DE3319735C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen elektrostatischen An­ näherungsschalter gemäß Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Es gibt mehrere Arten von Annäherungsschaltern, die entsprechend dem Prinzip, nach dem sie arbeiten, eingeteilt werden können. Bei einem die elektrostatische Kapazität ermittelnden Schalter ist eine Ermittlungselektrode zweck­ mäßigerweise an der Vorderseite des Schalters angeordnet. Wenn sich ein Gegenstand dieser Ermittlungselektrode nähert, ändert sich die elektrostatische Kapazität zwischen der Ermittlungselektrode und Erde. Diese Kapazitätsänderung wird durch eine elektrische Schaltung nachgewiesen und in ein Schaltsignal umgewandelt.

Im Vergleich zu anderen Arten von Annäherungsschaltern ist für einen elektrostatischen Annäherungsschalter typisch, daß er in der Lage ist, nicht nur Gegenstände aus Metall, sondern auch solche aus praktisch allen anderen Substanzen wie Glas, Holz, Wasser, Öle, Kunststoffe usw. festzustellen. Dabei hängt die Arbeitsweise des elektrostatischen An­ näherungsschalters bei der Ermittlung in hohem Maße von dem inneren Aufbau des Schalters und von der elektrostatischen Umgebung der Ermittlungselektrode ab. So wird die Ermitt­ lungselektrode, um ihr eine starke Richtwirkung zu verleihen, von der Rückseite her durch eine Schirmelektrode abgeschirmt.

Bei einem bekannten elektrostatischen Annäherungsschal­ ter der eingangs genannten Art (DE-GM 77 25 286) sind Ermittlungselektrode und Schirmelektrode auf einen gemein­ samen Keramikkörper aufgedampft. Der verbleibende Freiraum in dem auch die elektrische Schaltung enthaltenden becher­ förmigen Gehäuse ist mit Quarzsand oder dergleichen auf­ gefüllt. Durch das Aufdampfen von Ermittlungselektrode und Schirmelektrode auf einen gemeinsamen Keramikkörper hat dieser bekannte Annäherungsschalter wegen der hohen Di­ elektrizitätskonstanten des Substrats und der Nähe der Ermittlungselektrode zum Substrat den Nachteil, daß Empfind­ lichkeit und Auflösung des Schalters vermindert sind. Allerdings sind die mechanische Festigkeit und die Un­ empfindlichkeit des Schalters gegenüber Vibrationen bei dem bekannten Annäherungsschalter durch die Verwendung eines Keramikkörpers als Elektrodensubstrat und die Auffüllung des verbliebenen Freiraums mit Quarzsand gut.

Aufgabe der Erfindung ist es daher, einen Annäherungs­ schalter der durch den Oberbegriff des Patentanspruchs 1 definierten Art so zu gestalten, daß er bei möglichst guter mechanischer Festigkeit eine erhöhte Nachweisempfindlichkeit aufweist.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch einen Annäherungsschalter gelöst, wie er im Patentanspruch 1 gekennzeichnet ist.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.

Das Abstandsteil gewährleistet die notwendige definierte abstandsmäßige Festlegung zwischen Ermittlungselektrode und Schirmelektrode, wobei die Auffüllung des verbleibenden Raumes um diese beiden Elektroden mit einem Schaumharz durch den hohen Gasanteil desselben für eine niedrige (und auch weitgehend temperaturunabhängige) Dielektrizitätskonstante und damit hohe Empfindlichkeit des Schalters sorgt. Die Verwendung eines nicht geschäumten Harzes in denjenigen Bereichen, wo eine niedrige Dielektrizitätskonstante des Füllmaterials aus elektrischen Gründen nicht erforderlich ist, trägt dabei weiter zur mechanischen Festigkeit des Schalters bei.

Aus der DE-OS 16 73 841 ist es bekannt, das Schalter­ gehäuse insgesamt mit Polyurethanschaum auszuschäumen. Aus der DE-OS 21 09 684 wiederum ist es bekannt, den Schalter einheitlich mit einem Gießharz, z. B. Araldit, also einem Epoxydharz, auszugießen. Ebenso wird nach FR 14 36 069 ein einheitliches Harz für das Auffüllen des Freiraumes um die Elektroden herum verwendet, ohne daß im einzelnen angegeben wäre, ob es sich dabei um ein Schaumharz oder um ein ungeschäumtes Harz handelt.

Im folgenden werden bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung anhand der Zeichnung beschrieben.

Fig. 1 zeigt den Aufbau des Hauptbereiches des elektrostati­ schen Annäherungsschalters.

Fig. 2 zeigt eine Darstellung einer weiteren Ausführungsform des elektrostatischen Annäherungsschalters.

Fig. 3 zeigt den Ermittlungselektrodenaufbau mit daran angebrachtem Schaltungsteil.

Fig. 4 zeigt einen Längsschnitt des elektrostatischen Annähe­ rungsschalters.

Die Fig. 1 zeigt den Hauptteil des Schalters, d. h. den Ermittlungsteil. Mit 10 ist die Ermittlungselektrode bezeich­ net, die der Ermittlungsteil umfaßt. Dieser Ermittlungsteil 10 besteht aus einer Messingplatte und aus anderen Komponenten.

Das Bezugszeichen 11 bezeichnet die Schirmelektrode, die durch die Verarbeitung einer dünnen Metallplatte, wie beispiels­ weise einer Messingplatte, an einer Presse (Biegungs­ schritt) erhalten wird. Beide Seitenteile 11 a der zylin­ drischen Seitenfläche der Schirmelektrode 11 sind in einer Art flach ausgebildet, daß sie Vorsprünge 12 bilden. Wenn die Seitentei­ le 11 a der Schirmelektrode 11 so verarbeitet werden, wird der Raum für die elektrische Schaltung (elektronische Teile) in keiner Weise schädlich beeinträchtigt. Diese Ausbildung ist auch vorteilhaft für die nachfolgend beschriebene Befestigung der Abstandsteile und für das Verlöten an der Ermittlungselek­ trode 10. Die Erfindung ist jedoch nicht auf die Form der oben­ genannten Ausführungsform beschränkt. Die Schirmelektrode kann auch zylindrisch sein.

Die Bezugszeichen 13 bezeichnen Abstandsteile, die aus einem isolierenden Material bestehen, und die zwischen der Ermittlungselektrode 10 und der Schirmelektrode 11 angeordnet sind. Diese Abstandsteile 13 weisen jeweils ein kleines Loch 13 a auf, das den Vorsprüngen 12 entspricht. Ein Vorsprung 12 wird in das kleine Loch 13 a eingeführt und durch Löten vorüber­ gehend verbunden. Wenn die Fläche um das Loch verlötet ist, können die Dichtungseigenschaften aufrechterhalten wer­ den. Außerdem kann der Bereich um das Loch herum im voraus mit Lötpaste bedruckt werden und der Zusammenbau kann ausge­ führt werden, wie es später beschrieben werden wird.

Wenn jedoch das Abstandsteil 13 zwischen der Ermittlungs­ elektrode 10 und der Schirmelektrode 11 angeordnet wird, müs­ sen die beiden Oberflächen des Abstandsteiles 13 für das Ver­ löten der beiden Oberflächen zur Herstellung der Verbindung mit Kupfer plattiert sein. Alternativ kann auch eine Seite des Abstandsteiles 13 kupferplattiert sein, während auf der anderen Oberfläche ein Kleber angewendet wird. Es können auch beide Seiten mit einem Kleber beschichtet sein. Es gibt viele Verfahren. Die Form der Abstandsteile zwischen den beiden Elektroden ist, wie dies zuvor bereits festgestellt wurde, klein und ihre Wirkung auf die Ermittlungsfunktion kann daher noch weiter verringert werden.

Die Fig. 2 zeigt eine weitere Ausführungsform dieser Er­ findung. In diesem Fall ist ein ringförmiges Abstandsteil zwischen der Ermittlungselektrode 10 und der zylindrischen Schirmelektrode angeordnet. Die Fig. 3 und 4 zeigen den Zustand, in dem ein Schaltungsteil 15 an dem oben beschriebenen Er­ mittlungsteil angeordnet ist, und den Längsschnitt des elektro­ statischen Annäherungsschalters. Die Ermittlungselektrode 10 ist mit der Schirmelektrode 11 und der gedruckten Schaltungsplat­ te 16 versehen, auf der das Schaltungsteil 15 angeordnet ist und die mit einem Anschlußteil 17 verbunden ist. Nachdem das Anschlußteil (Verbindungskabel) 17 mit der gedruckten Schaltungsplatte 16 verbunden ist, werden die obengenannten Teile durch die Öffnung eines zylindrischen Kunststoffgehäuses 19, das ein Basisteil bzw. eine Basis besitzt, eingeführt und in dem Kunststoffgehäuse 19 angeordnet. Danach werden das Schaumharz 20 und das gewöhnliche nicht schäumende Harz 21, wie beispielsweise Epoxidharz, in das Gehäuse eingebracht. Mit der Verwendung eines Schaumharzes für die Räume in der Nähe des Er­ mittlungsteiles werden die Charakteristiken wesentlich verbessert. Es gibt viele Arten von Schaumharzen. Polyurethanharz mit einer Porosität von 50% bis 90% ist besonders wirkungsvoll, wenn es im Bereich der Elektrode 10 verwendet wird, weil sein Einfluß auf die Emp­ findlichkeit des Detektors minimal ist. Dabei weisen die geschlossenzelligen Schaumstoffe eine ausgezeichnete Dichtungs- bzw. Versiegelungscharakteristik in Verbindung mit dem Epoxidharz 21 und dgl. auf. Außerdem sind Hartschaumkunststoffe wirksam im Sinne einer Festigkeit gegen mechanischen Druck von außen auf das Gehäuse 19. Durch die Verwendung des Epoxidharzes 21 kann die Anordnung in bezug auf die Zugkraftfestigkeit des Kabels 18 und auf den mechanischen Druck von außen verbes­ sert werden. Wenn das Material des Gehäuses 19 Expoxidharz, ABS, usw. ist, werden in Verbindung mit der Zylinderform des Gehäuses Vorteile in bezug auf Klebefähigkeit, Wasserdichtigkeit usw. erreicht. Mit 22 sind ein Deckel und ein Kabelhalteteil bezeichnet.

Wie dies oben bereits erläutert wurde, besteht der An­ nährungsschalter lediglich aus einer Metallplatte, wie bei­ spielsweise einer Messingplatte usw. als Ermittlungselektro­ de. Da die isolierenden Abstandsteile zwischen der Metallplat­ te und der Schirmelektrode angeordnet werden, kann die durch das Basismaterial bewirkte Restkapazität im Vergleich zu An­ näherungsschaltern, die herkömmliche gedruckte Schaltungsplat­ ten als ein Material verwenden, in hohem Maße verringert wer­ den.

Aus diesem Grunde kann der Änderungsbetrag der Ermittlung dieser Ermittlungselektrode verbessert werden, weshalb auch die Ermittlungsfunktion im allgemeinen im hohem Maße verbes­ sert wird. Außerdem ermöglicht der erfindungsgemäße Näherungs­ schalter eine stabile Ermittlung bzw. Anzeige, weil er keine gedruckte Schaltungsplatte mit einer Dielektrizitätskonstan­ ten verwendet, die sich mit der Temperatur ändert.

Wie dies oben festgestellt wurde, werden außerdem, wenn das hintere Ende des Kunststoffgehäuses mit einem Schaumharz gefüllt wird und wenn die anderen Räume in dem Gehäuse eben­ falls mit einem Schaumharz gefüllt werden, der Aufbau und der Zusammenbau des Schalters einfach. Die Herstellungskosten können reduziert werden.

Claims (5)

1. Elektrostatischer Annäherungsschalter mit einer scheibenförmigen Ermittlungselektrode, einer im Bereich der Ermittlungselektrode von dieser im Abstand angeordneten Schirmelektrode, welche die Ermittlungselektrode von hinten abschirmt, einer elektrischen Schaltung zur Feststellung einer Kapazitätsänderung zwischen der Ermittlungselektrode und Masse, und einem die Ermittlungselektrode, die Schirm­ elektrode und die elektrische Schaltung von der Seite der Ermittlungselektrode becherförmig umschließenden Gehäuse, wobei der verbleibende Freiraum im Gehäuse mit einer iso­ lierenden Masse ausgefüllt ist, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Schirmelektrode (11) in ihrem Abstand bezüglich der Ermittlungselektrode (10) durch ein vergleichsweise kleines isolierendes Abstandsteil festge­ legt und der die Ermittlungselektrode (10) und die Schirm­ elektrode (11) umgebende Raum im übrigen durch ein Schaum­ harz (20) ausgefüllt ist, und daß der übrige Raum im Gehäu­ se durch ein nicht geschäumtes Harz (21) ausgefüllt ist.

2. Annäherungsschalter nach Anspruch 1, dadurch ge­ kennzeichnet, daß als Schaumharz (20) Poly­ urethanschaum vorgesehen ist.

3. Annäherungsschaltung nach Anspruch 2, dadurch ge­ kennzeichnet, daß als nicht schäumendes Harz Epoxidharz vorgesehen ist.

4. Annäherungsschalter nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das isolieren­ de Abstandsteil als kleine zwischen Ermittlungselektrode (10) und Schirmelektrode (11) liegende Scheibchen (13) aus­ gebildet ist.

5. Annäherungsschalter nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das iso­ lierende Abstandsteil als zwischen Ermittlungselektrode (10) und Schirmelektrode (11) liegender Ring (14) ausge­ bildet ist.