DE3717932A1 - Schutzhuelse fuer die aktive stirnflaeche eines naeherungsinitiators - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Schutzhülse für die aktive Stirnfläche eines Näherungsschalters gemäß Oberbegriff des Anspruches 1 und ein Verfahren zur Herstellung einer derartigen Schutzhülse gemäß Oberbegriff des Anspruches 11.

Unter der Bezeichnung Näherungsinitiatoren werden nach­ stehend Detektoren verstanden, die eine Veränderung des vor ihrer aktiven Stirnfläche liegenden Raums feststellen können. Beispielsweise können diese Näherungsinitiatoren oder Detektoren an Fertigungsstraßen eingesetzt werden, um dort das Vorhandensein eines entsprechenden Teils vor der aktiven Stirnfläche erfassen zu können. Das Funktions­ prinzip der Näherungsinitiatoren kann dabei induktiv, kapa­ zitiv, magnetisch oder dergleichen sein.

Da diese Näherungsinitiatoren eine hohe Empfindlichkeit und große Reichweite aufweisen sollen, wird angestrebt, die aktive Stirnfläche der elektronischen Baugruppe des Näherungsinitiators möglichst nahe an den Erfassungsbe­ reich zu verlagern. Dies bedeutet aber auch, daß die vor der aktiven Stirnfläche des Detektors vorgesehene Gehäuse­ wand oder Schutzhülse so dünnwandig wie möglich gehalten werden muß.

Andererseits besteht im Hinblick auf die aktive Stirnflä­ che des Näherungsinitiators aber die Forderung, diese Stirnfläche möglichst unempfindlich im Hinblick auf hohe Temperaturen zu machen. Auch wird eine Abriebfestigkeit und Brandbe­ ständigkeit für die aktive Stirnfläche gefordert, da die Näherungsschalter bei Schweißvorgängen und im Bereich spanabhebender Werkzeugmaschinen einsetzbar sein müssen. Bisher hatte man die Erfahrung gemacht, daß der Schutz der aktiven Stirnfläche eines Näherungsinitiators durch ein dünnwandiges Gehäuse, das z.B. aus einem Thermoplast oder Duroplast bestand, nicht ausreichend war. Bei Schweiß­ vorgängen im Nahbereich des Näherungsschalters konnten sich z.B. Schweißperlen auf bzw. in der die aktive Stirn­ fläche abdeckenden Gehäusewand festsetzen. Hierdurch wur­ den die elektrischen und magnetischen Parameter des Nähe­ rungsinitiators im Sinne einer Vorbedämpfung beeinflußt. Auch konnten bei hohen Temperaturen Verwellungen am Kunst­ stoff des die aktive Stirnfläche des Näherungsinitiators abdeckenden Gehäuses festgestellt werden, woraus Abstands­ beeinträchtigungen resultierten.

Um den Schutz der aktiven Stirnfläche der Näherungsinitia­ toren mit einem elektrisch und magnetisch nicht leitenden Material verwirklichen zu können ging man bisher den Weg bei kreisförmiger aktiver Stirnfläche ein Keramikplätt­ chen vor die Stirnfläche zu setzen. Dieses Keramikplätt­ chen mußte jedoch zu seiner Verarbeitungsmöglichkeit mit einem Metallrand versehen werden, der dann z.B. vor die aktive Stirnfläche des Näherungsinitiators in eine Metall­ hülse eingelötet werden konnte. Eine weitere Möglichkeit ist, das Keramikplättchen in eine Metallhülse einzupassen, um es dann durch eine Bördelung der Metallhülse in seiner Lage zu fixieren.

Diese bisherigen zum Schutz der aktiven Stirnfläche des Näherungsinitiators ergriffenen Maßnahmen hatten den Nach­ teil daß das Keramikplättchen im Hinblick auf das Umbör­ deln bzw. Metallisieren seines Randes auch eine erhebliche Materialstärke aufweisen mußte. Des weiteren ergab sich durch das Umbördeln automatisch eine Verringerung der freien Stirnfläche des Keramikplättchens, so daß die Schutzhülse im montierten Zustand einen geringfügig klei­ neren freien Durchmesser stirnseitig aufwies, als dies idealerweise möglich gewesen wäre. Die hierdurch bedingte Vorbedämpfung beeinträchtigte daher die Empfindlichkeit des Näherungsschalters. Zum anderen waren relativ aufwen­ dige Fertigungsschritte durch das Umbördeln, das Einlö­ ten bzw. Befestigen des Keramikplättchens in der eigent­ lichen Hülse etc. erforderlich. Auch war man im wesentli­ chen auf eine kreisförmige, aktive Stirnfläche durch diese fertigungstechnischen Maßnahmen festgelegt.

Ausgehend von diesen Nachteilen beim Stand der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine gattungsge­ mäße Schutzhülse bzw. ein gattungsgemäßes Verfahren zur Herstellung einer Schutzhülse für Näherungsinitiatoren so auszubilden, daß man bei Beseitigung der vorausgehend ge­ nannten Nachteile eine universellere Einsetzbarkeit bei einfacherer und kostengünstigerer Herstellung erreicht.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß bei einer Schutzhülse durch die Merkmale des kennzeichnenden Teils des Anspruchs 1 und bei einem Verfahren durch die Merkmale des kenn­ zeichnenden Teils des Anspruchs 11 gelöst.

Ein Kerngedanke der Erfindung kann daher darin gesehen werden, die Schutzhülse bzw. die Schutzkappe stirnseitig mit einer relativ dünnen Scheibe auszustatten und diese Scheibe im Prinzip nur längs des Umfangsrandes formschlüs­ sig im stirnseitigen Hülsenbereich zu fixieren, wobei die gesamte Stirnfläche der Scheibe frei bleibt.

In eleganter Weise kann dies mittels Umspritzen des Um­ fangrandes der Scheibe mit entsprechendem, die Hülse bil­ dendem Kunststoffmaterial geschehen. Zur Fixierung zwi­ schen der aus einem Keramikmaterial oder Glasmaterial be­ stehenden Scheibe, die z.B. eine Materialstärke von 1 mm - ggf. bis 0,2 mm - aufweisen kann, reicht eine größere Rauhigkeit aus als auf der Stirnfläche.

Eine Verbesserung im Hinblick auf die Fixierung zwischen der Scheibe bzw. dem Plättchen und der Kunststoffhülse wird durch radial vorstehende Vorsprünge am Umfangsrand der Scheibe erreicht. Diese z.B. äquidistant am Umfang vorge­ sehenen Vorsprünge können neben dem Umspritzen mit ent­ sprechendem Kunststoffmaterial gleichzeitig auch zur ge­ nauen Anordnung im Spritzwerkzeug dienen. Die Vorsprünge werden so umspritzt bzw. eingespritzt, daß die Stirnseite und ggf. ihr radialer Außenbereich freibleiben.

Eine Anfasung des Außenrandes der Keramikscheibe verbes­ sert die Fixierung der Scheibe im stirnseitigen Bereich der Kunststoffhülse. Die Anfasung ist jedoch so getroffen, daß der freie Durchmesser der aktiven Stirnfläche nicht be­ einträchtigt wird. So kann die Anfasung auch nur partiell im Bereich der radialen Vorsprünge vorgesehen werden.

Zur Erreichung einer guten Rauhigkeit am Umfangsrand kann die Scheibe bzw. das Plättchen z.B. mittels eines Lasers aus einem Plattenmaterial herausgeschnitten werden, wobei auch eine Sollbruchkante am Umfangsrand erlaubt ist. Durch Herausbrechen der Scheibe längs der Sollbruchkante erreicht man ein gute Rauhigkeit für den Umspritzungsvorgang.

Das Material der Scheibe ist vorzugsweise ein abriebfestes, temperaturbeständiges Keramikmaterial. Auch Glasmaterialien oder andere Kunststoffmaterialien mit vergleichbaren Eigen­ schaften wie Keramik oder Glas, die elektrisch und magne­ tisch nicht leitend sind, können verwendet werden. Als Hülsenmaterial kann ein Kunststoff auf der Basis von Poly­ butylenterephthalat Verwendung finden.

Der Einspritzvorgang läßt es normalerweise zu, daß eine relativ dünne Scheibe mit z.B. 0,6 mm Materialstärke ver­ wendet wird, was beim Umbördelungsverfahren nach dem Stand der Technik erhebliche Probleme bereitet. Zum ande­ ren wird bei der Erfindung eine Reduzierung der freien Stirnfläche der Scheibe innen wie außen vermieden, so daß der Effekt einer ungewollten Vorbedämpfung nicht auftre­ ten kann. Die aktive und freie Stirnfläche der Schutzhülse erstreckt sich über den gesamten Durchmesser der Scheibe. Der beispielsweise etwa kreisförmig gehaltene Sensorteil des Näherungsinitiators wird mit einer erfindungsgemäßen Schutzhülse bzw. einer becherartig ausgestatteten Schutz­ kappe stirnseitig versehen und anschließend in das Innere einer Metallhülse eingeführt. Zur genauen Lageanordnung weist die äußere Umfangswand der Hülse einen ringartigen radialen Vorsprung auf, so daß dieser Ring im Sinne eines Begrenzungsringes die Endstellung eines Näherungsinitia­ tors in der Montagehülse markiert.

Das erfindungsgemäße Verfahren, bei dem allein der Umfangs­ rand der Scheibe im Kunststoffmaterial der Hülse einge­ bettet wird bzw. umspritzt wird, eröffnet die Möglichkeit, auch abweichend von einer kreisförmigen Scheibenkonfigura­ tion, Scheiben mit polygonaler Umfangskontur oder Rechteck­ form oder dergleichen mit der Hülse zu fixieren. Dies er­ öffnet die Möglichkeit, die aktive Stirnfläche eines Nähe­ rungsinitiators stets an die gewünschte Gehäusefläche zu verlagern und diese mit einer entsprechenden Scheibe bzw. einem bereits im Kunststoffgehäuse mitumspritzten Plätt­ chen gegen vorausgehend dargelegte unerwünschte Beein­ trächtigungen zu schützen.

Die Erfindung bietet daher den Vorteil eines einfachen Herstellungsverfahrens für die zum Schutz der aktiven Stirnfläche eines Näherungsinitiators erforderliche Schutz­ hülse bzw. Schutzkappe. Der Anwendungsbereich wird hierbei erheblich erweitert, so daß nahezu beliebige Konturen z.B. polygonale einfläche Formen ggf. auch zweidimensio­ naler Art möglich werden. Gleichzeitig werden jedoch mit­ tels der Erfindung nicht nur die bisherigen Nachteile überwunden, sondern auch durch den Einsatz dünnwandigerer Keramikscheiben die Empfindlichkeit des Näherungsinitia­ tors erheblich verbessert.

Die Erfindung wird nachstehend anhand eines Ausführungs­ beispiels und schematischer Zeichnungen noch näher erläu­ tert. Es zeigen:

Fig. 1 einen axialen Schnitt durch eine erfindungsgemäße Schutzhülse mit stirnseitig befestigter Scheibe;

Fig. 2 eine Draufsicht auf die Stirnfläche gemäß dem Bei­ spiel nach Fig. 1, wobei die Schnittlinie I-I den Schnitt für die Fig. 1 markiert und

Fig. 3 eine Draufsicht auf eine vorgefertigte Scheibe, wie sie in Fig. 1 und 2 verwendet wird.

Die Darstellung nach Fig. 1 zeigt einen Axialschnitt durch eine erfindungsgemäße Schutzhülse 1, die auch als becher­ förmige Schutzkappe angesehen werden kann. Die nicht darge­ stellte elektronische Baugruppe wird hierbei mit der akti­ ven Stirnfläche zur inneren Stirnflächenseite 9 zeigend in die Schutzhülse 1 eingesetzt bzw. die Schutzhülse 1 auf den Sensor aufgebracht.

Die Schutzhülse 1 weist im Beispiel eine Keramikscheibe 2 mit kreisförmiger Kontur auf (Fig. 2). Am Umfangsrand 4 der Scheibe 2 sind im Beispiel (Fig. 3) drei radiale Vor­ sprünge 7 vorgesehen. Die Scheibe 2 kann zweckmäßigerweise z.B. mittels Laser aus einer Platte unter Bildung einer Sollbruchkante herausgeschnitten sein. Nach Abbrechen längs der Sollbruchkante erhält man die in Fig. 3 dargestellte Scheibe 2, deren axialer Umfangsrand 4 dann ausreichend Rauhigkeit für einen Einspritzvorgang aufweist.

Herstellungstechnisch kann die Scheibe 2 nach der Fig. 3 in ein entsprechendes Spritzwerkzeug eingelegt werden, wo­ bei die radialen Vorsprünge 7 die exakte Lageanordnung der Scheibe 2 im Spritzwerkzeug ergeben. Das Umspritzen der Scheibe 2 erfolgt - wie in den Fig. 1 und 2 dargestellt - allein am Umfangsrand 4, so daß die gesamte Stirnfläche 5, auch der radialen Vorsprünge 7, freibleibt. Der stirnseiti­ ge Rand 8 der aus einem Kunststoff bestehenden Hülse 3 schließt daher fluchtend mit der Stirnfläche 5 ab. Unter­ halb des stirnseitigen Hülsenbereichs 6 ist an der äußeren Umfangswand 10 der Hülse 3 ein Begrenzungsring 11 mit vor­ gesehen der eine Endpositionierung in einer Ummantelungs­ hülse für den Näherungsinitiator erlaubt.

Als Material für die Scheibe 2 kann z.B. ein Keramiksub­ strat Al₂O₃ verwendet werden, wobei die Materialstär­ ke z.B. 0,6 mm betragen kann. Die Hülse 3 kann z.B. aus einem PBTP hergestellt sein.

Die erfindungsgemäße Schutzhülse ermöglicht trotz einfa­ cher Herstellung auch den Einsatz derartig geschützter Näherungsinitiatoren im Schweißbereich, da z.B. Schweiß­ perlen sich entweder an der relativ glatten Keramikstirn­ fläche überhaupt nicht festsetzen oder leicht und ohne Stirnflächenbeeinträchtigung entfernt werden können. Das erfindungsgemäße Verfahren eröffnet nunmehr die Möglich­ keit, auch ohne separate Schutzhülse den der aktiven Stirn­ fläche des Näherungsinitiators gegenüber liegenden Gehäu­ seflächenbereich mit einer im Kunststoffgehäuse einge­ spritzten Keramik- oder Glasscheibe auszustatten, um damit die vorausgehend genannten Vorteile erzielen zu können.

Claims (11)

1. Schutzhülse für die aktive Stirnfläche eines Nähe­ rungsinitiators, mit einer stirnseitig vorgesehenen Scheibe aus relativ hartem, temperaturbeständigem Material, z.B. einem Keramik- oder Glasmaterial, wobei die Scheibe im Stirnbereich der Hülse fixiert ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Scheibe (2) relativ dünn ausgebildet ist und im wesentlichen allein an ihrem Umfangsrand (4) bei freibleibender Stirnfläche (5) vom Material des stirn­ seitigen Hülsenbereichs (6) formschlüssig gehalten ist, insbesondere formschlüssig umspritzt ist.

2. Schutzhülse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Scheibe (2) mehrere, insbesondere mit gleichem Abstand am Umfangsrand (4) vorgesehene radiale Vor­ sprünge (7) aufweist.

3. Schutzhülse nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens der axiale Bereich des Umfangsrandes (4) der Scheibe (2) größere Rauhigkeit aufweist als die Stirnfläche (5) der Scheibe.

4. Schutzhülse nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die radiale Erstreckung der radialen Vorsprünge (7) etwa der Wandstärke der Hülse (3) entspricht.

5. Schutzhülse nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die radialen Vorsprünge (7) stirnseitig und ra­ dial frei im Hülsenmaterial eingebettet sind.

6. Schutzhülse nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß eine Anfasung am stirnseitigen Rand der Scheibe vorgesehen ist.

7. Schutzhülse nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Scheibe (2) aus einem Keramikmaterial auf der Substratbasis Al₂O₃ und/oder die Hülse (3) aus einem Kunststoff auf der Basis PBTP (Polybutylenterephthalat) besteht.

8. Schutzhülse nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Stirnfläche (5) der Scheibe (2) fluchtend in den stirnseitigen Rand (8) der Hülse (3) übergeht.

9. Schutzhülse nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Innendurchmesser der Hülse (3) etwa dem Durch­ messer der inneren Stirnflächenseite (9) der Scheibe (2) entspricht.

10. Schutzhülse nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Hülse (3) im stirnseitigen Bereich, mit Ab­ stand zur Stirnfläche (5), an ihrer äußeren Umfangs­ wand (10) einen ringartigen, radialen Vorsprung (11), insbesondere als Begrenzungsring, aufweist.

11. Verfahren zur Herstellung einer Schutzhülse, insbesondere nach einem der Ansprüche 1 bis 10, für einen Näherungsinitiator, bei dem der Umfangs­ rand einer Scheibe, die aus einem temperaturbestän­ digen Keramik- oder Glasmaterial besteht mit einem anderen Material eingefaßt wird und die eingefaßte Scheibe stirnseitig in der Schutzhülse fixiert wird, dadurch gekennzeichnet, daß bei freibleibender Stirnfläche der Scheibe der Umfangsrand der Scheibe im wesentlichen vollständig und direkt vom/im Kunststoffmaterial der Schutzhülse eingebettet wird.