DE29717081U1

DE29717081U1 - Mehrfachsensor, insbesondere zur Endlagen- und Grenzwerterfassung

Info

Publication number: DE29717081U1
Application number: DE29717081U
Authority: DE
Original assignee: Pepperl and Fuchs SE
Current assignee: Pepperl and Fuchs SE
Priority date: 1997-09-24
Filing date: 1997-09-24
Publication date: 1997-12-04
Anticipated expiration: 2007-09-25

Description

Dipl.-Ing. Klaus Mierswa Rechtsanwalt + Patentanwalt

Landgerichte Mannheim tHeidelbergtOberlandesgericht Karlsruhe

RA + PA Klaus Mierewa, Friedrichstraße 171, D-68199 Mannheim 23. September 1997

Deutsches Patentamt
D-80297 München

Anwaltsakte: 4705

Anmelder: Pepperl + Fuchs GmbH
Königsberger Allee 87
D-68307 Mannheim

Bezeichnung der Gebrauchsmusteranmeldung:

Mehrfachsensor, insbesondere zur Endlagen- und Grenzwerterfassung

Anschrift: Konten:

Friedrichstraße 171 . Stadtsparkasse Mannheim (BLZ 670 50101) Nr. 19 05 04

D-68199 Mannheim Deutsche Bank Mannheim (BLZ 670 700 10) Nr. 77 88 011

Telefon: 0621 - 85 60 00 Postgiroamt Karlsruhe (BLZ 660 100 75) Nr. 63 330-750 Telefax : 0621 - 85 60 01

Mehrfachs ens or^ insbesondere zur Endlagen- und Grenzwerterfassung

Die Erfindung betrifft einen Mehrfachsensor, insbesondere zur Endlagen- und Grenzwerterfassung, gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1.
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In automatisierten Fertigungsanlagen werden Bewegungen von Maschinen oder Maschinenteilen üblicherweise mit Hilfe von Sensoren kontrolliert. Dabei ist nicht die kontinuierliche Überwachung einer Meßgröße, z.B. der Position eines Kolbens innerhalb eines Zylinders, von Interesse, sondern es muß lediglich festgestellt werden, ob und gegebenenfalls wie oft innerhalb eines bestimmten Zeitintervalls die Meßgröße einen vorgegebenen maximalen oder minimalen Wert erreicht oder den durch diese Werte begrenzten Sollbereich verläßt. Für diese Endlagen- und Grenzwerterfassung werden Doppelsensoren mit zwei Sensorelementen verwendet, wobei eines der Sensorelemente ein Schaltsignal abgibt, wenn die Meßgröße einen bestimmten Maximalwert überschreitet, bzw. das andere ein Schaltsignal erzeugt, wenn die Meßgröße einen vorbestimmten Minimal wert unterschreitet. Zur Überwachung von Bewegungsabläufen

&igr; werden als Sensorelemente Näherungsschalter verwendet, die in einem festen Abstand voneinander montiert sind und jeweils dann ein Schaltsignal abgeben, wenn sich das Target ihrer aktiven Fläche bis auf einen vorgegebenen Schaltabstand nähert. Der Abstand der Sensorelemente entspricht dabei den beiden Endlagen der Bewegung, z.B. den Umkehrpunkten des Kolbens, oder dem zu überwachenden Sollbereich, dessen Verlassen angezeigt werden soll.

Zur Anpassung des Abstands der Sensorelemente an die äußeren Gegebenheiten, z.B. an die für die zu kontrollierende Bewegung charkteristischen Punkte, werden entweder die Sensorelemente einzeln montiert und ihre Sensorsignale gemeinsam ausgewertet. Alternativ werden Doppelsensor mit in festem Abstand zueinander am Sensorgehäuse angeordneten Einzelsensoren verwendet. Nachteilig daran ist zum einen der erhöhte Montageaufwand, zum anderen die !Inflexibilität des Doppelsensors bei Veränderungen des zu überwachenden Systems.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen Mehrfachsensor insbesondere zur Endlagen- und Grenzwerterfassung zu schaffen, welcher flexibel an verschiedene Abmessungen des zu überwachenden Systems anpassungsfähig ist und einfach zu montieren ist.

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Die Lösung der Aufgabe besteht erfindungsgemäß bei einem Mehrfachsensor, insbesondere zur Endlagen- und Grenzwerterfassung, mit wenigstens zwei Sensorelementen und einem Gehäuse, wobei sich im Gehäuseinneren eine Platine mit einer elektronischen Schaltung befindet, welche mit den Sensorelementen und einem Anschlußelement verbunden ist. Dabei ist wenigstens eines der Sensorelemente derart beweglich am Gehäuse angeordnet, daß der Abstand der Sensorelemente veränderlich ist, wobei die aktiven Flächen der Sensorelemente in einer Ebene liegen.

Durch die flexible Anordnung der Sensorelemente an dem Sensorgehäuse wird ein Mehrfachsensor, vorzugsweise ein Doppelsensor zur Verfügung gestellt, welcher den jeweiligen mechanischen Randbedingungen des zu überwachenden Systems anpassungsfähig ist. Dadurch, daß die aktiven Flächen der Sensorelemente in einer Ebene liegen und die Sensorelemente vorzugsweise entlang einer Linie angeordnet sind, können Bewegungen des Targets parallel zu der Ebene in Richtung der Verbindungslinie zuverlässig überwacht werden. Bevorzugtes Anwendungsgebiet ist die Kontrolle von periodischen Bewegungen eines Körpers entlang einer Linie, insbesondere eines Kolbens. Mit Hilfes des Doppelsensors kann beispielsweise die Kolbenfrequenz automatisch überwacht werden.

Die Sensorelemente sind vorzugsweise Näherungsschalter auf induktiver oder kapazitiver Basis. Vorteilhaft ist weiterhin ein Mehrfachsensor mit mehreren optischen Einzelsensoren, z.B. Photodioden. Zur Endlagen- und Grenzwerterfassung findet vorzugsweise ein Doppelsensor mit genau zwei Sensorelementen Anwendung, von denen eines fest am Gehäuse befestigt und das andere relativ zu diesem beweglich ist.

Die beweglichen Sensorelemente sind vorteilhaft über ein aus der Gehäusewandung herausgeführtes von der elektronischen Schaltung kommendes Anschlußkabel mechanisch mit dem Gehäuse verbunden. Über das Anschlußkabel erfolgt die Energieversorgung des Sensorelements sowie die Übertragung der Sensorsignale zur elektronischen Schaltung.

Darüberhinaus verhindert das Kabel, daß das bewegliche Sensorelement beim Umpositionieren relativ zum Gehäuse des Mehrfachsensors nach dem Entfernen aus seiner Halterung verloren geht.

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Die beweglichen Sensorelemente werden vorteilhaft auf einer Schiebe- oder Steckleiste am Gehäuse gehaltert. Eine Schiebeleiste besteht beispielsweise aus einer länglichen Platte, auf die in Längsrichtung eine im Querschnitt hinterschnittene Rippe aufgesetzt ist oder in die eine im Querschnitt hinterschnittene schlitzförmige Einkerbung eingebracht ist. Die Unterseite des beweglichen Sensorelements ist komplementär zur Oberseite der Schiebeleiste geformt, somit kann das Sensorelement auf die Schiebeleiste aufgesetzt und in Leistenlängsrichtung gleitend verschoben werden. Die Position des Sensorelements auf der Schiebeleiste kann beispielsweise mit einer Feststellschraube fixiert werden.

Eine Steckleiste besteht entsprechend aus einer länglichen Materialplatte mit einer Mehrzahl von entlang einer oder mehreren Linien aufgereihten ganz- oder teilweise durchgehenden Bohrungen bzw. Löchern. Die Unterseite des beweglichen Sensorelements weist dann einen oder mehrere Fortsätze auf, mit welchen es in die Löcher der Steckleiste gesteckt und in der jeweiligen Position fixiert werden kann.

Eine Steckleiste hat gegenüber der Schiebeleiste den Vorteil, daß der Abstand der Sensorelemente nur in Schritten des Lochabstands verändert werden kann und damit stets schnell durch "Abzählen" bestimmbar ist, ohne ihn zu vermessen. Vorteilhaft bei einer Schiebeleiste ist hingegen, daß der Abstand der Sensorelemente in beliebigen Zwischenschritten variierbar ist.

Die Schiebe- oder Steckleiste zur lösbaren Halterung der beweglichen Sensorelemente ist ein Teil des Gehäuses. Die zugrundeliegende Materialplatte ist vorzugsweise ein Teil des Gehäusebodens und einstückig mit diesem gefertigt. Zur Aufnahme der beweglichen Sensorelemente weist das Gehäuse oberhalb der Schiebe- oder Steckleiste eine länglichquaderförmige Aussparung wenigstens der Breite und der Höhe eines beweglichen Sensorelements sowie der Länge der Leiste auf. Dadurch wird ein quaderförmiger Raum zur Aufnahme der beweglichen Sensorelemente gebildet, welcher nach wenigstens drei, vorzugsweise jedoch vier Seiten vom Gehäusematerial begrenzt ist.

Vorteilhaft ist es, wenn Gehäuse und Sensorelemente mechanisch so gestaltet sind, daß im Anwendungsfall, d.h. in eingestecktem bzw. eingeschobenen Zustand der beweglichen Sensorelemente, deren nach

außen ragende Oberflächen bündig mit der jeweiligen Gehäusewandung abschließen. Dies erleichtert den Einbau des Mehrfachsensors und ermöglicht in der Einbaulage eine Fixierung der beweglichen Sensorelemente in klemmender Weise. Der absatzlose Übergang der jeweiligen Flächen läßt sich besonders einfach mit quaderformigen oder im wesentlichen quaderformigen Sensorelementen erreichen. Die Abmessungen der quaderformigen Aussparung sind dann vorzugsweise derart, daß Breite und Höhe mit der Breite bzw. der Höhe des beweglichen Sensorelements identisch übereinstimmen.

Um die formschlüssige Halterung der Sensorelemente zu realisieren, weist die Gehäusewandung bzw. der Gehäuseboden im Bereich der Schiebe- bzw. Steckleiste eine zusätzliche Einkerbung auf, in welche das Verbindungskabel des beweglichen Sensorelements eingeführt wird. Es kann dann nicht den paßgenauen Einbau der Sensorelemente in die quaderformigen Aussparung des Gehäuses behindern.

Weist der Mehrfachsensor ein ortsfestes Sensorelement auf, ist dieses vorzugsweise in Verlängerung der SchiebeVSteckleiste in die Oberseite oder eine Seitenwandung des Gehäuses eingebaut, so daß seine aktive Fläche sich in derselben Ebene wie die aktive Fläche eines auf der Schiebe-/Steckleiste gehalterten Sensors befindet.

Kurzbeschreibung der Zeichnung, in der zeigen:
Figur 1 eine Ansicht eines erfindungsgemäßen Mehrfachsensors

mit einem festen und einem beweglichen Sensorelement

im Querschnitt
Figur 2 eine teilweise geschnittene Ansicht des Sensors aus Figur 1

Die Figuren 1 und 2 zeigen einen Mehrfachsensor 1 mit zwei Sensorelementen 2, 3 sowie einem Gehäuse 7 in Aufsicht bzw. von der Seite. Im Inneren des Gehäuses 7 befindet sich eine Platine mit einer elektronischen Schaltung, welche hier jedoch nicht dargestellt ist. Die Platine wird in bekannter Weise zur Energieversorgung sowie Datenübermittlung an ein externes Auswertegerät über einem am Gehäuse 7 angeordneten Anschlußelement 12 verbunden. Die elektrische Schaltung ist weiterhin über Anschlußkabel 11 mit den Sensorelementen 2, 3 verbunden. Dabei ist das zum Sensorelement 2 gehörende Anschlußkabel 11 aus dem Gehäuseinneren herausgeführt.

Eines der Sensorelemente, das Sensorelement 3 ist fest am bzw. innerhalb des Gehäuses angeordnet. Seine aktive Fläche 5 befindet sich innerhalb der Seitenfläche 15 des Gehäuses, wobei die Gehäusewandung absatzlos in die aktive Fläche 5 übergeht. Das zweite Sensorelement 2 ist dagegen relativ zum Gehäuse und zum Sensor 3 beweglich. Es ist durch ein aus der Gehäusewandung herausgeführtes, von der elektronischen Schaltung kommendes Anschlußkabel 11 mechanisch mit dem Gehäuse verbunden.

Zur lösbaren Halterung der beweglichen Sensorelemente 2 weist das Gehäuse 7 eine Steckleiste 6 auf, welche durch eine quaderförmige Aussparung in der Gehäusegrundform entlang einer oberen Gehäusekante gebildet ist. Die Steckleiste 6 wird dabei durch den Gehäuseboden gebildet und in Leistenlängsrichtung durch jeweils einen Anschlag 16 bzw. 16' begrenzt.

Die Steckleiste 6 ist damit Teil des Gehäuses und besteht aus einer Materialleiste oder Platte mit einer Mehrzahl von Bohrungen bzw. Löchern, die entlang einer Linie angeordnet sind, welche parallel zur angrenzenden Gehäusewandung verläuft. Das bewegliche Sensorelement 2 ist quaderförmig gestaltet, wobei seine Höhe und Breite genau mit der Höhe bzw. Breite der quaderförmigen Aussparung im Bereich der Steckleiste übereinstimmt. In eingestecktem Zustand schließen daher die Oberseite 13 des Sensorelements 2 mit der Oberseite 14 des Gehäuses 7 sowie die Seitenfläche 4 des Sensorelements 2 mit der Seitenfläche 15 des Gehäuses 7 ab. Der Mehrfachsensor 1 kann damit sowohl mit seiner Oberseite 14 als auch mit seiner Seitenfläche 15 ohne Bildung von Zwischenräumen auf einer Einbaufläche fixiert werden. Bevorzugte Anwendung des Mehrfachsensors ist die Überwachung der Bewegung eines Kolbens innerhalb eines Zylinders. Die Einbaufläche ist dabei z.B. die Zylinderaußenwand.

Die Seitenfläche 4 des Sensorelements 2 ist dessen aktive Fläche; in der Seitenfläche 15 des Gehäuses 7 liegt die aktive Fläche 5 des ortsfesten Sensorelements 3. Damit liegen die aktiven Flächen der Sensorelemente 2,3 in einer Ebene. Da der ortsfeste Sensor 3 zudem in Verlängerung der Steckleiste 6 eingebaut ist, sind die aktiven Flächen auch entlang einer Geraden angeordnet, so daß lineare Bewegungen eines Targets optimal überwacht werden können.

Die Position des Sensorelements 2 kann entlang dieser Linie in Schlitten, die dem Abstand zweier Löcher entsprechen, variiert werden. In die Figuren 1 und 2 ist jeweils eine weitere mögliche Position des beweglichen Sensorelements 2 dargestellt, wobei das Sensorelement dabei mit der Bezugsziffer 2' bezeichnet ist. In Figur 1 befindet sich das bewegliche Sensorelement am unteren Ende der Steckerleiste 6. In Figur 2 ist es vor dem Einstecken oberhalb der Steckerleiste dargestellt. Es handelt sich jedoch in beiden Figuren jeweils um dasselbe bewegliche Sensorelement.

Das Sensorelement 2 bzw. 2' weist an seiner Unterseite Fortsätze 8, 8' auf, mit welchen es in die Steckleiste 6 des Gehäuses einsteckbar ist. Durch Einstecken der Fortsätze 8, 8 in verschiedene Bohrungen, bzw. Löcher 9, 9' der Steckleiste 6 wird das Sensorelemente in verschiedenen Positionen am Gehäuse gehaltert.

Zur Aufnahme des Anschlußkabels 11 des beweglichen Sensorelements 2, 2' weist das Gehäuse im Bereich der Steckleiste 6 eine parallel dazu verlaufende Einkerbung 10 auf. Diese Einkerbung 10 ist hier parallel zur Steckleiste in die Bodenplatte eingefügt, kann jedoch auch neben der das Sensorelement 2 aufnehmenden Aussparung unter Bildung eines Überstands in das Gehäuse eingebracht sein. Die Einkerbung 10 erstreckt sich vorzugsweise auf der ganzen Länge der Steckleiste 6 parallel zu dieser.

Der in den Figuren 1 und 2 dargestellte Sensor wird derart eingebaut, daß die Gehäuseoberseite 14 mit der Einbaufläche abschließt. Das Sensorelement

2 wird somit durch den Gehäuseboden mit seiner Oberseite 13 gegen die Einbaufläche gedruckt und somit klemmend in seiner Position auf der Steckleiste 6 fixiert. Dadurch wird eine mechanisch einfache und zuverlässige Fixierung der Position des beweglichen Sensorelements erreicht.

Bei Montage des Mehrfachsensors kann der Abstand der Sensorelemente 2,

3 durch einen einzigen Handgriff an die Abmessungen des zu überwachenden Systems angepaßt werden. Durch die klemmende Fixierung des beweglichen Sensorelements 2 in der Einbaulage ist kein Festschrauben des Sensorelements nötig.

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Der Mehrfachsensor wird montiert, indem zunächst der Abstand der kritischen Punkte der zu überwachenden Bewegung festgestellt wird. Durch Umstecken des beweglichen Sensorelements 2 auf der Steckleiste 6 wird der Abstand zwischen dem ortsfesten und dem beweglichen Sensor 3 bzw. 2 des Mehrfachsensors daran angepaßt. Der Mehrfachsensor wird nun so in das zu überwachende System eingebaut, daß die Verbindungslinie von den Sensorelementen 2 und 3 entlang der zu überwachenden Bewegungsrichtung ausgerichtet ist sowie sich die aktiven Flächen 4 und 5 der Sensoren 2 bzw. 3 auf der Höhe der für die Bewegung kritischen Punkte befinden, z.B. an den Umkehrpunkten einer Kolbenbewegung. Der Mehrfachsensor wird über das Anschlußelement 12 an eine Stromversorgung angeschlossen.

Zur Erhöhung der Flexibilität des Mehrfachsensors kann das Anschlußelement 12 relativ zum Gehäuse 7 klappbar gestaltet sein, so daß ein Einbau in verschiedene, auch enge Einbaulagen möglich ist. Weiterhin kann der Mehrfachsensor an seiner Gehäusewand Leuchtdioden zur Anzeige des Betriebszustandes der Sensorelemente aufweisen.

Liste der Bezugszeichen:

I Mehrfachsensor

2, 2' Sensorelement (beweglich)

3 Sensorelement (ortsfest)

4 aktive Fläche (bewegliches Sensorelement)

5 aktive Fläche (ortsfeste Sensorelement)

6 StecWSchiebeleiste

7 Gehäuse . 8,8' Fortsatz

9,9' Loch

10 Einkerbung

II Anschlußkabel 12 Anschlußelement

13 Oberseite (Sensorelement)

14 Oberseite (Gehäuse)

15 Seitenfläche (Gehäuse) 16,16' Anschlag

Claims

Schutzansprüche

1. Mehrfachsensor (1), insbesondere zur Endlagen- und Grenzwerterfassung, mit wenigstens zwei Sensorelementen (2, 2', 3) und einem Gehäuse (7), wobei sich im Gehäuseinneren eine Platine mit einer elektronischen Schaltung befindet, welche mit den Sensorelementen (2, 2', 3) und einem Anschlußelement verbunden ist, dadurch gekennzeichnet,
daß wenigstens eines der Sensorelemente (2, 2', 3) derart beweglich am Gehäuse (7) angeordnet ist, daß der Abstand der Sensorelemente veränderlich ist, wobei die aktiven Flächen (4, 4', 5) der Sensorelemente in einer Ebene liegen.

2. Mehrfachsensor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß eines der Sensorelemente (3) fest am Gehäuse angeordnet ist.

3. Mehrfachsensor nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet,
daß genau zwei Sensorelemente (2, 2', 3) vorhanden sind.

4. Mehrfachsensor nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet,

daß die beweglichen Sensorelemente (2, 2') über ein aus der Gehäuse wan dung herausgeführtes, von der elektronischen Schaltung kommendes Anschlußkabel (11, 11') mechanisch mit dem Gehäuse (7) verbunden sind.
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5. Mehrfachsensor nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet,

daß die Sensorelemente (2, 2', 3) entlang einer Linie angeordnet und gegebenenfalls entlang dieser beweglich sind.
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6. Mehrfachsensor nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet,

daß das Gehäuse eine Schiebe- oder Steckleiste (6) zur lösbaren Halterung der beweglichen Sensorelemente (2, 2') am Gehäuse (7) aufweist, wobei die Sensorelemente Fortsätze zum Einführen in die Schiebeleiste bzw. zum Einstecken in Löcher (9, 9') der Steckleiste aufweisen.

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7. Mehrfachsensor nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet,

daß die Schiebeleiste eine längliche Materialplatte ist, auf deren Oberseite in Plattenlängsrichtung eine im Querschnitt hintersehnittene schlitzförmige Einkerbung eingebracht bzw. eine im Querschnitt hinterschnittene Rippe angeformt ist.

8. Mehrfachsensor nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet,

daß die Steckleiste (6) eine längliche Materialplatte mit einer Mehrzahl von entlang einer oder mehrere Linien aufgereihten ganz oder teilweise durchgehenden Bohrungen bzw. Löchern (9,9') ist.

9. Mehrfachsensor nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet,

daß das Gehäuse (7) zur Aufnahme der beweglichen Sensorelemente (2, 2') oberhalb der Schiebe- oder Steckleiste (6) eine quaderförmige Aussparung wenigstens der Breite und der Höhe eines beweglichen Sensorelements (2, 2') sowie der Länge der Schiebe- oder Steckleiste (6) aufweist.

10. Mehrfachsensor nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet,

daß die nach außen ragenden Oberflächen der beweglichen Sensorelemente (2, 2') im Anwendungsfall, d.h. auf der Schiebe- oder Steckleiste (6) gehaltert, bündig mit der jeweiligen Gehäusewandung abschließen.

11. Mehrfachsensor nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet,
daß die beweglichen Sensorelemente (2, 2') quaderförmig gestaltet sind

12. Mehrfachsensor nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet,

daß die beweglichen Sensorelemente (2, 2') in der Einbaulage des Mehrfachsensors durch den Gegendruck der Einbaufläche fixiert sind.

13. Mehrfachsensor nach einem der Ansprüche 6 bis 12, dadurch gekennzeichnet,

daß das Gehäuse im Bereich der Schiebe- oder Steckleiste eine parallel dazu verlaufende Einkerbung (10) zur Aufnahme des Anschlußkabels (11, 11') des beweglichen Sensorelements (2, 2') aufweist.