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Die Erfindung betrifft einen optoelektronischen Sensor nach der Gattung des Anspruchs 1. Derartige optoelektronische Sensoren werden beispielsweise eingesetzt, um festzustellen, ob sich ein Objekt im Erfassungsbereich des optoelektronischen Sensors befindet. Üblicherweise arbeiten diese Sensoren nach dem sogenannten Triangulationsprinzip.
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Stand der Technik
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Ein optoelektronischer Sensor geht beispielsweise aus der Gebrauchsmusterschrift
DE 20 2007 013 315 U1 hervor. Bei diesem Sensor wird dem Sender und dem Empfänger ein einstückiger Tubus zugeordnet. Der Tubus nimmt die Sende- und Empfangslinse auf und diese sind exakt aufeinander ausgerichtet. Auf diese Weise kann eine Justage der Sende- und Empfangslinse entfallen. Darüber hinaus weist der Tubus mechanische Aufnahmen, beispielsweise Stifte zur Aufnahme und Arretierung einer Leiterplatte, die den Empfänger und den Sender trägt, auf. Auf diese Weise wird eine korrekte Ausrichtung des Sensors zu der Sendelinse und des Empfängers zu der Empfangslinse hergestellt. Die gesamte geometrische Ausrichtung der notwendigen optischen und elektronischen Bauelemente wird durch den einstückigen Tubus bestimmt. Der Sensor weist zwischen der Leiterplatte und dem Tubus ferner eine metallische Abschirmung mit wenigstens zwei Öffnungen für den Sender und den Empfänger auf. Durch diese Abschirmung werden äußere Störeinflüsse auf den Empfänger und die Auswerteeinrichtung wirksam unterdrückt. Die mechanische Abschirmung verbessert die elektromagnetische Verträglichkeit (EMV) des Sensors. Die Öffnungen der metallischen Abschirmung sind als Blenden oder Apertur für den Sender bzw. Empfänger ausgebildet. Hierdurch können zusätzliche Komponenten entfallen. Die metallische Abschirmung wird mit Hilfe von Stiften des Tubus zwischen Leiterplatte und Tubus positioniert. Eine mechanische Justage kann hierdurch entfallen. Bei diesem Sensor müssen die einzelnen Bauteile in dem Gehäuse angeordnet und positioniert werden. Ein Austausch der einzelnen Bauteile ist nicht ohne Weiteres möglich.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen gattungsgemäßen optoelektronischen Sensor so weiterzubilden, dass insbesondere die optoelektronischen Sende-/Empfangselemente, Blenden und weitere optoelektronischen Bauteile nicht nur leicht in einem Sensorgehäuse montierbar sind, sondern bei Bedarf auch leicht austauschbar sind, d.h. demontiert und wieder erneut montiert werden können.
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Offenbarung der Erfindung
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Diese Aufgabe wird durch einen optoelektronischen Sensor mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Die erfindungsgemäße Lösung sieht ein das Gehäuse stirnseitig abschließendes Gehäuseelement vor, an/in dem die Leiterplatte mit den optoelektronischen Sende-/Empfangselementen und die Blende aufeinander ausgerichtet angeordnet sind. Ein solches Gehäuseelement ist leicht in dem zylinderförmigen Gehäuse zu montieren und kann bei Bedarf auch wieder auf einfache Weise demontiert und ausgetauscht werden. Gleichzeitig trägt es die Sende-/Empfangselemente, die Blende und gegebenenfalls weitere optische Elemente in einer zueinander ausgerichteten und justierten Anordnung.
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Durch die in den abhängigen Ansprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen des im unabhängigen Anspruch angegebenen optoelektronischen Sensors möglich.
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Besonders vorteilhaft ist vorgesehen, dass das Gehäuseelement auf seiner inneren, der Leiterplatte mit den optoelektronischen Sende-/Empfangselementen und der Blende zugewandten Seite Befestigungselemente für die Leiterplatte und die Blende aufweist und auf seiner äußeren, dem Gehäuse zugewandten Seite Befestigungselemente für das Gehäuse aufweist. Auf diese Weise dient das Gehäuseelement gleichzeitig der Befestigung der Sende-/Empfangselemente und der Blende und deren Justage und gleichzeitig der Befestigung in dem zylinderförmigen Gehäuse des optoelektronischen Sensors.
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Eine besonders vorteilhafte Ausgestaltung sieht vor, dass das Gehäuseelement als Linsen tragende Linsenkappe ausgebildet ist. Auf diese Weise werden nicht nur die Sende-/Empfangselemente und die Blende in einer zueinander justierten Weise montiert, sondern gleichzeitig auch noch die Linsen relativ zu den Sende-/Empfangselementen angeordnet, befestigt und optisch korrekt positioniert. Dies ermöglicht eine sehr schnelle und gleichzeitig präzise Montage, auch bei einer Massenfertigung.
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Eine weitere besonders bevorzugte Ausgestaltung sieht vor, dass die Blende gleichzeitig als mechanischer Schutz der auf der Leiterplatte angeordneten Bauelemente und als EMV-Schutz wirkt. Die Blende stellt also nicht nur einen mechanischen Schutz dar, sondern auch einen Schutz gegen schädliche elektromagnetische Störeinflüsse.
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Zur Ausbildung der Abschirmung ist besonders bevorzugt vorgesehen, dass die Blende auf ihrer der Leiterplatte zugewandten Seite einen Kontaktstift aufweist, der eine an ihn angepasste Öffnung in der Leiterplatte durchragt und mit einer Schirmfläche kontaktierbar ist. Dieser Kontaktstift erfüllt zwei wesentliche Funktionen. Zum einen dient er der Positionierung und Justierung der Blende relativ zur Leiterplatte und damit relativ zu den auf ihr angeordneten optoelektronischen Sende-/Empfangselementen, zum anderen dient er – da die Blende gleichzeitig auch als EMV-Schutz wirkt – der Kontaktierung dieser Blende mit einer Schirmfläche.
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Diese Schirmfläche ist bevorzugt auf der Seite der Leiterplatte vorgesehen, die den optoelektronischen Sende- und Empfangselementen abgewandt ist. Sie kann rein prinzipiell aber auch oder zusätzlich auf der den optoelektronischen Sende- und Empfangselementen zugewandten Seite vorgesehen sein.
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Gemäß einer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass dem Aufbau aus Leiterplatte und Blende folgend ein Polfilterhalter angeordnet ist, der der Halterung und Ausrichtung von Polfiltern dient. Dieser Polfilterhalter ist in dem das Gehäuse stirnseitig abschließenden Gehäuseelement, also der Linsenkappe befestigt.
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Ebenfalls im Sinne einer sehr einfachen Montage ist vorgesehen, dass die optoelektronischen Sende-/Empfangselemente durch Bonddrähte mit entsprechenden Kontaktelementen der Leiterplatte kontaktierbar sind. Gerade im Falle einer solchen Befestigung und Kontaktierung der optoelektronischen Sende-/Empfangselemente erweist sich das als Linsenkappe ausgebildete Gehäuseelement als besonders vorteilhaft, da es gleichzeitig eine Schutzfunktion übernimmt.
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Der optoelektronische Sensor weist ferner in dem Gehäuse eine Haupt-Leiterplatte auf, an deren dem Gehäuseelement zugewandten Stirnseite die Leiterplatte mit den optoelektronischen Sende-/Empfangselementen im Wesentlichen im rechten Winkel angeordnet ist. Dies ermöglicht eine einfache und von der Haupt-Leiterplatte getrennte Montage der Leiterplatte mit den optoelektronischen Sende-/Empfangselementen und eine nachträgliche Demontage, beispielsweise beim Austausch im Falle eines Defekts.
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Der Vorteil dieses optoelektronischen Sensors liegt in der einfachen und kostengünstigen Montage des das Gehäuse stirnseitig abschließenden Gehäuseelements, das als Linsenkappe ausgebildet ist und auch als Optikkopf bezeichnet werden kann. Vorteilhaft sind auch der mechanische Schutz der offenen Bondstellen der optischen Bauelemente sowie der verbesserte EMV-Schutz. Darüber hinaus ist der gesamte Aufbau aus Haupt-Leiterplatte und senkrecht zu dieser angeordneten Leiterplatte mit optoelektronischen Bauelementen und Linsenkappe auch gegen PU-Gießharz dicht ausgeführt. Ein solcher optoelektronischer Sensor eignet sich insbesondere auch zur Miniaturisierung.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.
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Es zeigen:
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1 schematisch einen optoelektronischen Sensor gemäß der Erfindung in isometrischer Darstellung;
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2 ein als Linsenkappe ausgebildetes, das zylindrische Gehäuse sensorseitig abschließendes Gehäuseelement in isometrischer Explosionsdarstellung;
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3 in isometrischer Darstellung, den Zusammenbau der Blende und der Leiterplatte mit den auf ihr angeordneten optoelektronischen Sende-/Empfangselementen;
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4 in isometrischer Darstellung, einen in einer Linsenkappe montierten Polfilterhalter;
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5 die Anordnung gemäß 4 mit montierten Polfiltern und
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6 eine Schnittdarstellung einer in 2 bis 5 dargestellten Linsenkappe.
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Beschreibung von Ausführungsbeispielen
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Ein optoelektronischer Sensor, dargestellt in 1, weist ein zylindrisches Gehäuse 100 auf, welches beispielsweise mit einem Außengewinde versehen sein kann. Mit Hilfe dieses Außengewindes kann der Sensor in entsprechende Gewindeöffnungen eingeschraubt werden oder er kann beispielsweise mithilfe einer Mutter und einer Zahnscheibe auch in einer Öffnung ohne Gewinde befestigt werden.
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Im Inneren des zylinderförmigen Gehäuses 100 ist eine Haupt-Leiterplatte 110 angeordnet, an deren einem Ende Kontaktstifte 111 vorgesehen sind, die der Kontaktierung des optoelektronischen Sensors dienen. Diese Kontaktstifte 111 sind beispielsweise in ein Dichtungselement 112 eingebettet, sodass die gesamte Anordnung auch gegenüber Umwelteinflüssen und insbesondere gegenüber Flüssigkeit, Staub und dergleichen dicht ist. Am vorderen Ende der Haupt-Leiterplatte 110 ist ein Gehäuseelement 200 vorgesehen, welches den optoelektronischen Sensor stirnseitig abschließt. Dieses Gehäuseelement 200 weist auf seinem äußeren Umfang Befestigungselemente 205 zur Befestigung an dem zylinderförmigen Gehäuse 100 auf. Der Sensor ist auf seiner dem Gehäuseelement 200 abgewandten Seite durch eine abgedichtete Kappe 300 verschlossen.
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Das Gehäuseelement 200 ist in 2 in Explosionsdarstellung dargestellt. Es umfasst stirnseitig eine sogenannte Linsenkappe 210, welche Linsen 211 und 212 trägt. In dieser Linsenkappe 210 ist die Leiterplatte 280 mit den optoelektronischen Sende-/Empfangselementen 282, 284 angeordnet. Die optoelektronischen Sende-/Empfangselemente 282, 284 sind auf der Leiterplatte beispielsweise durch DIE-Bonden befestigt. Auf die Leiterplatte 280 mit den optoelektronischen Sende-/Empfangselementen 282, 284 folgt eine Blende oder Apertur 270, die an der Leiterplatte 280 befestigt wird. Hierzu weist die Blende 270 einen Kontaktstift 272 auf, der eine Öffnung 286 der Leiterplatte 280 durchragt. Sowohl die Blende 270 als auch der Kontaktstift 272 sind aus einem elektrisch leitfähigen Material hergestellt. Sie dienen gleichzeitig dem Schutz durch mechanische Einflüsse als auch einem EMV-Schutz (EMV – elektromagnetische Verträglichkeit). Hierzu ist der Kontaktstift 272 mit einer Schirmfläche elektrisch leitend verbunden, die auf der den optoelektronischen Sende-/Empfangselementen 282, 284 abgewandten Seite der Leiterplatte 280 vorgesehen ist. Rein prinzipiell ist es auch denkbar, auf der Seite, auf der die elektromagnetischen Sende-/Empfangselemente 282, 284 angeordnet sind, eine oder zusätzlich eine Schirmfläche anzuordnen, mit der der Kontaktstift 272 elektrisch leitend verbunden ist. Der Blende 270 folgt beispielsweise ein Polfilterhalter 260, in dem Polfilter 262, 264 angeordnet sein können. Die gesamte Anordnung wird in der Linsenkappe 210 positioniert. Hierzu weist die Linsenkappe 210 Befestigungs- und Führungselement 230 auf, die in entsprechende gegengleiche Ausnehmungen 240 der Leiterplatte 280, der Blende 270 und des Polfilterhalters 260 eingreifen und diese Elemente zueinander ausrichtet und justiert aneinander und in/an der Linsenkappe 210 befestigen.
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3 zeigt die Blende 270, befestigt an der Leiterplatte 280 mit den optoelektronischen Sende-/Empfangselementen 282, 284. Dabei wird deutlich, wie die Blende 270 eine Schutzfunktion und einen EMV-Schutz ausüben kann, indem sie die Leiterplatte 280 vollflächig überdeckt und lediglich Blendenöffnungen für die optoelektronischen Sende-/Empfangselemente freilässt.
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4 und 5 zeigen, wie der Polfilterhalter 260 mit den Polfiltern 262, 264 in der Linsenkappe 210 durch die Befestigungs- und Führungselemente 230 unter gleichzeitiger Herstellung einer optischen Ausrichtung befestigbar sind.
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In 6 ist eine Schnittdarstellung dargestellt, in der die beiden Linsen 212, 211, die Linsenkappe 210 und die in ihr aufgenommenen Bauteile, insbesondere die Leiterplatte 280, die Blende 270 und der Polfilterhalter 260 dargestellt sind. 6 verdeutlicht auch die Anordnung der optoelektronischen Bauelemente 282, 284 auf der Leiterplatte 280 und wie der Stift 272 der Blende 270 die Leiterplatte 280 durchragt, um auf der den optoelektronischen Sende-/Empfangselementen 282, 284 abgewandten Seite der Leiterplatte 280 mit einer Schirmfläche (nicht sichtbar) kontaktiert zu werden.
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Diese Anordnung aus Linsenkappe 210 mit den darin angeordneten Bauelementen wird stirnseitig des optoelektronischen Sensors an der Haupt-Leiterplatte 110 befestigt und mit dieser kontaktiert. Bei Bedarf ist die Linsenkappe 210 mit sämtlichen optoelektronischen Bauelementen austauschbar. Auf diese Weise ist eine einfache und kostengünstige Montage (und Demontage) möglich. Darüber hinaus bietet dieser Aufbau einen mechanischen Schutz der offenen Bondstellen der durch Bonden auf der Leiterplatte 280 befestigten und kontaktierten optoelektronischen Bauelemente 282, 284. Insbesondere sind die Bondelemente während der Montage geschützt. Darüber hinaus ist ein verbesserter EMV-Schutz realisiert durch die elektrische Leitfähigkeit der Blende 270 und deren Kontaktierung mit einer Schirmfläche auf der den optoelektronischen Bauelementen 282, 284 abgewandten Seite der Leiterplatte 280. Aufgrund der Anordnung der optoelektronischen Bauelemente 282, 284 in der Linsenkappe 210 in Verbindung mit den an dieser vorgesehenen Führungs- und Befestigungselementen 230 ist auch eine genaue Positionierung der optischen Bauteile zueinander in der Linsenkappe 210 möglich. Der Aufbau ist insbesondere einem automatisierten Fertigungsprozess zugänglich. Durch den Schutz, den die Linsenkappe 210 bietet, ist auch ein Verguss des optoelektronischen Sensors beispielsweise mit PU-Gießharz möglich.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 202007013315 U1 [0002]
