DE29522336U1

DE29522336U1 - Sensorgehäuse

Info

Publication number: DE29522336U1
Application number: DE29522336U
Authority: DE
Original assignee: Leuze Electronic GmbH and Co KG
Current assignee: Leuze Electronic GmbH and Co KG
Priority date: 1995-05-31
Filing date: 1995-05-31
Publication date: 2002-02-07
Anticipated expiration: 2005-06-01

Description

GAOl 31494

Leuze electronic GmbH + Co.
73277 Owen/Teck

Sensorgehäuse

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

Sensoren dieser Art können als optoelektronische Sensoren ausgebildet sein, insbesondere 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 Austrittsfenster. Das in der Gehäusewand gelagerte Austrittsfenster ist fur 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 Materialien.

Bei der Montage von bekannten Sensoren wird das Austrittsfenster in eine OfF-0 nung in einer Gehäusewand eingelegt. Danach werden die Nahtstellen zwischen

dem Austrittsfenster und den Gehäusewänden mit einem Flüssig-Klebstoff verklebt und dadurch abgedichtet. Ein derartiger Sensor weist zudem einen Gehäusedeckel auf, der ebenfalls in einer Öffnung in einer Gehäusewand fixiert ist. Die Montage des Gehäusedeckels erfolgt auf dieselbe Weise wie die Montage des

5 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

0 Gehäusewand fixiert und eine weitere Bearbeitung des Sensors möglich.

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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 Erfindung sind in den Ansprüchen 2-14 beschrieben.

Erfindungsgemäß ist das Formteil in einer Aufnahme in der Gehäusewand so

0 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 angeschmolzen, 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 Gehäuseöffiiung vorfixiert und gegen ungewolltes Verschieben

0 gesichert.

Ein wesentlicher Vorteil der erfindungsgemäßen Vorrichtung besteht darin, dass

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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 verfestigt.
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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 angeschmolzen 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 Wärmestrahlung 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-

0 lierenden Material abgedeckt werden.

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

5 Fig. 1: Schematische Darstellung eines Sensors.

Fig. 2: Schnitt durch eine Gehäusewand eines Sensors, dessen Austrittsfen

ster in die Öffnung in der Gehäusewand eingeklebt ist.

Fig. 3: Schnitt durch eine Gehäusewand eines Sensors, dessen Austrittsfen

ster mittels eines Kunststoffrahmens in der Gehäusewand fixiert ist, vor der Bearbeitung mittels Wärmestrahlen.

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Fig. 4: Schnitt durch eine Gehäusewand eines Sensors gemäß Fig. 3 bei Be

arbeitung mittels Wärmestrahlen.

In Figur 1 ist ein Sensor 1 dargestellt, in dessen Gehäuse 2 ein nicht dargestelltes Sendeelement und ebenfalls nicht dargestelltes Empfangselement integriert sind. Die vom Sendeelement emittierten Sendestrahlen 3 bzw. die vom Empfangselement empfangenen Empfangsstrahlen 4 durchdringen ein Austrittsfenster 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 Lichtschranke ausgebildet sein.

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

In Figur 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 Fi-

5 xierung 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 Zwischenraum 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-Kleb-

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stoff 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 Austrittsfensters 5 in der Öffnung nicht ausgeschlossen werden kann.
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Die Figuren 3 und 4 zeigen jeweils einen Schnitt durch eine Gehäusewand 6 des erfmdungsgemäßen Gehäuses 2 eines Sensors 1.

In Figur 3 ist der erste Bearbeitungsvorgang für die Montage des Austrittsfensters 5 dargestellt. Das Austrittsfenster 5 wird in eine Öffnung in der Gehäusewand 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 Ausfuhrungsbeispiel ist die Ausnehmung zur äußeren Oberfläche 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 aufgrund der kleineren Baugröße das Gehäuseinnere nur schwer zugänglich ist.

Die in Figur 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 Aussparung 11 im Austrittsfenster 5 gebildet. Wie aus Figur 1 ersichtlich ist, ist die Stirnfläche des Austrittsfensters 5 rechteckig ausgebildet. Der Kunststoffrahmen 10 verläuft entlang des gesamten Umfangs des Austrittsfensters 5. Der Kunststoffrahmen 10 weist einen rechteckigen Querschnitt auf und sitzt mit wenig Spiel in der Aus-

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nehmung, so dass das Austrittsfenster 5 gegen ungewollte Verschiebungen gesichert ist.

Dabei kann insbesondere der Zwischenraum zwischen dem Kunststoffrahmen 10 und der Aufnahme geringer als der Zwischenraum zwischen dem Austrittsfenster 5 und dem Rand 8 der Gehäuseöffnung 6 sein. Dadurch kann das Austrittsfenster 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 Austrittsfensters 5 kann auf diese Weise reduziert werden. Das Einführen des Kunststoffrahmens 10 unter leichtem mechanischem Druck ist dagegen unproblematisch, 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 an-

0 geschmolzen (Figur 4). Der verflüssigte Kunststoff verschweißt mit der Oberfläche des Austrittsfensters 5 und dem Rand 8 der Gehäuseöffnung, wodurch das Austrittsfenster 5 in der Öffnung sieher 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 Fertigungsprozess des Sensors 1 wird somit im Gegensatz zu Klebeprozessen nicht langfristig 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,

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wodurch der Prozessablauf insbesondere hinsichtlich Lagerhaltung und Bereitstellung erschwert würde.

Die Abmessungen des Kunststoffrahmens 10 und der Ausnehmung sind so bemessen, 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 Wärmebehandlung geringfügig über den Rand der Aufnahme herausragt. Durch die Einwirkung der Wärmestrahlen 12 dringt der verflüssigte Teil des Kunststoffs in die Zwischenräume zwischen der Aufnahme und dem Kunststoffrahmen 10. Dabei senkt sich der Kunststoffrahmen 10 geringfügig ab, so dass dessen Oberfläche mit den Oberflächen des Austrittsfensters 5 und der Gehäusewand 6 bündig abschließt.

Dies ist deshalb von Vorteil, weil der hervorstehende Teil des Kunststoffrahmens 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 Kunststoffrahmen 10, nicht jedoch das Austrittsfenster 5 oder die Gehäusewand 6 angeschmolzen. Dadurch bleiben die Formen des Austrittsfensters 5 und der Gehäusewand 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 Gehäuses 2 oder des Austrittsfensters 5.

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

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Als Metallgehäuse werden insbesondere Aluminium-Druckgussgehäuse eingesetzt, deren Schmelzpunkte bei etwa 600 - 700 ⁰C liegen.

Kunststoffgehäuse bestehen typischerweise aus hochschmelzenden Kunststoffen, wie zum Beispiel Polycarbonat, dessen Schmelzpunkt bei ca. 250 ⁰C liegt.

Der Kunststoffrahmen 10 besteht vorzugsweise aus Macromelt, dessen Schmelzpunkt im Bereich von 130 -180 ⁰C und damit deutlich unter den Schmelzpunkten der fur das Austrittsfenster 5 bzw. das Gehäuse 2 verwendeten Materialien liegt.

Claims

1. Gehäuse für einen Sensor mit einem einen Sendestrahl emittierenden Sendeelement und/oder einem einen Empfangsstrahl empfangenden Empfangselement, 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 Sendestrahl und/oder der Empfangsstrahl ein das Formteil bildendes Austrittsfenster (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 Kunststoffrahmen (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

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 Polycarbonat, bestehen.

9. Gehäuse nach Anspruch 7 oder 8 dadurch gekennzeichnet, dass die Gehäusewände (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 Austrittsfensters (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 Boden 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) hervorstehenden Vorsprung (7) aufsitzt.