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Technisches Gebiet:
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Die
Erfindung betrifft ein Aufnahmegehäuse für eine
Spule oder ein Spulensystem eines Sensors, wie induktiver oder kapazitiver
Näherungsschalter.
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Stand der Technik:
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Aus
der
DE 81 09 267 U1 ist
ein Sensor mit einem Schutzgehäuse aus Glas bekannt, welches eine
Detektionseinrichtung gekapselt aufnimmt und der als Näherungsschalter
fungiert. Solche Sensoren können eine Veränderung
des vor ihrem Detektionsbereich liegenden Raumes feststellen. Beispielsweise
finden diese Sensoren in Fertigungsstraßen Verwendung,
um dort das Vorhandensein eines Teils vor ihrem Detektionsbereich
zu erfassen. Die Sensoren können induktiv, kapazitiv oder
magnetisch arbeiten. Glas ist als Werkstoff für ein kapselndes
Schutzgehäuse allerdings nur wenig geeignet, da es leicht
zerbrechen kann.
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Aus
der
DE 37 17 932 C2 ist
bekannt, einen solchen Näherungsschalter mit einem einseitig
offenen Schutzgehäuse aus Kunststoff auszurüsten.
Das Schutzgehäuse, welches vorzugsweise aus Polybutylenterephthalat
gefertigt ist, wird stirnseitig durch eine relativ dünne
Scheibe aus einer Keramik verschlossen. Dabei ist die Scheibe mit
dem Kunststoff des Schutzgehäuses materialschlüssig
verbunden. Die
DE 37
17 932 C2 schlägt vor, die Scheibe mit einer möglichst
großen Rauhigkeit zu versehen, um die materialschlüssige
Verbindung mit dem Kunststoff zu verbessern. Die
DE 37 17 932 C2 schlägt
weiter vor, die Scheibe relativ dünn, nämlich
mit einer Materialstärke von 0,6 mm, auszubilden. Die Scheibe
soll gegen Schweissperlen unempfindlich sein, die in einem Schweissbereich
auftreten können. Das zumindest teilweise aus Kunststoff
bestehende Schutzgehäuse kann jedoch durch die bei Schweissprozessen
auftretenden Temperaturen leicht geschädigt werden.
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Vor
diesem Hintergrund offenbart die
DE 42 21 987 A1 einen Näherungsschalter
mit einem Schutzgehäuse aus Keramik, welches die Detektionseinrichtung
aufnimmt. Die
DE 42
21 987 A1 lehrt, eine kalt sinterfähige Keramik
für die Fertigung des Schutzgehäuses zu verwenden.
Hierdurch soll die Aufgabe gelöst werden, den Näherungsschalter
gegen Funkenflug und Schweissperlen in Schweissbereichen unempfindlich
zu machen. Insbesondere sollen sich auf der Keramik keine erstarrten
Schweissspritzer ansetzen können.
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Die
heutigen Anforderungen an die Gas- und Feuchtigkeitsdichtigkeit
derartiger Sensoren, wie induktive oder kapazitive Näherungsschalter
oder -initiatoren sind sehr hoch; derartige Schalter oder Initiatoren
sollen Abweichungen ihrer messtechnischen Genauigkeit von weniger
als 0,5‰ aufweisen. Weil aufgrund der geringen Drahtdurchmesser
der für die Spulensysteme verwendeten Drähte,
welcher im Bereich von 8–10 μm liegt, der Lackdraht
natürlich noch eine erheblich geringere Dicke, etwa im
Bereich von 1–2 μm, aufweist, neigt der Lackdraht
schon bei Anwesenheit einer sehr geringen Feuchtigkeitsmenge zum
Aufquellen, was wiederum zur Veränderung des Schaltabstandes
derartiger Schalter oder Initiatoren führt.
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Technische Aufgabe:
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Der
Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein mechanisch stabiles
Aufnahmegehäuse für eine Spule oder ein Spulensystem
eines Sensors, wie induktiver oder kapazitiver Näherungsschalter anzugeben,
welches sowohl bei hohen Temperaturen als auch bei auftretender
Feuchtigkeit gas- und feuchtigkeitsdicht ist und damit zuverlässig
einsetzbar ist.
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Offenbarung der Erfindung sowie deren
Vorteile:
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Die
Aufgabe wird gelöst durch ein Aufnahmegehäuse
für eine Spule oder ein Spulensystem eines Sensors, wie
induktiver oder kapazitiver Näherungsschalter, welches
ein rohr- oder hülsenförmiges Außengehäuse
aufweist, in welches eine Keramikhülse in Form eines Topfes
mit einer Bodenfläche und einer umlaufenden Wandung eingesetzt
ist, wobei auf der Innenseite der Bodenfläche eine Spule oder
ein Spulensystem angeordnet ist und die Stirnfläche der
umlaufenden Wandung mit einer Durchführungsplatte mit Durchführungsstiften
oder -kontakten gas- und feuchtigkeitsdicht verschlossen ist, so
dass Keramikhülse und Durchführungsplatte ein einteiliges
Innengehäuse innerhalb des Außengehäuses
bilden, wobei die Durchführungsplatte sich ihrerseits gegen
eine im Innern des Außengehäuses angeordnete,
peripher umlaufende Stufe abstützt und die Durchführungsplatte
innerhalb der Stufe gas- und feuchtigkeitsdicht verklebt oder verlötet
oder verschweißt ist.
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Die
Aufgabe wird ebenso gelöst durch ein Aufnahmegehäuse
für eine Spule oder ein Spulensystem eines Sensors, wie
induktiver oder kapazitiver Näherungsschalter, welches
rohr- oder hülsenförmig gestaltet ist und im Innern
desselben eine erste peripher umlaufende Stufe und am Ende desselben im
Randbereich eine zweite peripher umlaufende Stufe aufweist, welche
einen größeren Durchmesser als die erste Stufe
aufweist, wobei sich gegen die erste Stufe eine Durchführungsstifte
oder -kontakte aufweisende Durchführungsplatte abstützt,
welche innerhalb der ersten Stufe gas- und feuchtigkeitsdicht verklebt
oder verlötet oder verschweißt ist und sich gegen
die zweite Stufe eine Keramikplatte abstützt, welche innerhalb
der zweiten Stufe ebenfalls gas- und feuchtigkeitsdicht verklebt
oder verlötet oder verschweißt ist und wobei auf
der Innenfläche der Keramikplatte die Spule oder das Spulensystem
abgeordnet ist.
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Das
erfindungsgemäße Aufnahmegehäuse besitzt
gegenüber dem Stand der Technik den Vorteil, dass dasselbe
gegenüber Gasen und Feuchtigkeit absolut diffusionsdicht
ist, weshalb Spulen oder Spulenanordnungen innerhalb derartiger
Aufnahmegehäuse, mit denen Sensoren aufgebaut sind, wie
induktive oder kapazitive Näherungsschalter oder -initiatoren,
höchst geringe Abweichungen ihrer messtechnischen Genauigkeit
von weniger als 0,5‰ aufweisen. Da keine Feuchtigkeit in
das Aufnahmegehäuse, in welchem die Spule oder Spulen angeordnet sind,
mehr eindringen bzw. eindiffundieren kann, kommt es auch nicht mehr
zum Aufquellen des Lackdrahtes der Spule oder der Spulensysteme.
Aufgrund dessen weist ein derartig aufgebauter Sensor praktisch
keine Veränderungen seines Schaltabstandes in sich ändernden
Atmosphären oder Temperaturen auf, weil die Sensorspule
oder -spulen keine Veränderung erfahren.
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Erfindungsgemäß ist
erkannt worden, dass Keramiken, nämlich technische Keramiken,
zur Fertigung eines Schutzgehäuses aufgrund ihrer einstellbaren
mechanischen Festigkeiten besonders gut geeignet sind, um derartige
elektrische Detektionseinrichtungen zu schützen. Weiter
ist erkannt worden, dass Keramiken elektrisch isolierend wirken,
elektrisch nicht leitfähig ausgebildet werden können
und daher die Detektionseinrichtungen nicht durch induktive oder
kapazitive Effekte stören. Schließlich ist erkannt
worden, dass technische Keramiken fertigungsbedingt keine poröse
Struktur aufweisen, die als solche zum Aufsaugen von Flüssigkeiten
neigt. Bei einer Keramik mit poröser Struktur können
Flüssigkeiten und Dämpfe in das Innere des Schutzgehäuses
eindringen und die elektrischen Detektionseinrichtungen stören
und dauerhaft schädigen. Hingegen können erfindungsgemäß aufgebaute Sensoren
oder Initiatoren aufgrund ihrer Stabilität gegenüber
hohen Temperaturen nicht nur in Arbeitsstätten mit hohen
Temperaturen, sondern aufgrund ihrer erfindungsgemäßen
Ausrüstung auch in Feuchträumen verwendet werden.
Ein erfindungsgemäßes Aufnahmegehäuse
bzw. ein zu einem Sensor vervollständigtes Aufnahmegehäuse
kann daher dauerhaft an Arbeitsstätten mit hohen Temperaturen verbleiben,
da die dort in Ruhepausen auftretende Kondensationsflüssigkeit
nicht in das Aufnahmegehäuse bzw. in den Sensor eindringen
und den Sensor nicht schädigen kann.
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Technische
Keramiken im Sinne der Erfindung sind Werkstoffe, die im Wesentlichen
aus anorganischen, relativ feinkörnigen Rohstoffen unter
Zugabe von Wasser geformt, danach zumindest geringfügig
getrocknet und in einem anschließenden Brenn- bzw. Sinterprozess,
vorzugsweise oberhalb 900°C, zu harten, dauerhafteren Stoffen,
jedoch nicht zu Glas, gesintert werden.
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In
weiterer Ausgestaltung der Erfindung kann die Durchführungsplatte
eine Keramik- oder eine Metall- oder eine Glasscheibe sein, bei
einer Keramikscheibe aus technischer Keramik.
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In
weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist die Keramikhülse
der einteiligen Kapsel oder die Keramikplatte bündig mit
ihrer nach außen weisenden Bodenfläche in das
Ende des Außengehäuses eingesetzt sein. Des Weiteren
kann das Außengehäuse mindestens einen Abschirmring
aufnehmen. Ein Abschirmring kann Störsignale reduzieren
und die Betriebstauglichkeit eines derartigen Sensors erhöhen.
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In
weiterer Ausgestaltung des Aufnahmegehäuses sind die Durchführungsstifte
oder -kontakte innerhalb des Durchgangs durch die Durchführungsplatte
ebenfalls mit derselben gas- und feuchtigkeitsdicht verklebt oder
verlötet oder verschweißt. Durch diese konkrete
Ausgestaltung wird die Dichtheit des Aufnahmegehäuses zusätzlich
erhöht.
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In
weiterer Ausgestaltung des Aufnahmegehäuses bestehen die
Keramikhülse, die Keramikplatte und die Keramikscheibe
aus technischer Keramik und sind in einem Sinterprozess gesintert.
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Kurzbeschreibung
der Zeichnung, in der zeigen:
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1 einen
Längsschnitt durch ein Aufnahmegehäuse für
einen Sensor, wobei innerhalb des Aufnahmegehäuses eine
einteilige Kapsel im Wesentlichen aus Keramik bestehend angeordnet
ist, in welcher sich wenigstens eine Spule bzw. ein Spulensystem
befindet,
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2 einen
Längsschnitt durch ein ähnlich gestaltetes Aufnahmegehäuse
wie dasjenige in 1 und
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3 ein
Aufnahmegehäuse für einen Sensor, wobei hier die
Abkapselung für die Aufnahme einer Spule bzw. eines Spulensystems
zweiteilig ausgestaltet ist.
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Wege zur Ausführung der Erfindung:
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Die 1 zeigt
einen Längsschnitt durch ein Aufnahmegehäuse 1,
welches als Teil eines Sensors, wie magnetisch oder induktiv oder
kapazitiv wirkender Näherungsschalter, Verwendung findet
oder zu einem solchen vervollständigt werden kann. Das
Aufnahmegehäuse 1 weist ein, vorzugsweise rotationssymmetrisches, rohr-
oder hülsenförmiges Außengehäuse 7 aus
Metall oder Kunststoff auf, welches an einem seiner Enden eine verjüngte
Halterung 9 aufweist.
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In
das Innere 10 des Aufnahmegehäuses 7 ist
eine topfförmige Keramikhülse 2 aus technischer Keramik
passgenau eingesetzt, bestehend aus einer Bodenfläche 4 und
einer umlaufenden Wandung 13, wobei auf der Stirnfläche 14 der
umlaufenden Wandung 13 der Keramikhülse 2 eine
metallische Beschichtung angeordnet ist, welche entweder ein Weichlot
ist oder welche durch eine Laser- oder Sputterbehandlung aufgebracht
worden ist. Diese metallische Beschichtung dient zum gas- und feuchtigkeitsdichten
bzw. diffusionsdichten Anordnen einer Durchführungsplatte 5 in
Form einer Metallscheibe, welche gegen die Platte 5 isolierte
elektrische Durchführungsstifte 11 aufweist. Die
Durchführungsplatte 5 ist auf die metallische
Beschichtung der Stirnfläche 14 der Wandung 13 umlaufenden
aufgelötet oder aufgeschweisst. Die Bodenfläche 4 der
Keramikhülse 2 bildet den Detektionsbereich des
fertigen Näherungsinitiators.
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Aufgrund
der Gestaltung der topfförmigen Keramikhülse 2 aus
technischer Keramik ist der Boden 4 der Keramikhülse 2 gas-,
feuchtigkeit- und diffusionsdicht gegen Gase und Feuchtigkeit. Auf
diese Weise bilden Keramikhülse 2 und Durchführungsplatte 5 ein
einteiliges Innengehäuse bzw. eine innere einteilige Kapsel.
Zum definierten Einsetzen des Innengehäuses in das Innere 10 des
Außengehäuses 7 ist innerhalb desselben
eine umlaufende Stufe 8 angeordnet, gegen die sich der
periphere Rand der Durchführungsplatte 5 abstützt,
wie es in 1 gezeigt ist. Der periphere
Rand der Durchführungsplatte 5 ist in die umlaufende
Stufe 8 eingeklebt, so dass das Innengehäuse,
bestehend aus Keramikhülse 2 und Durchführungsplatte 5,
innerhalb des Inneren 10 des Aufnahmegehäuses 7 angeordnet
ist, wobei die nach außen weisende Bodenfläche 4 der
Keramikhülse 2 nach dem Einbau des Innengehäuses
bündig mit dem untersten Rand des Außengehäuses 7 abschließt.
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Innerhalb
des Inneren 6 der Keramikhülse 2 bzw.
des Innengehäuses ist auf der Innenseite der Bodenfläche 4 der
Keramikhülse 2 eine Spule 3 oder ein
Spulensystem angeordnet, dessen Zu- und Ableitungen 12 mit
den Durchführungsstiften 11 innerhalb der Durchführungsplatte 5 elektrisch
verbunden sind. Die Spule 3 oder das Spulensystem der Detektionseinrichtung
ist so im Innern der Keramikhülse 2 angeordnet,
dass sie dem zu detektierenden Bereich möglichst nahe ist.
Hierzu ist die Spule unmittelbar am Boden 4 bzw. auf der
Bodenfläche 4 der Keramikhülse 2 bzw.
der Keramikscheibe 18 (3) positioniert.
Hierdurch können Spulen 3 einem zu erfassenden
Teil auf einer Fertigungsstraße besonders nahe gebracht
werden.
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Die
nach außen weisende Oberfläche der umlaufenden
Wandung der Keramikhülse 2 bzw. des Innengehäuses
kann zusätzlich vollständig in das Außengehäuse 7 eingeklebt
sein. Auf diese Weise ist die Anordnung aus Außengehäuse
und Innengehäuse praktisch vollständig gegen Gase
und Feuchtigkeit gas-, feuchtigkeits- und diffusionsdicht gekapselt.
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2 zeigt
einen Längsschnitt durch ein höchst ähnlich
gestaltetes Aufnahmegehäuse 7' wie dasjenige in 1,
wobei beziehungsgleiche Bezugsziffern mit zwei Strichen versehen
sind. Der einzige Unterschied besteht in einer abweichenden Ausgestaltung
einer Durchführungsplatte 15, welche einen umlaufenden
Metallring 16 aufweist, in welchen eine Glasscheibe 17 eingefügt
ist. Innerhalb der Glasscheibe 17 sind elektrische Durchführungsstifte 11 angeordnet,
welche über Spulenzuleitungen 12' mit den Anschlüssen
der Spule 3 oder des Spulensystems verbunden sind. Zur
Ausbildung des Innengehäuses ist der Metallring 16 mitsamt
der Glasscheibe 17 auf die metallische Beschichtung auf
der umlaufenden Stirnfläche der Wandung 14 der
Keramikhülse 2 aufgelötet oder aufgeschweisst.
Das Innengehäuse ist mittels des peripher umlaufenden Randes
des Metallrings 16, welcher vom Inneren 6' des
Innengehäuses weg weist, innerhalb der umlaufenden Stufe 8' mit
einem Kleber verklebt. Ansonsten entspricht die Ausgestaltung dieses
Ausführungsbeispiels demjenigen der 1.
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Verfahrensmäßig
wird in beiden Ausführungsbeispielen zuerst die Keramikhülse
aus technischer Keramik hergestellt. Danach wird der stirnseitige
Rand der umlaufenden Wandung der Keramikhülse mit einer
metallischen Beschichtung versehen und die Spule oder Spulenanordnung
auf den Boden der Keramikhülse angeordnet. Die metallische
Durchführungsplatte wird mit elektrischen Durchführungsstiften
versehen, welche vorzugsweise mittels Hartlöten in die
Durchführungsplatte eingefügt sind, und die Spulenzuleitungen
mit den zugewandten Enden der Durchführungsstiften verbunden.
Anschließend wird die Durchführungsplatte auf
den metallisch beschichteten stirnseitigen Rand der umlaufenden
Wandung der Keramikhülse aufgelötet oder aufgeschweißt. Nunmehr
wird das Innengehäuse in das Außengehäuse
eingesetzt, und wenigstens der periphere, umlaufende Rand der Durchführungsplatte
wird innerhalb der umlaufenden Stufe des Außengehäuses
in dasselbe eingelötet oder eingeschweisst, gegebenenfalls
auch eingeklebt. Wenn die Durchführungsplatte eine Keramikplatte
ist, vorzugsweise ebenfalls aus technischer Keramik, dann werden
in dieselbe Durchführungsstifte eingesetzt, vorzugsweise
eingeklebt oder eingelötet, und wenigstens der peripher umlaufende
Rand auf der dem Inneren der Keramikhülse zugewandten Hauptoberfläche
wird mit einer metallischen Beschichtung versehen, welche zum Auflöten
oder Aufschweißen auf den ebenfalls metallisch beschichteten
Rand der stirnseitigen, umlaufenden Wandung dient. Gleichermaßen
kann der stirnseitig umlaufende Rand der Keramikscheibe, wie auch
der periphere Rand auf der zweiten, von der Keramikhülse
weg gewandten Hauptoberfläche mit einer metallischen Beschichtung
versehen werden, um das Innengehäuse im Bereich der Stufe
innerhalb des Außengehäuses in dieses einzulöten
oder einzuschweissen oder gegebenenfalls auch nur einzukleben.
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Die 3 zeigt
eine weitere Ausgestaltung einer erfindungsgemäßen
Vorrichtung 1'', welche aus einem einwandigen, rohr- oder
hülsenförmigen Aufnahmegehäuses 7'',
vorzugsweise aus Metall oder aus Kunststoff, besteht. Im Inneren 10'' desselben
ist eine erste peripher umlaufende Stufe 8'' angeordnet, welche
sich vorzugsweise in der ersten Hälfte oder im ersten Drittel
der Länge des Aufnahmegehäuses 7'' befindet.
Eine zweite peripher umlaufende Stufe 8''' ist am Ende
des Aufnahmegehäuses 7'' innen im Randbereich
desselben angeordnet. Eine Durchführungsplatte 5',
welche vorzugsweise aus technischer Keramik besteht, mit elektrischen
Durchführungsstiften 11'' ist mit ihrem peripheren
Rand gas-, feuchtigkeits- und diffusionsdicht in die erste Stufe 8'' im
Innern 10'' des Aufnahmegehäuses 7'' geklebt
oder eingelötet oder eingeschweisst. Eine ebenfalls aus technischer
Keramik bestehende Keramikscheibe 18, auf deren einer Hauptoberfläche
eine Spule 3 oder ein Spulensystem angeordnet ist, ist
mit ihrer peripher umlaufenden Stirnfläche in die zweite
Stufe 8''' des Aufnahmegehäuses 7'' geklebt
oder eingelötet oder eingeschweisst. In den zuletzt genannten beiden
Ausführungsvarianten ist diese Stirnfläche der
Keramikscheibe 18 zuvor mit einer metallischen Beschichtung
versehen worden, was ebenso der Fall für die Durchführungsplatte 5' ist,
falls diese aus technischer Keramik besteht. Dergestalt kann kostengünstig
ein gegen Gase und Feuchtigkeit gas-, feuchtigkeits- und diffusionsdicht
gekapseltes Aufnahmegehäuses 7'' hergestellt werden.
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Die
hier beschriebenen Aufnahmegehäuse können in ihrer
Gesamtheit als vorgefertigte Bauteile zu einem Sensor, wie magnetisch
oder induktiv oder kapazitiv wirkender Näherungsschalter,
komplettiert werden.
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Für
die Verwendung in einem derartigen Sensor können die aus
dem Aufnahmegehäuse heraus geführten Enden von
Zuleitungen, welche an die Durchführungsstifte oder -kontakte
angeschlossen sind, an eine nachgeordnete elektronische Schaltung angeschlossen
werden, welche der Erfassung und Verarbeitung der von der Spule
oder vom Spulensystem erzeugten oder detektierten Signale dient.
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Gewerbliche Anwendbarkeit:
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Das
erfindungsgemäße Aufnahmegehäuse kann
zu einem Sensor, wie magnetisch oder induktiv oder kapazitiv wirkender
Näherungsschalter komplettiert werden, welche in industriellen
Fertigungsstraßen der Fabrik- oder der Produktautomation
verwendet werden können.
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Bezugszeichenliste
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- 1,
1', 1''
- Aufnahmegehäuse
- 2
- Keramikhülse
in Form eines Topfes
- 3
- Spulensystem
- 4
- Bodenfläche
der Keramikhülse
- 5,
5'
- Durchführungsplatte
in Form einer Metallscheibe
- 6,
6', 6''
- innere
Volumina innerhalb des Keramiktopfes
- 7,
7', 7''
- Außengehäuse,
vorzugsweise als Metall
- 8,
8'
- umlaufende
Stufen im Inneren des Außengehäuses
- 8'',
8'''
- umlaufende
Stufen im Inneren des Aufnahmegehäuses
- 9
- Halterung
- 10,
10', 10''
- Volumina
außerhalb des Keramiktopfes im Innern des Sensorgehäuses
- 11,
11', 11''
- Durchführungsstifte
- 12,
12', 12''
- Spulenzuleitungen
- 13
- umlaufende
Wandung der Keramikhülse
- 14
- Stirnfläche
der Wandung der Keramikhülse
- 15
- Durchführungsplatte
in Form einer in einem Metallring gefassten Glasscheibe
- 16
- Metallring
- 17
- Glasscheibe
- 18
- Keramikscheibe
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- - DE 8109267
U1 [0002]
- - DE 3717932 C2 [0003, 0003, 0003]
- - DE 4221987 A1 [0004, 0004]
