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Magnetischer Näherungs-Schalter
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Die Erfindung betrifft einen magnetischen Näherungs-Schalter nach
dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
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Bei einem derartigen, den Erfindern zur Kenntnis gelangten Näherungs-Schalter
ist das Gehäuse ein Aluminiumkokillen-Gußstück, in dessen beide Schenkel das Magnetsystem
und das Schaltsystem jeweils mittels eines Zweikomponenten-Kunstharzes (Gießharzes)
vergossen sind.
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Dieser Näherungs-Schalter, der nach Einbau in die jeweilige elektrische
Anlage hohen Belastungen verschiedenster Art (z. B. starken mechanischen Erschütterungen,
stark korrodierenden Medien usw.) ausgesetzt ist, wie sie z. B.
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in Kraftfahrzeug-Waschanlagen, Betonmischanlagen und Aufzügen auftreten,
hat sich zwar grundsätzlich in der Praxis bewährt, ist jedoch verhältnismäßig aufwendig,
und zwar sowohl hinsichtlich Werkstoffverbrauch als auch Arbeitszeit. Im einzelnen:
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Zunächst einmal ist die Bearbeitung des Aluminium-Gehäuses zur Herstellung des fertigen
Schalters sehr aufwendig, insbesondere was die gesonderte Herstellung von Bohrungen
und das sich ggf. anschließende Gewindeschneiden betrifft, was sehr zeitaufwendig
ist; - ferner ist das Einbetten des Magnetsystems in Kunstharz ebenfalls sehr umständlich,
da vo dem Vergießen des Magnetsystems im betreffenden Schenkel des Aluminium-Gehäuses
eine entsprechende Form angelegt werden muß, um ein Entweichen des flüssigen Kunstharzes
zu vermeiden, d. h., diese Form wird mit einem Dichtblech (Dichtfläche) versehen,
auf dem zusätzlich ein Schaumgummi ausgelegt ist, um Oberflächenunregelmäßigkeiten
der Oberseite des betreffenden Gehäuse-Schenkels aufgrund des nicht sehr genauen
Aluminiumkokillengusses auszugleichen, wobei dann aber der Schaumgummi noch mit
einem Klebeband überzogen wird, damit das Kunstharz mit dem Schaumgummi bzw. dem
darunterliegenden Dichtblech keine unlösbare Verbindung eingeht; ferner muß das
Klebeband unmittelbar vor seinem Anlegen an das Gehäuse mit einem kunstharzabweisenden
Sprühmittel behandelt werden: schließlich muß beim Vergießen des Magnetsystems mit
einem überschuß an Kunstharz gearbeitet werden, da das Kunstharz beim Aushärten
schwindet, weshalb ohne überschuß die Gefahr einer unvollständigen Einbettung des
Magnetsystems bestünde; das Arbeiten mit Kunstharz-Überschuß bringt aber die ständige
Gefahr eines Verschüttens von Kunstharz mit sich, ganz abgesehen davon, daß zum
SchluB die Oberseite des das Magnetsystem aufnehmenden Schenkels des Gehäuses plan
geschliffen werden muß; - außerdem erfolgt das Vergießen des Schaltsystems in zwei
Schritten, nämlich zunächst mittels eines Weichvergusses,
auf den
dann als mechanischer Schutz ein Hartverguß aufgebracht wird; - weiter muß zum Schluß
der gesamte Näherungs-Schalter aus Korrosionsschutzgründen mit einem Grundierungslack
überspritzt werden; und - schließlich sind die Werkstoffkosten für das Aluminium
des Gehäuses ziemlich hoch.
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Demgegenüber ist es Aufgabe der Erfindung, den Näherungs-Schalter
der eingangs genannten Art in seiner Herstellung beträchtlich zu vereinfachen, ohne
seine erprobten Betriebseigenschaften zu verlieren.
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Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt erfindungsgemäß durch die Lehre
nach dem Kennzeichen des Anspruchs 1.
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Beim erfindungsgemäßen Näherungs-Schalter ist nicht nur eine beträchtliche
Vereinfachung in der Herstellung durch die Fertigung des Gehäuses als Kunststoff-Spritzgußteil
erreicht, sondern auch die für ein ordnungsgemäßes Schalten erforderliche genaue
Lage des Magnetsystems in bezug auf das Schaltsystem mit einer Toleranz von z. B.
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höchstens 0,5 mm bei einem gegenseitigen Abstand von z. B.
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20 mm durch die beim Spritzgießen für das Magnetsystem verwendeten
Positioniermittel unbedingt gesichert, die das Magnetsystem trotz des sehr hohen
Spritzdrucks von z. B.
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über 1000 bar in einer genau definierten Lage halten, insbesondere
vermeiden, daß die Wand des Gehäuses vom Magnetsystem durchstoßen wird oder durch
eine Verschiebung des Magnetsystems nur relativ dünn wird, da dann (unmittelbar
oder mittelbar bei Beschädigung der dünnen Wand) das Magnetsystem korrodieren
würde
und der Näherungs-Schalter ausfiele, insbesondere bei Beschädigung der vorzugsweise
vorgesehenen magnetischen Rückschlußplatte (aus Eisen), da diese dann nicht mehr
den erforderlichen magnetischen Kurzschluß der vorzugsweise vorhandenen beiden Dauermagnete
sichern könnte, so daß das von letzterem erzeugte Magnetfeld stark zu benachbarten
Teilen streuen würde und damit an Ort des Schaltsystems für ein ordnungsgemäßes
Schalten zu schwach wäre.
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Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind durch die Unteransprüche
angegeben.
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Die Verwendung von Nuten nach dem Anspruch 4 ist besonders fertigungsfreundlich,
da das Versehen der vorzugsweise aus Ferrit bestehenden Dauermagnete mit einer mittigen
Öffnung zur Aufnahme eines Positioniermittels wie eines Positionierstifts technologisch
aufwendiger wäre.
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Dabei sind die beim Spritzgießen verwer.deten Positioniermittel,
insbesondere Positionierstifte, in ihren Abmessungen etwas kleiner als die Nuten
der Magnete, und zwar entsprechend der zulässigen Toleranz von z. B. maximal 0,2
mm.
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Die Ansprüche 10 - 16 betreffen eine zweckmäßige Unterbringung des
Schaltsystems des Näherungs-Schalters im Gehäuse.
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Während (vgl. oben) bisher das Schaltsystem in einem weichen Kunstharz
vergossen und dann für eine ausreichende mechanische Festigkeit mit einem sog. Hartverguß
bedeckt wurde, also mit relativ hartem Kunstharz, wird nunmehr
in
Ausgestaltung der Erfindung anstelle des Hartvergusses ein ebenfalls kunststoffgespritzter
Deckel vorgesehen, der entweder einfach auf den betreffenden Schenkel des Gehäuses
aufgeschnappt wird oder zur Erzielung einer noch höheren Befestigungssicherheit
mit seinen Verankerungszapfen in der Vergußmasse für das Schalt system verankert
wird, indem der Deckel in Paß sitz auf das Gehäuse aufgesetzt wird und nach relativ
kurzer Zeit entsprechend der Aushärtedauer dieser Vergußmasse mittels seiner Verankerungszapfen
festgehalten ist.
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Vorsorglich sei hier vermerkt, daß ein an sich erwägenswertes Aufsetzen
des Deckels mittels Preßsitz sich als schwer durchführbar wegen unterschiedlicher
Kunststoff-Ausdehnungskoeffizienten, insbesondere bei Wasseraufnahme, erwiesen hat,
da selbst bei ursprünglich vorhandenem Preßsitz der Deckel sich relativ leicht löst,
wie praktische Versuche bestätigt haben.
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Die mit der Lehre nach dem Anspruch 10 erzielte weitere Vereinfachung
der Herstellung ist beträchtlich, da bisher zweimal vergossen werden mußte, nämlich
erst als Weichverguß und dann als Hartverguß, während jetzt anstelle des Hartvergusses
einfach der Deckel aufgesetzt wird.
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Die Lehre nach dem Anspruch 14 bringt den besonderen Vorteil mit
sich, daß beim Aufsetzen des Deckels die dadurch komprimierte Luft ganz oder teilweise
über das Entlüftungsloch entweichen kann, um selbst ein schwaches Abheben des Deckels
durch diese Luft zu vermeiden.
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Die Vereinfachung der Herstellung dient auch die Lehre nach den Ansprüchen
15 und 16.
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Auf diese Weise können sehr einfach die Reed-Kontakte in die für
ein sicheres Schalten notwendige genaue Lage gebracht werden, indem die Reed-Kontakte
nicht nur mittels der am Gehäuse mitangespritzten Stifte fixiert, sondern auch schnell
und genau an diesen durch Aufschnappen befestigt werden.
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Schließlich sichert eine besonders hohe Formstabilität des Gehäuses
und damit eine genau definierte relative Lage von Schaltsystem und Magnetsystem,
also konstante magnetische Verhältnisse für ein genaues Schalten, die Lehre nach
den Ansprüchen 17 ff., und zwar gerade auch unter hohen mechanischen Belastungen
wie starken mechanischen Schwingungen (Erschütterungen), z. B. in Kraftfahrzeug-Waschanlagen
(vgl. oben).
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Entsprechende Rütteltests hat der erfindungsgemäße Näherungs-Schalter
erfolgreich bestanden, d. h. insbesondere die vorzugsweise verwendeten Sechskant-Muttern
aus Messing haben sich nicht vom Kunststoff gelöst.
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Zusammenfassend ist festzuhalten, daß der erfindungsgemäße magnetische
Näherungs-Schalter in seiner bevorzugten
Ausführung bis zu 40
% billiger als der den Erfindern bekanntgewordene Näherungs-Schalter wie oben beschrieben
herstellbar ist, wobei die. größte Einsparung durch eine Verkürzung der Arbeitszeit
erzielt wird.
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Anhand eines in der Zeichnung dargestellten einzigen Ausführungsbeispiels
des erfindungsgemäßen Näherungs-Schalters wird die Erfindung näher erläutert. Es
zeigen: Fig. 1 eine perspektivische Ansicht des Schalters; Fig. 2 eine Vorderansicht
in Pfeilrichtung II von Fig. 1; Fig. 3 eine Seitenansicht in Pfeilrichtung III von
Fig. 1 und 2; Fig. 4 eine Draufsicht in Pfeilrichtung IV von Fig. 1 und 2, wobei
ein Teil der obersten Abdeckung des Magnetsystems (entlang der gewellten Trennlinie)
weggebrochen ist; Fig. 5 eine Seitenansicht in Pfeilrichtung V von Fig. 1 und 2;
Fig. 6 eine Bodenansicht in Pfeilrichtung VI von Fig 1 und 2; Fig. 7 einen Schnitt
VII-VII von Fig. 2 und 8; Fig. 8 einen Schnitt VIII-VIII von Fig 2; Fig. 9 einen
Schnitt IX-IX von Fig. 8;
Fig. 10 einen Schnitt X-X von Fig. 8;
Fig. 11 eine Bodenansicht des Deckels für die Abdeckung des Schaltsystems im Gehäuse;
Fig. 12 eine perspektivische Ansicht desselben Deckels; Fig. 13 eine perspektivische
Ansicht eines Dauermagneten des Magnetsystems; Fig. 14 eine perspektivische Ansicht
des Schaltsystems mit Halterung; und Fig. 15 bis 17 Ansichten ähnlich Fig. 9, 5
und 4, jedoch mit zusätzlich abgebildeten Positionierstiften vor deren Herausziehen
aus dem Gehäuse nach durchgeführtem Spritzgießen, insbesondere Fig. 15 einen Schnitt
XV-XV von Fig. 17; Fig. 16 einen Schnitt XVI-XVI von Fig. 15 und Fig. 17 im wesentlichen
die Draufsicht entsprechend Fig 4.
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Der Näherungs-Schalter ist ungefähr im Maßstab 1:1 gezeichnet.
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Grundsätzlich kann wegen der Einzelheiten auf die Zeichnung selbst
verwiesen werden, die dort sehr genau dargestellt sind, so daß sie hier nicht zu
ausführlich
beschrieben zu werden brauchen.
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Der abgebildete Näherungs-Schalter hat ein gestrecktes Gehäuse 1
mit im wesentlichen U-Quer-Profil, das ausweislich insbesondere Fig. 1 aus einem
Schenkel 2 zur Aufnahme eines Magnetsystems 9, einem Schenkel 3 zur Aufnahme eines
Schaltsystems 30 und einem die beiden Schenkel verbindenden Steg 4 zusammengesetzt
ist.
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Das Magnetsystem 9 besteht (vgl. insbesondere Fig. 4, 8 und 13) aus
zwei im wesentlichen quaderförmigen Dauermagneten 10 und 11, an denen an der einen
Seite eine sie verbindende magnetische Rückschlußplatte 12 aus z. B.
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Eisen magnetisch angezogen anliegt.
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Vorzugsweise besitzen die Dauermagnete 10 und 11 an ihren Schmalseiten
vertikale durchgehende Nuten 1Oa und 10b bzw. 11a und 11b. Da in jede dieser Nuten
10a und 10b bzw. 11a und 11b während des Spritzgießens des Gehäuses 1 ein Positionierstift
A, B, C bzw. D (vgl. Fig.
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15 -17) eingefahren ist, der nach Beendigung des Spritzgießens herausgezogen
wird, sind den einzelnen Nuten entsprechend geformte Hohlräume 15a und 15b bzw.
16a und 16b zugeordnet, die durch ausgehärtete Spritzgußmasse (insbesondere in Fig.
8 und 9 angedeutet) von der Wandung der benachbarten Nut getrennt sind, und zwar
um einen Abstand von ca. 0,2 mm, um den der Durchmesser der Positionierstifte A
- D die Breite der Nuten 10a, 10b bzw. 11a, 11b unterschreitet, wobei diese 0,2
mm die zulässige Lagetoleranz der Dauermagnete 10 und 11 angeben.
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Die Rückschlußplatte 12 ist ferner mit an den Schmalseiten der Dauermagnete
10 und 11 angreifenden Positionierwarzen
12a, 12b, 12c und 12d
versehen (vgl. insbesondere Fig. 8).
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Ferner sind in der Außenhaut des Gehäuses 1 an der Oberseite der
Dauermagnete 10 und 11 und der Rückschlußplatte 12 sowie an der Außenseite der Rückschlußplatte
12 (vgl.
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insbesondere Fig. 4, 8 und 9) Löcher 20a - 20d, 21a - 21d bzw.
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22a und 22b vorgesehen, an deren Ort beim Spritzgießen Positionierstifte
E, F, F', G; H, H', I, J bzw. K, L zur örtlichen Sicherung des Magnetsystems angeordnet
waren (vgl. Fig. 15 - 17).
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Während die Löcher 20a - 20d sowie 21a - 21d durch ein Typenschild
23 (ohne Beschriftung gezeichnet) abgedeckt sind, um den Zutritt von korrodierenden
Medien zu verhindern, sind die Löcher 22a und 22b zur Rückschlußplatte 12 hin verjüngt,
um den Zutritt korrodierender Medien zumindest zu erschweren. Ggf. sind (in Abweichung
von der Zeichnung) die Löcher 22a und 22b zur Abschlußplatte 12 hin ohnehin durch
eine dünne Kunststoffhaut verschlossen, was die vorgegebenen Fertigungstoleranzen
ohne weiteres zulassen.
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Der andere Schenkel 3 des Gehäuses 1 nimmt das Schaltsystem 30 auf,
das insbesondere zwei angedeutete Reed-Kontakte 31 und 32 (vgl. insbesondere Fig.
8, 10 und 14 schematisch) einschließt, die durch einen kleinen Dauermagnet 35 voneinander
getrennt sind und von einem elektrischen Kabel 40 versorgt werden, das über eine
(für sich bekannte) Durchführung 41 in den Schenkel 3 eingeführt ist.
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Durch Ein- und Ausfahren (Durchlaufen) eines (nicht gezeigten) Schaltglieds
in den Spalt zwischen den Schenkeln 2 und 3 kommt es zu einem abwechselnden öffnen
und Schliessen
der beiden Reed-Kontakte 31 und 32, von denen jeweils
der eine geschlossen und der andere geöffnet ist, so daß sie eine Art Flip-Flop
bilden, was aber nicht Gegenstand der Erfindung ist, so daß von weiteren Erläuterungen
dazu abgesehen wird.
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Das Schaltsystem 30 ist mit den in Strichpunktlinie gezeigten Zuleitungen
wie 40a in einer Vergußmasse 45 vergossen, in die auch zwei beim Spritzgießen des
Gehäuses 1 gefertige Zapfen 46a und 46b vorspringen, auf die (vgl. insbesondere
Fig. 14) ein Halter 33 für die Reed-Kontakte 31 und 32 sowie den kleinen Dauermagnet
35 mittels Öffnungen 34a und 34b aufschnappbar ist. Dabei ist der Reedkontakt 31,
der seinerseits durch Gummibänder 36a und 36b mit dem anderen Reedkontakt 32 und
durch den entsprechenden Anpreßdruck auch mit dem kleinen Dauermagnet 35 verbunden
ist, schließlich in vertikale Aussparungen 37a und 37b des Halters 33 (vgl. insbesondere
Fig. 14) einschnappbar,was die Montage des Schaltsystems 30 ungemein erleichtert:
Die Reedkontakte 31 und 32 werden zusammen mit dem kleinen Dauermagnet 35 durch
beide Gummibänder 36a und 36b als Einheit zusammengehalten, wonach diese Einheit
mittels des Reedkontakts 31 einschnappend in die Aussparungen 37a und 37b des Halters
33 gelegt wird, der anschließend seinerseits aufschnappend auf die bereits beim
Spritzgießen des Gehäuses 1 gefertigten Zapfen 46a und 46b aufgesetzt wird.
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Das Schalt system 30 mit der Vergußmasse 45 ist durch einen Deckel
50 abgedeckt, der an seiner Unterseite drei Verankerungszapfen 51a, 51b und 51c
aufweist (vgl. insbesondere
Fig. 12), die ihrerseits an ihrem
äußeren Ende jeweils mit einem Querloch 52a, 52b bzw. 52c versehen sind.
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Der Deckel 50 wird gesondert durch Spritzgießen hergestellt und dann
im Paßsitz (vgl. z. B. die entsprechenden Darstellungen in Fig. 8 bis 10) auf den
Schenkel 3 des Gehäuses 1 gesetzt, und zwar solange die Vergußmasse 45 noch nicht
ausgehärtet ist, damit sie auch in die Querlöcher 52a - 52c der Verankerungszapfen
51a - 51b eindringt und nach ihrem Aushärten den Deckel 50 sicher am Schenkel 3
des Gehäuses 1 festhält.
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Der Deckel 50 hat auch ein Entlüftungsloch 55 zum vollständigen oder
teilweisen Austreten komprimierter Luft, wenn der Deckel 50 auf den Schenkel 3 des
Gehäuses 1 gesetzt wird, da sonst die Gefahr eines - wenn auch nur leichten - Abhebens
des Deckels 50 vom Gehäuse 1 nach dem Aufsetzen vor Aushärten der Vergußmasse 45
bestunde.
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Zur Sicherung der Formstabilität des gesamten Gehäuses 1, insbesondere
bei starken mechanischen Belstungen, z. B. in Form von Rütteln, ist der Steg 4 des
Gehäuses 1 mit zwei Versteifungselementen in Form von Sechskant-Muttern 60a und
60b mit je einer Ringnut wie 61a zur besseren Verankerung im Kunststoff des Gehäuses
1 bewehrt (vgl. insbesondere Fig. 4, 6, 8 und 9).
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Das gezeigte Ausführungsbeispiel kann in verschiedenster Hinsicht
abgewandelt werden; z. B, kann der Deckel 50 überhaupt ohne Verankerungszapfen,
dafür jedoch in den Schenkel 3 einschnappend,oder mit Verankerungszapfen anderer
Form ausgebildet werden, die z. B. Widerhaken oder andere Profilierungen anstelle
der Querlöcher für eine sichere Verankerung in der Vergußmasse für das Schaltsystem
aufweisen.