wird dabei dringend gefordert, die Anzahl der Teile zur Herstellung einer derartigen Einrichtung zu vermindern und gleichzeitig die Herstellungsprozesse zu vereinfachen.

Der vorstehend angegebene, bekannte Neigungserfassungs­ sensor erfordert jedoch Lagereinrichtungen 33b im oberen Gehäuse 33 zur Befestigung der Lichtabschirmplatte 34 innerhalb der Gehäuse 32 und 33. Ferner erfordert das Einsetzen der Lichtabschirmplatte 34 das Einsetzen der Drehachse in die jeweiligen Lagereinrichtungen 33b. Die Lichtabschirmplatte 34 weist dabei eine relativ komplizierte Form auf oder wird in anderer Weise mit einer getrennten Drehachse ausgerüstet, wodurch der Herstellungsprozeß aufwendiger wird. Es ist somit in der Praxis schwierig, die Anzahl der verwendeten Teile zu vermindern und den Herstellungsprozeß zu vereinfachen.

Bei dem bekannten Neigungserfassungssensor tritt ferner das Problem einer sanften Bewegung der Licht­ abschirmplatte 34 auf, die in jeweils gegenüberliegenden Lagereinrichtungen 33b drehbar gelagert ist. Die Lichtabschirmplatte 34 mit dem vorstehend angegebenen mechanischen Aufbau tendiert dazu, ihre sanfte, gleichmäßige Bewegung zu verlieren, insbesondere wenn eine Stoßkraft von außen einwirkt oder eine Neigung in einer anderen Richtung als der zu erfassenden Richtung auftritt.

Die Druckschrift DE 31 12 057 A1 offenbart einen Neigungsfühler, bei dem Auslenkungen einer Kugel in alle Richtungen auf einer konkaven Ebene des Neigungsfühlers möglich sind. Die Kugel ist dabei in einem Dämpfungsmedium angeordnet. Dieser Neigungsfühler hat jedoch den Nachteil, das die Kugel nur eine gedämpfte Beschleunigung bzw. Bewegung erfährt. Weiterhin streut und dämpft dieses Medium das zu erfassende Licht. Ferner muss ein Loch über einem Fotodetektor genau abgedeckt werden, was eine hohe Genauigkeit bei der Herstellung erfordert.

Die Druckschrift DE 91 06 217 U1 offenbart einen Kugelschalter, dessen Funktion ebenfalls auf der Auslenkung einer Kugel aus einer Ruhelage beruht. Die Lehre der dieser Offenbarung zielt jedoch auf eine exakte Definition der Endlage einer derartigen Kugel nach einer zumindest zweidimensionalen Bewegung ab. Mit anderen Worten, gemäß dieser Lehre wird die Bewegung der Kugel von ihrer Ausgangslage in ihre Endlage nicht geführt.

Zudem ergibt sich gemäß dieser Druckschrift bei der Abdeckung eines Lochs durch die Kugel der gleiche Nachteil einer hohen erforderlichen Genauigkeit, wie dies bei der Kugelruhelage gemäß vorstehendem bereits diskutiert wurde.

Auch bei dem Beschleunigungsaufnehmer gemäß der Druckschrift DE 35 40 948 C2 ist eine genaue Einpassung einer Kugel in eine Ruheposition erforderlich, und es wird gleichfalls eine zumindest zweidimensionale Bewegung zugelassen. Es ergeben sich entsprechende Nachteile gemäß vorstehendem.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen Neigungserfassungssensor der eingangs genannten Art derart auszugestalten, daß bei einem einfachen Aufbau eine sanfte und gleichmäßige Erfassung der Neigung sowie eine Erfassung der Neigungsrichtung des Objekts möglich ist.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch einen fotoelektrischen Neigungserfassungssensor gemäß Patentanspruch 1 gelöst.

Die Kugelführungseinrichtung dient als eine Führungseinrichtung für eine sichere und stabile Bewegung der Kugel auf den geneigten Oberflächen. Ferner dient die Kugelführungseinrichtung zur Verhinderung, daß Licht in seinem Verlauf um die Kugel das Lichtempfangselement erreicht, wenn in empfindlicherweise die Neigung eines zu überwachenden Objekts erfaßt wird, so daß eine verläßliche Neigungserfassung möglich ist.

Die geneigte Oberfläche ist in der Weise ausgeführt, daß der Boden einen stetigen Verlauf annimmt, wobei im einzelnen der Boden eine ausgerundete Oberfläche darstellt mit einem Radius entsprechend demjenigen der Kugel und in Bezug auf die Richtung der angrenzenden, geneigten Oberflächen. Durch eine derartige Anordnung ruht die Kugel in stabiler Weise auf dem Boden, wenn der Sensor nicht geneigt oder gekippt wird.

In einer bevorzugten Ausgestaltung ist eine zusätzliche Kugelführungseinrichtung an der inneren Oberfläche des Deckels vorgesehen. Dies verhindert desweiteren das Umgehen der Kugel durch das abgegebene Licht.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung sind ein weiteres Lichtabgabeelement und ein Lichtempfangselement an derartigen Positionen angeordnet, daß kein Licht von dem weiteren Lichtabgabeelement zu dem weiteren Lichtempfangselement infolge einer Abschirmung des Lichts durch die Kugel übertragen wird, wenn die Kugel auf der geneigten Oberfläche anstelle des Bodens ruht. Auf diese Weise ist es möglich, die Richtung zu erfassen, in der die Neigung auftritt.

In den Unteransprüchen sind vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung gekennzeichnet.

Die Erfindung wird nachstehend anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher beschrieben. Es zeigen:

Fig. 1 eine Schnittansicht eines fotoelektrischen Neigungserfassungssensors gemäß der vorliegenden Erfindung,

Fig. 2 eine perspektivische Ansicht eines Lichtabgabeelements des fotoelektrischen Neigungs­ erfassungssensors gemäß Fig. 1,

Fig. 3 eine Längsschnittansicht des fotoelektrischen Neigungserfassungssensors gemäß Fig. 1,

Fig. 4 eine grafische Darstellung zur Veranschaulichung der Wirkungsweise des fotoelektrischen Neigungserfassungssensors gemäß der vorliegenden Erfindung,

Fig. 5(a)-5(b) schematische Darstellungen von Positionen zur Anordnung der Lichtabgabeelemente und Lichtempfangselemente des fotoelektrischen Neigungs­ erfassungssensors,

Fig. 6(a)-6(c) schematische Darstellungen zur Veranschaulichung von Abwandlungen der länglichen Vertiefungen,

Fig. 7(a)-7(b) perspektivische Darstellungen zur Veranschaulichung einer Klaue und einer Eingriffs­ vertiefung für einen entsprechenden Eingriff,

Fig. 8(a)-8(d) grafische Darstellungen zur Veranschaulichung verschiedener Abwandlungen gemäß der vorliegenden Erfindung,

Fig. 9(a)-9(b) grafische Darstellungen zur Veranschaulichung eines Herstellungsverfahrens für den fotoelektrischen Neigungserfassungssensor gemäß der vorliegenden Erfindung,

Fig. 10 eine Seitenansicht zur Veranschaulichung des Einsetzens einer Kugel in einen Raum des Hauptgehäuses,

Fig. 11 eine Seitenansicht zur Veranschaulichung des Biegens des Deckels,

Fig. 12 eine perspektivische Ansicht zur Veranschaulichung einer Abwandlung des Herstellungs­ verfahrens des fotoelektrischen Neigungserfassungs­ sensors, und

Fig. 13 eine Schnittansicht eines bekannten fotoelektrischen Neigungserfassungssensors.

In Fig. 1 ist eine Schnittansicht eines fotoelektrischen Neigungserfassungssensors gemäß einem Ausführungsbeispiel dargestellt. Der fotoelektrische Neigungserfassungssensor umfaßt ein Lichtabgabeelement 7 zur Abgabe von Licht in Abhängigkeit von einem zugeführten elektrischen Signal, und ein gegenüber dem Lichtabgabeelement 7 angeordnetes Lichtempfangselement 8 zum Empfangen des vom Licht­ abgabeelement 7 abgegebenen Lichts. Das Licht­ abgabeelement 7 und das Lichtempfangselement 8 sind jeweils in einem Hauptgehäuse 2 befestigt. Das Hauptgehäuse 2 ist aus einem lichtabschirmenden Harz gebildet zum Einschließen (Einkapseln) des Licht­ abgabeelements 7 und des Lichtempfangselements 8, wobei gemäß einer nachstehenden Beschreibung dazwischen geneigte Oberflächen vorgesehen sind. Der fotoelektrische Neigungserfassungssensor umfaßt ferner einen auf dem Hauptgehäuse 2 angeordneten Deckel 3, so daß eine Kugel 6, beispielsweise aus rostfreiem Stahl, in beweglicher Weise innerhalb des zwischen dem Hauptgehäuse und dem Deckel 3 gebildeten Raums angeordnet werden kann.

Das in Fig. 2 gezeigte Lichtabgabeelement 7 umfaßt einen Satz von Anschlußelektroden 9a und 9b, die aus einem elektrisch leitenden Material, wie beispielsweise Eisen, bestehen. Die eine Elektrode 9a weist eine Leuchtdiode 10 an ihrer Spitze auf, die beispielsweise mittels einer Silberpaste (Ag-Paste) mit einer Prägeverbindung verbunden ist. Die Leuchtdiode 10 ist elektrisch über einen Golddraht 21 mit der anderen Anschlußelektrode 9b verbunden. Die Leuchtdiode 10 und der Golddraht 21 sind zusammen mit den oberen Bereichen (Spitzen) der Anschlußelektroden 9a und 9b durch Formen eines transparenten oder lichtdurchlässigen Harzes zur Bildung eines transparenten Harzkörpers 11 eingekapselt. Der transparente Harzkörper 11 weist einen hervortretenden Bereich 11a mit einer rechteckigen Form auf, der bezüglich der Leuchtdiode 10 hervorsteht, so daß hierdurch ein nachstehend noch beschriebenes Lichtaustrittsfenster im Hauptgehäuse 2, das aus einem lichtundurchlässigen Harz besteht, gebildet wird.

Das Lichtempfangselement 8 ist in gleicher Weise wie das Lichtabgabeelement 7 ausgebildet mit der Ausnahme, daß ein Fototransistor anstelle der Leuchtdiode des Lichtabgabeelements verwendet wird. Gemäß diesem Aufbau erzeugt der Fototransistor eine elektrische Spannung zur Bewirkung eines Stroms über die Anschlußelektroden, wenn Licht eingestrahlt wird. Auf eine weitere Beschreibung des Lichtempfangselements 8 wird verzichtet.

Das Hauptgehäuse 2 besteht aus einem lichtundurchlässigen oder lichtabschirmenden Harz. Gemäß der Darstellung in Fig. 3 umfaßt das Hauptgehäuse 2 zwei einander gegenüberliegende, geneigte Oberflächen 2a und 2a, die bezüglich einer horizontalen Ebene A (Bezugsebene) jeweils mit einem vorgegebenen Winkel θ geneigt sind. Zwischen den beiden geneigten Oberflächen 2a und 2a ist mit einem stetigen Übergang ein Boden 2d vorgesehen. Der Boden 2d bildet eine gekrümmte Oberfläche mit einem Radius entsprechend demjenigen der Kugel 6. Das Lichtabgabeelement 7 und das Lichtempfangselement 8 sind in einer symmetrischen Anordnung bezüglich der Kugel 6 vorgesehen, wobei die Kugel 6 auf dem Boden 2d ihre Ruheposition, nachstehend als "Bezugsposition" bezeichnet, aufweist. Diese Anordnung ermöglicht dem Lichtabgabeelement 7 und dem Lichtempfangselement 8 in Kooperation das Vorliegen oder die Abwesenheit der Kugel 6 bei der Bezugsposition zu erfassen.

Gemäß Fig. 1 ist ein Fenster 2c im Hauptgehäuse 2 auf der Seite des Lichtabgabeelements 7 vorgesehen, das durch den hervorstehenden Bereich 11a des transparenten Harzkörpers 11 des Lichtabgabeelements 7 gebildet wird. Die Anordnung des Fensters 2c ermöglicht die Übertragung von abgestrahltem Licht der Leuchtdiode 10 in Richtung des Lichtempfangselements 8 über den hervorstehenden Bereich 12a des transparenten Harzkörpers 11. In ähnlicher Weise ist ein weiteres Fenster 2c ebenfalls auf der Seite des Lichtempfangselements 8 an einer Stelle entsprechend dem Fenster 2c des Lichtabgabeelements 7 vorgesehen, so daß ein Fototransistor 8a das von der Leuchtdiode 10 des Lichtabgabeelements 7 abgegebene Licht empfangen kann.

Gemäß Fig. 3 ist eine längliche Vertiefung (Kugel­ führungseinrichtung) 25 ausgebildet, die sich entlang der geneigten Oberflächen 2a und 2a einschließlich des Bodens 2d erstreckt. Die längliche Vertiefung 25 weist eine Querschnittsfläche mit konstanter Form über ihren gesamten Verlauf auf. Die Form der länglichen Vertiefung 25 ist typischer Weise rechteckig. Im einzelnen ist es dabei möglich, die Querschnittsform der länglichen Vertiefung 25 zu bestimmen mit einer Breite W2 von beispielsweise 0.7 mm, einer Tiefe d von beispielsweise 0.2 mm, wie es in Fig. 4 gezeigt ist, wobei die Breite W1 der geneigten Oberfläche 2a etwa 1.3 mm und der Durchmesser D der Kugel 6 etwa 1.0 mm beträgt.

Die Wirkungsweise des Neigungserfassungssensors mit dem vorstehend beschriebenen Aufbau wird nachstehend im einzelnen erläutert.

Es wird dabei angenommen, daß der Neigungserfassungs­ sensor durch Anordnen oder Befestigen auf einem zu überwachenden Objekt verwendet wird, wobei in diesem Falle erfaßt wird, ob das Objekt in einem bestimmten Grad geneigt wird oder nicht. Ist der Neigungswinkel des zu überwachenden Objekts und damit des fotoelektrischen Neigungserfassungssensors kleiner als der durch die geneigte Oberfläche 2a bestimmte Winkel θ, dann verbleibt die Kugel 6 in ihrer Bezugsposition, wie es aus Fig. 3 ersichtlich ist. In diesem Falle wird das von dem Lichtabgabepunkt 7a des Lichtabgabeelements 7 abgegebene Licht durch das Vorhandensein der Kugel 6, die sich in der Bezugsposition befindet, reflektiert oder abgeschirmt. Im Ergebnis wird zu einem Lichtempfangspunkt 8b des Lichtempfangselements 8 kein Licht übertragen.

Wird jedoch demgegenüber das zu überwachende Objekt in einer Richtung um einen den Winkel θ überschreitenden Winkel geneigt (gekippt), dann bewegt sich die Kugel 6 entlang der länglichen Vertiefung 25 in Richtung der nach unten geneigten Seite zu einer Position, bei der die Kugel 6 gegen die Abschlußwand 22 anschlägt. In diesem Fall befindet sich die Kugel 6 nicht zwischen dem Lichtabgabeelement 7 und dem Lichtempfangselement 8. Somit wird das vom Lichtabgabeelement 7 abgegebene Licht direkt zum Lichtempfangselement 8 übertragen, so daß der Fototransistor einen elektrischen Strom in Abhängigkeit von der vom Fototransistor aufgenommenen Lichtmenge erzeugt.

Auf diese Weise kann erfaßt werden, ob das zu überwachende Objekt in der Weise geneigt ist, daß der Winkel θ überschritten wird oder nicht, wobei der Betrag der durch das Empfangen von Licht mittels des Lichtempfangselements 8 erzeugten Spannung erfaßt wird.

Wird nun angenommen, daß keine längliche Vertiefung in den geneigten Oberflächen 2a und 2a ausgebildet ist, dann wird das vom Lichtabgabepunkt 7a als Zentrum der Lichtabstrahlung durch das Lichtabgabeelement 7 abgegebene Licht durch die Oberfläche der Kugel 6 in verschiedenen Richtungen während der Erfassung der Neigung des zu überwachenden Objekts reflektiert, wie es in Fig. 4 gezeigt ist. In diesem Fall wird ein Teil des reflektierten Lichts erneut an den inneren Wänden wie den geneigten Oberflächen 2a und 2a des Hauptgehäuses 2 reflektiert, so daß es den Lichtempfangspunkt 8b als Zentrum des Lichtempfangs erreichen kann. Ist somit keine längliche Vertiefung in geneigten Oberflächen 2a und 2a des fotoelektrischen Neigungserfassungssensors vor­ gesehen, dann tritt eine Verschlechterung des Unterschieds zwischen einer Lichtübertragung und einer Lichtabschirmung in Bezug auf die empfangene Lichtmenge auf, wobei es in der Folge entsprechend dem erzeugten elektrischen Strom schwierig ist, eine Neigung genau zu erfassen.

Demgegenüber weist der fotoelektrische Neigungs­ erfassungssensor in den geneigten Oberflächen 2a und 2a die längliche Vertiefung 25 auf. Die längliche Vertiefung 25 dient als Führung zur Bestimmung des Bewegungswegs der Kugel und führt daher zu einer stabilisierten Bewegung der Kugel 6. Es besteht somit eine geringe Wahrscheinlichkeit, daß die Kugel 6 in Kontakt mit den inneren Seitenwänden kommt, oder an diese anstößt. Ferner dient die längliche Vertiefung 25 zur wirksamen Verminderung des Betrags an Reflexionslicht über die geneigten Oberflächen 2a und 2a, da derartiges Reflexionslicht teilweise in Richtung der Innenseite der länglichen Vertiefung 25 gerichtet wird, wenn Reflexionen an der Oberfläche der Kugel 6 auftreten. Dabei ist zu beachten, daß ein Teil des in die längliche Vertiefung 25 gerichteten Lichts darin aufgenommen wird. Somit tritt eine Verbesserung des Unterschieds in der Größe des elektrischen Stroms zwischen einer Abschirmung des Lichts während einer fehlenden Neigung des fotoelektrischen Neigungserfassungssensors, und der Übertragung des Lichts während einer Neigung desselben auf, so daß eine sichere Erfassung einer Neigung gewährleistet ist.

Obwohl das vorstehend beschriebene Ausführungsbeispiel lediglich längliche Vertiefungen auf den Seiten der geneigten Oberflächen des Hauptgehäuses 2 aufweist, ist die vorliegende Erfindung auf diese Anordnung jedoch nicht beschränkt. Alternativ kann eine zusätzliche längliche Vertiefung auf der Seite des Deckels in einer Weise entsprechend der länglichen Vertiefung 25 der (unteren) geneigten Oberflächen vorgesehen sein, wodurch desweiteren der Betrag von über die obere Seite der Kugel 6 übertragenem Licht vermindert wird.

Gemäß dem vorstehend angegebenen Aufbau ist ein Satz des Lichtabgabeelements 7 und des Lichtempfangselements 8 in symmetrischer Anordnung zueinander im Hauptgehäuse 2 entsprechend der Bezugsposition der Kugel 6 angeordnet, wie es in Fig. 5(a) gezeigt ist. Mit diesem Aufbau ist es jedoch unmöglich, die Richtung der Neigung zu erfassen, obwohl die Neigung als solche erfaßbar ist. Werden Lichtabgabeelemente 7' und 7" und Lichtempfangselemente 8' und 8" zusätzlich an Stellen entsprechend den jeweiligen Positionen der Kugel 6, wenn diese gegen die Abschlußwand 22 stößt, wie es in Fig. 5(b) gezeigt, angeordnet, dann ist es damit möglich, die Richtung zu bestimmen, in welche eine Neigung des Sensors erfolgt.

Die längliche Vertiefung 25 kann mit verschiedenen Querschnittformen an Steile einer vorstehend angegebenen rechteckigen Querschnittsform ausgeführt sein (Fig. 6(a) bis 6(c)). Dabei kann die längliche Vertiefung 25 in der Weise angeordnet sein, daß die längliche Vertiefung 25 ihre Breite in der Querschnittsfläche von ihrem Boden in Richtung der Öffnung der länglichen Vertiefung 25 vergrößert, wie es in Fig. 6(a) gezeigt ist. Durch einen derartigen Aufbau ist die Ausbildung des Hauptgehäuses 2 mittels des Gesenks vereinfacht, insbesondere bei der Trennung der Gesenke, wodurch ein erleichterter Herstellungsprozeß gewährleistet ist. Ebenso kann die längliche Vertiefung 25 mit einem bogenförmigen Querschnitt gemäß Fig. 6(b) oder mit einem V-förmigen Querschnitt gemäß Fig. 6(c) ausgeführt sein.

Bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel sind die geneigten Oberflächen durch die gegenüberliegenden beiden geneigten Oberflächen dargestellt, wobei die vorliegende Erfindung hierauf jedoch nicht beschränkt ist. Es ist alternativ möglich, lediglich eine einzelne geneigte Oberfläche auszubilden zur Erfassung einer Neigung nur in einer beliebigen Richtung.

Der Deckel 3 ist aus einem lichtundurchlässigen oder lichtabschirmenden Harz gebildet und besteht im allgemeinen aus einer kreuzförmigen Platte, die mit ihrem einen Ende mit dem Hauptgehäuse 2 verbunden ist. Der Deckel 3 und das Hauptgehäuse 2 bilden einen einstückigen lichtundurchlässigen Harzkörper 4, der in Fig. 7(a) gezeigt ist. Bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel ist der lichtundurchlässige Harzkörper 4 aus einem Polycarbonatharz gebildet, das eine ausreichende Flexibilität gewährleistet. Somit tritt nicht die Gefahr eines Zerbrechens oder von Sprüngen infolge des Biegens in Richtung des die Kugel 6 aufnehmenden Hauptgehäuses 2, wie es in Fig. 7(b) gezeigt, auf. Der Deckel 3 weist eine trapezförmige Klaue 3a auf, die am anderen Ende des Deckels 3 hervorsteht, und wobei eine Eingriffsvertiefung 2e in der oberen Oberfläche 2g des Hauptgehäuses 2 ausgebildet ist, so daß die trapezförmige Klaue 3a in die Eingriffsvertiefung 2e eingreifen kann. Der Deckel 3 ist in der Weise ausgebildet, daß er in Vertiefungen 2h, die in entgegengesetzter Weise in der oberen Oberfläche 2g des Hauptgehäuses 2 ausgebildet sind, eingesetzt werden kann und sich dabei bis zur Eingriffsvertiefung 2e erstreckt, so daß das Innere des Hauptgehäuses 2 von externem Licht abgeschirmt wird.

Somit wird der einstückig mit dem Hauptgehäuse 2 ausgebildete Deckel 3 durch Biegen in Richtung des Hauptgehäuses 2 und durch Bilden eines Eingriffs der Klaue 3a mit der Eingriffsvertiefung 2e befestigt. Der Deckel 3 kann sich somit nicht vom Hauptgehäuse 2 lösen, wodurch die Kugel 6 aus dem Raum 1 des Hauptgehäuses 2 fallen würde, auch wenn eine von außen kommende Stoßkraft auf den Sensor einwirkt und die Kugel 6 an die innere Wand des Deckels 3 stößt. Bei einem derartigen Aufbau ist kein Klebematerial zur Befestigung des Deckels 3 auf dem Hauptgehäuse 2 erforderlich. Daher treten auch keine durch die Verwendung eines Klebematerials bedingten Nachteile auf. Im allgemeinen treten bei der Verwendung von Klebematerialien Nachteile auf. Werden die inneren Wände einschließlich der geneigten Oberflächen oder die Kugel mit einem Klebematerial benetzt, dann wird die Kugel daran gehindert, sich auf den geneigten Oberflächen in gleichmäßiger Weise zu bewegen. Desweiteren können Flecke oder Reste von Klebstoffmaterialien mit dem Harz in der Weise reagieren, daß Chlorgas oder dergleichen gebildet werden, wodurch eine Oxidation der metallischen Teile des Sensors hervorgerufen wird. Bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel wird ein Polycarbonat­ harz verwendet für den lichtundurchlässigen Harzkörper 4, das eine sehr gute Flexibilität aufweist, so daß ein Verbindungsbereich zwischen dem Deckel 3 und dem Hauptgehäuse 2 nicht zu einem Bruch neigt, wenn eine Biegekraft einwirkt. Alternativ können andere, flexible Harze, wie beispielsweise ein ABS-Harz (Acrylnitril- Butadien-Styrol-Harz) zur Bildung des lichtundurch­ lässigen Harzkörpers 4 verwendet werden. Beim vorliegenden Ausführungsbeispiel kann ferner auch keine längliche Vertiefung vorgesehen sein.

Für einen Eingriff des Deckels 3 mit dem Hauptgehäuse 2 kann eine Durchgangsöffnung 3b im Deckel 3 vorgesehen sein zum Aufnehmen einer Kralle 2f, die im Hauptgehäuse 2 gemäß Fig. 8(a) angeordnet ist, anstelle einer Klaue 3a in Verbindung mit der Eingriffsöffnung 2e, wie es vorstehend angegeben ist.

Die Anpassung des Deckels 3 mit dem Hauptgehäuse 2 kann in der in Fig. 8(b) gezeigten Weise vorgesehen sein. In diesem Falle ist eine Durchgangsöffnung 2j in einer oberen Querwand des Hauptgehäuses 2 ausgebildet, und eine Klaue 3d ist an einem Ende des Deckels 3 ausgebildet, so daß der Deckel 3 auf das Hauptgehäuse 2 gebogen wird zum Einführen der Klaue 3d in die Durchgangsöffnung 2j. Die Dicke der Klaue 3d beträgt vorzugsweise 0.3 mm bei einer Dicke von 0.7 mm für den Deckel 3. Dabei beträgt das vertikale Maß der Durchgangsöffnung 2j vorzugsweise 0.5 mm. Das Kopfende der Klaue 3d ist mit einem Winkel von beispielsweise 45° abgeschrägt oder ausgerundet zum erleichterten Einführen der Klaue 3d in die Durchgangsöffnung 2j. Die Durchgangsöffnung 2j ist etwa 0.4 mm unterhalb der oberen Oberfläche des Hauptgehäuses 2 angeordnet. In Fig. 8(b) weist die Klaue 3d eine Breite auf, die derjenigen des Endes des Deckels 3 entspricht. Die Breite der Klaue 3d ist jedoch nicht auf diese Abmessungen beschränkt, sondern kann auch kleiner als die Breite des Endes des Deckels 3 ausgeführt sein.

Der Verbindungsbereich zwischen dem Deckel 3 und dem Hauptgehäuse 2 weist eine Aussparungsvertiefung 3e in einer oberen oder äußeren Kante desselben zur Erleichterung des Biegens des Deckels 3 auf. Beispielsweise ist die Aussparungsvertiefung 3e etwa 0.2 mm über der unteren Linie 3f des Deckels 3 angeordnet, wobei die Breite etwa 0.5 mm und die Tiefe etwa 0.4 mm beträgt.

Ferner können ebenfalls zwei Deckel 3 und 3 in symmetrischen Form in der Weise vorgesehen sein, daß diese nach innen gebogen werden zur Abdeckung des Raums im Hauptgehäuse 2 (siehe Fig. 8(c)). In diesem Falle sind eine Klaue und eine Eingriffsvertiefung in den jeweiligen Kopfenden der Deckel 3 und 3 ausgebildet. Desweiteren ist der Deckel 3 nicht auf die kreuzförmige Ausgestaltung beschränkt. Es kann auch eine im allgemeinen rechteckige Form, wie sie in Fig. 8(d) dargestellt ist, verwendet werden.

Der fotoelektrische Neigungserfassungssensor mit dem vorstehend beschriebenen Aufbau kann in der nachstehend beschriebenen Weise hergestellt werden. Das Herstellungs­ verfahren umfaßt einen ersten Schritt des Ausbildens eines lichtundurchlässigen Harzkörpers 4 aus Harz, mit dem Hauptgehäuse 2 und dem Deckel 3, einen zweiten Schritt des Einsetzens einer Kugel in den Raum 1b, und einen dritten Schritt des Biegens des Deckels 3 zum Verschließen des Raums 1b des Hauptgehäuses 2.

In dem ersten, in Fig. 9(a) gezeigten Schritt wird ein Satz von Umformgesenken verwendet, der ein unteres Gesenk 12, rechte und linke Zwischengesenke 13 und 14 und ein oberes Gesenk 15 umfaßt. Das untere Gesenk 12 weist Vertiefungen 12a, 12b und 12c auf, die zusammenhängend in der Oberfläche des Gesenks 12 ausgebildet sind. Das untere Gesenk 12 ist feststehend auf einer nicht gezeigten Grundplatte angeordnet. Die Zwischengesenke 13 und 14 sind in der Weise angeordnet, daß sie zueinander bewegbar sind. Das Zwischengesenk 14 weist einen dreieckigen Vorsprung 14a auf, der am Kopfende des Zwischengesenks 14 angeordnet ist. Das obere Gesenk 15 weist ebenfalls nicht gezeigte Vertiefungen entsprechend den Vertiefungen 12a und 12c des unteren Gesenks 12 auf.

Mittels dieser Gesenke wird der lichtundurchlässige Harzkörper 4 durch Einfüllen eines geschmolzenen Polycarbonatharzes in eine zwischen den Gesenken vorgesehene Vertiefung gebildet. Zum Formen des lichtundurchlässigen Harzkörpers 4 wird ein Licht­ abgabeelement 7 zuerst in dem unteren Gesenk 12 in der Weise angeordnet, daß der transparente Harzkörper 11 und die Anschlußleitungen 9 jeweils in den Vertiefungen 12a und 12c ruhen. Sodann werden die Zwischengesenke 13 und 14 vollständig zueinander bewegt, wie es in Fig. 9(b) gezeigt ist. Ein Lichtempfangselement 8 wird sodann zur Überbrückung der Zwischengesenke 13 und 14 entsprechend dem Lichtabgabeelement 7 angeordnet, worauf das obere Gesenk 15 abgesenkt wird. Durch Einfüllen eines Harzes in den entstandenen Hohlraum werden ein Hauptgehäuse 2 und ein Deckel 3 jeweils mittels der Vertiefungen 12a, 15a und der Vertiefung 12b der Gesenke ausgebildet und geformt. Wie vorstehend angegeben, sind die Vertiefungen 12a und 12b zusammenhängend angeordnet zur einstückigen Ausbildung des Hauptgehäuses 2 und des Deckels 3. Die Bewegung der Zwischengesenke 13 und 14 sowie des oberen Gesenks 15 wird unter Verwendung von nicht gezeigten pneumatischen Zylindern vorgenommen.

Im nachfolgenden zweiten Schritt werden Kugeln 6 von einer nicht gezeigten Zuführeinrichtung über eine Rutsche 16 gemäß Fig. 10 zugeführt. Die Kugeln sind auf der Rutsche 16 in Reihe angeordnet und fallen nacheinander in die jeweiligen Räume der lichtundurchlässigen Harzkörper 4 durch Öffnen und Schließen einer Abschlußplatte 17. Die Betätigung der Abschlußplatte 17 erfolgt durch Betätigen eines pneumatischen Zylinders in Synchronismus mit der Bewegung des lichtundurchlässigen Harzkörpers 4.

Der Deckel 3, der senkrecht zu dem und einstückig mit dem Hauptgehäuse 2 angeordnet ist, unterstützt das Einsetzen einer Kugel in den Raum des Hauptgehäuses 2. Das Vorhandensein des Deckels 3 dient zur Verminderung möglicher Fehler bei der Aufnahme einer Kugel 6 in das Hauptgehäuse 2.

Im dritten Schritt wird der Deckel 3 im Verbindungsteil desselben durch Bewegen einer zylindrischen Rolle 18 in einer in Fig. 11 mittels eines Pfeils gezeigten Richtung gebogen. Bei diesem Vorgang wird eine Klaue 3a des Deckels 3 in Eingriff mit einer Vertiefung 2e des Hauptgehäuses 2 gebracht, wodurch eine Befestigung des Deckels 3 auf dem Hauptgehäuse 2 bewirkt wird.

Bei der vorliegenden Erfindung ist es möglich, ein Satz langgestreckter Zuleitungsrahmen 19 und 19 mit einer Vielzahl von darauf angeordneten lichtundurchlässigen Harzkörpern 4 gemäß Fig. 12 auszubilden. Dabei werden Lichtabgabeelemente und Lichtempfangselemente zuerst auf jeweiligen Zuleitungsrahmen 19 und 19 gebildet, so daß eine Vielzahl von lichtundurchlässigen Harzkörpern 4 gleichzeitig geformt werden kann. In diesem Falle können die Deckel 3 auf einmal unter Verwendung einer langgestreckten zylindrischen Rolle umgebogen werden. Desweiteren ist es möglich, Kugeln gleichzeitig den jeweiligen Hauptgehäusen 2 über eine Vielzahl von Rutschen zuzuführen, die in einer Abstandsweite entsprechend den Hauptgehäusen 2 angeordnet sind. Dies verbessert die Wirtschaftlichkeit der Herstellung des Sensors und ermöglicht eine Großserienherstellung.

Die Erfindung betrifft somit einen fotoelektrischen Neigungserfassungssensor, bei dem in Verbindung mit einem einfachen Aufbau die Umstrahlung von im Innern abgestrahltem Licht vermindert ist, so daß sich ein verbessertes Signal-Rausch-Verhältnis ergibt. Der Neigungserfassungssensor umfaßt ein Lichtabgabeelement und ein Lichtempfangselement, die jeweils einander gegenüber in einem Hauptgehäuse angeordnet sind, sowie zwischen dem Lichtabgabeelement und dem Licht­ empfangselement angeordnete, geneigte Oberflächen zur Bildung eines Raums in dem Hauptgehäuse. Die geneigten Oberflächen weisen eine längliche Vertiefung auf, so daß sich auf ihnen eine Kugel in stabiler Weise bewegen kann. Ein mit dem Hauptgehäuse einstückig ausgeführter Deckel ermöglicht eine Biegung desselben zum Verschließen des Raums im Hauptgehäuse. Der Deckel und das Hauptgehäuse sind in Form eines Körpers unter Verwendung von Gesenken mittels eines einfachen Herstellungsprozesses formbar, so daß eine Großserienherstellung ermöglicht wird.

Claims (11)

1. Fotoelektrischer Neigungserfassungssensor mit:
einem Lichtabgabeelement (7) zur Abgabe von Licht,
einem Lichtempfangselement (8) zum Empfangen von durch das Lichtabgabeelement (7) abgegebenem Licht,
ein Hauptgehäuse (2) zur gegenüberliegenden Anordnung des Lichtabgabeelements (7) und des Lichtempfangselements (8), wobei das Hauptgehäuse (2) geneigte Oberflächen (2a) in einem niedrigen Bereich desselben zur Bildung eines Raums (1) aufweist,
einer in dem Raum (1) untergebrachten Kugel (6), die auf den geneigten Oberflächen (2a) beweglich ist, und
einem über dem Hauptgehäuse (2) angeordneten Deckel (3) zum Verschließen des Raums (1),
gekennzeichnet durch
eine an den geneigten Oberflächen (2a) angeordnete Kugelführungseinrichtung (25) zum Führen der Bewegung der Kugel (6), wobei die Kugelführungseinrichtung (25) derart ausgebildet ist, dass die Kugel (6) teilweise in diese hineinragt, und wobei
die geneigte Oberfläche (2a) einen kontinuierlich ausgebildeten Boden (2d) aufweist, wobei der Boden (2d) mittels einer gekrümmten Oberfläche mit einem Radius entsprechend demjenigen der Kugel (6) bezüglich einer Richtung der geneigten Oberfläche (2a) ausgebildet ist.

2. Neigungserfassungssensor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass sich eine zusätzliche Kugelführungseinrichtung bis zu einer inneren Endwand des Hauptgehäuses (2) erstreckt.

3. Neigungserfassungssensor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Lichtabgabeelement (7) und das Lichtempfangselement (8) in der Weise angeordnet sind, dass vom Lichtabgabeelement (7) zum Lichtempfangselement (8) infolge der Abschirmung durch die Kugel (6) kein Licht übertragen wird, wenn die Kugel (6) auf dem Boden (2d) der geneigten Oberflächen (2a) ruht.

4. Neigungserfassungssensor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zusätzliche Lichtabgabeelemente (7', 7") und Lichtempfangselemente (8', 8") an derartigen Stellen vorgesehen sind, dass kein Licht von dem zusätzlichen Lichtabgabeelement (7', 7") zum zusätzlichen Lichtempfangselement (8', 8") infolge einer Abschirmung durch die Kugel (6) übertragen wird, wenn die Kugel (6) auf der geneigten Oberfläche (2a) und nicht auf dem Boden (2d) ruht.

5. Neigungserfassungssensor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein Ende des Deckels (3) einstückig mit dem Hauptgehäuse (2) ausgebildet ist und ein entgegengesetztes Ende des Deckels (3) mit dem Hauptgehäuse (2) in Eingriff steht.

6. Neigungserfassungssensor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein Ende des Deckels (3) einstückig mit dem Hauptgehäuse (2) verbunden ist und das weitere Ende mit dem Hauptgehäuse (2) in Eingriff steht.

7. Neigungserfassungssensor nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Deckel (3) eine Klaue (3a) aufweist, die in dem weiteren Ende des Deckels (3) ausgebildet ist, und dass das Hauptgehäuse (2) eine Vertiefung (2e) aufweist für einen Eingriff durch die Klaue (3a).

8. Neigungserfassungssensor nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Deckel (3) eine am weiteren Ende des Deckels (3) angeordnete Klaue (3a) aufweist und das Hauptgehäuse (2) an einer oberen Seitenwand desselben eine Durchgangsöffnung (2j) aufweist zur Aufnahme der Klaue (3a).

9. Neigungserfassungssensor nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Deckel (3) an seinem weiteren Ende eine Vertiefung (3b) aufweist und am Hauptgehäuse (2) eine Klaue (2f) ausgebildet ist für einen Eingriff mit der Vertiefung (3b).

10. Neigungserfassungssensor nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Deckel (3) zwei Deckelelemente (3) aufweist, die jeweils einstückig an gegenüberliegenden Ecken des Hauptgehäuses (2) ausgebildet sind, so dass die beiden Deckelelemente (3) für einen Eingriff über dem Hauptgehäuse (2) nach innen gebogen werden.

11. Neigungserfassungssensor nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Deckel (3) und das Hauptgehäuse (2) einstückig ausgebildet sind und einen dazwischenliegenden Verbindungsbereich aufweisen, wobei der Verbindungsbereich eine Aussparung (3e) aufweist, die sich in Längsrichtung des Verbindungsbereichs erstreckt.