DE4328366C3 - Näherungsschalter - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Näherungsschalter, mit einem Gehäuse, mit einem von außen beeinflußbaren Sensor und mit einem über den Sensor beeinflußbaren Anwe­ senheitsindikator, wobei das Gehäuse insbesondere zweiteilig ausgeführt ist, nämlich aus einem Sensorgehäuseteil und aus einem Schaltungsgehäuseteil besteht, das Ge­ häuse an seiner dem Sensor nahen Stirnseite eine Öffnung aufweist und - von seiner dem Sensor nahen Stirnseite gesehen - hinter dem Sensor hochdruckdicht abgeschlos­ sen ist.

Ein Näherungsschalter der eingangs genannten Art ist bereits aus der US-A-4,408,159 bekannt. Der bekannte Näherungsschalter ist mit einem von außen beeinflußba­ ren Sensor und einem über den Sensor beeinflußbaren Anwesenheitsindikator verse­ hen, bei dem das Gehäuse offensichtlich einteilig ausgebildet ist. Die Endkappe des Gehäuses weist dabei an der dem Sensor nahen Stirnseite eine Öffnung auf, die das Einströmen einer unter Druck stehenden Flüssigkeit in einen Bereich um und hinter die den Sensor bildende Oszillatorspule ermöglicht. Darüber hinaus ist das Gehäuse hinter dem Sensor über einen keramischen Druckaufnehmer hochdruckdicht abge­ schlossen.

Der zuvor genannte aus dem Stand der Technik bekannte Näherungsschalter ist ins­ besondere im Hinblick auf eine rationelle Fertigung äußerst problematisch. Bei dem bekannten Näherungsschalter ist es zwingend notwendig, daß zunächst der Sensor gemeinsam mit der Abdeckkappe, einem Abstandshalter und dem keramischen Druckaufnehmer von vorne in das Gehäuse eingebracht wird. Erst danach kann der Anwesenheitsindikator elektrisch mit dem Sensor verbunden und anschließend von hinten in das Gehäuse eingeführt werden. Hierbei ist insbesondere die Verdrahtung zwischen dem Sensor und dem Anwesenheitsindikator problematisch.

Hinsichtlich der Ausbildung eines Anwesenheitsindikators wird im übrigen beispiel­ haft auf die DE 30 38 102 A1 und die DE 40 32 001 A1 verwiesen.

Weiter ist aus der DE 86 32 097 U1 ein Näherungsschalter bekannt, der zum Beispiel zur Endlagenabtastung in hydraulischen Zylindern geeignet ist. Dieses Schaltgerät weist einen in den Hydraulikzylinder einsetzbaren, druckfesten (mit Vergußmasse ge­ füllten) Hohlzylinder auf, in welchem der Sensor eingesetzt ist. Eine stirnseitige Öff­ nung des Hohlzylinders ist jedoch nicht vorgesehen, so daß einerseits der Sensor selber in einem bereits abgedichteten Raum angeordnet ist und andererseits das Feld des Sensors, hier einer Spule, durch die wenn auch dünnwandige Stirnseite des Hohlzylinders abgeschwächt wird. Diese Beeinflussung des Sensorfeldes hat eine verschlechterte Ansprechcharakteristik des elektronischen Schaltgeräts zur Folge.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen hochdruckdichten Näherungsschal­ ter derart auszugestalten und weiterzubilden, daß er im Hinblick auf eine rationelle Fertigung optimiert ist.

Der erfindungsgemäße Näherungsschalter, bei dem die zuvor aufgezeigte Aufgabe gelöst ist, ist nun dadurch gekennzeichnet, daß ein kreiszylindrischer Sensorträger vorgesehen ist, daß der Sensor an der nach außen weisenden Stirnseite des Sensor­ trägers angeordnet ist, daß zwischen dem Gehäuse oder zwischen dem Sensorgehäu­ seteil oder dem Schaltungsgehäuseteil einerseits und dem Sensorträger andererseits eine Kraftübertragungsscheibe vorgesehen ist, daß der Sensorträger mit einer die Kraftübertragungsscheibe überwiegend aufnehmenden, senkrecht zur Gehäuse­ längsachse verlaufenden Ausnehmung versehen ist und daß der Außendurchmesser des Sensorträgers - von seiner dem Sensor nahen Stirnseite gesehen - hinter der Aus­ nehmung geringer ist als der Außendurchmesser vor der Ausnehmung.

Erfindungsgemäß ist nun gewährleistet, daß sich der Sensorträger von dem unter ho­ hem Druck stehenden Bereich über den den Druck abfangenden Bereich bis in den Bereich normaler Umgebungsbedingungen erstreckt, in welchem auch die Elektronik zur Realisierung des Anwesenheitsindikators angeordnet ist. Die erfindungsgemäße Ausgestaltung ermöglicht also nicht nur die Befestigung des Sensors an dem Sensor­ träger, sondern darüber hinaus auch die Befestigung der elektronischen Realisierung des Anwesenheitsindikators an dem Sensorträger, so daß sich der Zusammenbau von Gehäuse, Sensor und Anwesenheitindikator auf einen einzigen Arbeitsschritt begren­ zen läßt. Die erfindungsgemäße Ausgestaltung gewährleistet weiter eine weitest­ gehende Reduzierung der Anzahl von Bauteilen, die für einen hochdruckdichten Näherungsschalter benötigt werden.

Im einzelnen gibt es verschiedene Möglichkeiten, die zuvor grundsätzlich erläuterte Lehre der Erfindung auszugestalten und weiterzubilden. Dazu wird verwiesen einer­ seits auf die dem Patentanspruch 1 nachgeordneten Patentansprüche, andererseits auf die folgende Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels in Verbindung mit der Zeichnung. In der Zeichnung zeigt

Fig. 1 einen Längsschnitt durch eine bevorzugte Ausführungsform eines erfin­ dungsgemäßen Näherungsschalters, wobei von den elektrischen und elektronischen Bauteilen nur der Sensor gezeigt ist,

Fig. 2 einen Schnitt durch den Sensorträger des Näherungsschalters nach Fig. 1,

Fig. 3 eine Ansicht des in Fig. 2 im Schnitt dargestellten Sensorträgers,

Fig. 4 in gegenüber den Fig. 1 bis 3 kleinerem Maßstab in einer Explosionsdar­ stellung die einzelnen Bauteile des in Fig. 1 dargestellten Näherungs­ schalters und

Fig. 5 eine Ansicht der im folgenden beschriebenen bevorzugten Ausfüh­ rungsform eines erfindungsgemäßen Näherungsschalters.

Der in den Fig. 1, 4 und 5 dargestellte Näherungsschalter, auch als elektronisches Schaltgerät 1 bezeichnet, arbeitet berührungslos und besteht in seinem wesentlichen Aufbau aus einem im wesentlichen kreiszylindrischen Gehäuse 2, aus einem von au­ ßen beeinflußbaren Sensor 3, aus einem über den Sensor 3 beeinflußbaren, im einzel­ nen nicht dargestellten Anwesenheitsindikator, nämlich einem über den Sensor 3 be­ einflußbaren, im einzelnen nicht dargestellten Oszillator, und aus einer im einzelnen nicht dargestellten, einen Schaltverstärker und einen elektronischen Schalter aufwei­ senden Auswerteschaltung.

Wie nun die Fig. 1 und 4 zeigen, gilt für das erfindungsgemäße elektronische Schalt­ gerät 1, daß das Gehäuse 2 an seiner dem Sensor 3 nahen Stirnseite 4 eine Öffnung 5 aufweist und - von seiner dem Sensor 3 nahen Stirnseite 4 gesehen - hinter dem Sen­ sor 3 hochdruckdicht abgeschlossen ist.

Im dargestellten Ausführungsbeispiel ist das Gehäuse 2 des Schaltgerätes 1 zweiteilig ausgeführt; es besteht nämlich aus einem Sensorgehäuseteil 6 und aus einem Schal­ tungsgehäuseteil 7. Mit Sensorgehäuseteil 6 ist dabei der Teil des Gehäuses 2 bezeichnet, der den Sensor 3 aufnimmt. Der andere Teil des Gehäuses 2 ist deshalb mit Schaltungsgehäuseteil 7 bezeichnet, weil im dargestellten Ausführungsbeispiel - bis auf den Sensor 3 - die elektrischen und elektronischen Bauteile, die insgesamt zu dem Schaltgerät 1 gehören, in diesem Teil des Gehäuses untergebracht sind. Diese - in Fig. 4 nur angedeuteten - elektrischen und elektronischen Bauteile bilden einerseits den Anwesenheitsindikator, im vorliegenden Fall also einen Oszillator, andererseits die Auswerteschaltung, zu der, wie bereits ausgeführt, ein Schaltverstärker und ein elektronischer Schalter gehören.

Zu dem erfindungsgemäßen Schaltgerät 1 gehört eine Auswerteschaltung - mit einem Schaltverstärker und einem elektronischen Schalter. Dabei ist auch denkbar, daß das erfindungsgemäße elektronische Schaltgerät 1 als in eine Einrichtung oder in eine Anlage einsetzbares Bauteil nur den Sensor 3 aufweisen kann, und die übrigen, zu dem elektronischen, berührungslos arbeitenden Schaltgerät 1 gehörenden Bauteile räumlich weit getrennt von dem Sensor 3 verwirklicht sind.

Für das in Fig. 1, 4 und 5 dargestellte Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen elektronischen Schaltgerätes 1 gilt weiter, daß das Sensorgehäuseteil 6 und das Schal­ tungsgehäuseteil 7 miteinander verschraubt sind. Im einzelnen ist dabei das Sensor­ gehäuseteil 6 mit einem Innengewinde 8 und das Schaltungsgehäuseteil 7 mit einem dem Innengewinde 8 des Sensorgehäuseteils zugeordneten Außengewinde 9 verse­ hen. Das Gehäuse 2 besteht insgesamt aus Metall; es sind also sowohl das Sensorge­ häuseteil 6 als auch das Schaltungsgehäuseteil 7 metallisch ausgeführt.

Für das dargestellte Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Schaltgerätes 1 gilt nun weiter, wie die Fig. 1, 4 und 5 zeigen, daß das Gehäuse 2, und zwar das Sen­ sorgehäuseteil 6 an seiner dem Sensor 3 nahen Stirnseite 4 eine konzentrisch zum Gehäuse 2 liegende, über den Sensor 3 hinausragende, kreiszylindrische Gehäusever­ längerung 10 aufweist. Die Gehäuseverlängerung 10 ist mit einem Außengewinde 11 versehen. Der Innendurchmesser der Gehäuseverlängerung 10 ist kleiner als der Innendurchmesser des Gehäuses 2 bzw. des Sensorgehäuseteils 6.

Für das bisher beschriebene, in Fig. 1, 4 und 5 dargestellte Schaltgerät 1 gilt, daß es - mit Hilfe des Außengewindes 11 der Gehäuseverlängerung 10 - eingeschraubt wer­ den kann in eine - nicht dargestellte - Einrichtung oder Anlage, die unter einem ho­ hen Druck steht - oder die aus anderen Gründen nach außen dicht abgeschlossen sein muß, beispielsweise, weil sich in ihr gefährliche Flüssigkeiten, Dämpfe oder Gase befinden. Der notwendige hochdruckdichte Abschluß in der entsprechenden Einrich­ tung bzw. Anlage erfolgt dann einerseits - problemlos im Bereich der Schraubverbin­ dung zwischen dem Außengewinde 11 der Gehäuseverlängerung 10 und der Einrich­ tung bzw. Anlage, andererseits - von der dem Sensor 3 nahen Stirnseite 4 des Schalt­ gerätes 1 gesehen - hinter dem Sensor 3.

Bei dem erfindungsgemäßen elektronischen Schaltgerät 1 gibt es nun verschiedene Möglichkeiten, den Sensor 3 und die Abdichtung hinter dem Sensor 3 zu realisieren.

Bei dem bevorzugten Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Schaltgerätes 1, das in den Figuren dargestellt ist, ist ein kreiszylindrischer Sensorträger 12 vorgese­ hen und der Sensor 3 an der nach außen weisenden Stirnseite 13 des Sensorträgers 12 angeordnet. Im einzelnen ist der Sensor 3 in einer Ausnehmung 14 des Sensorträ­ gers 12 angeordnet und mit dem Sensorträger 12 vergossen. Der Sensorträger 12 weist eine parallel zur Gehäuselängsachse 15 verlaufende Leitungsdurchführung 16 - zur Durchführung der Anschlußleitungen 17 des Sensors 3 - auf, die sich in der vom Sensor 3 weg weisenden Richtung verjüngt. Die sich verjüngende Ausführung der Leitungsdurchführung 16 hat den Vorteil, daß das Gießharz, mit dem der Sensor 3 mit dem Sensorträger 12 vergossen wird, nicht an dem dem Sensor 3 fernen Ende der Lei­ tungsdurchführung 16 austritt.

Wie insbesondere die Fig. 1, 2 und 3 zeigen, ist die Abdichtung hinter dem Sensor 3, also die Abdichtung zwischen dem Sensorträger 12 und dem Sensorgehäuseteil 6, dadurch realisiert, daß zwischen dem Sensorträger 12 und dem Sensorgehäuseteil 6 ein O-Ring 18 versehen ist. Im einzelnen weist der Sensorträger 12 eine umlaufende Aufnahmenut 19 auf, in der der O-Ring 18 im wesentlichen angeordnet ist.

Besondere Bedeutung kommt nun einer bei dem dargestellten elektronischen Schalt­ gerät 1 verwirklichten Maßnahme zu, die im folgenden erläutert wird.

Ist das erfindungsgemäße elektronische Schaltgerät 1 in eine Einrichtung oder Anlage eingeschraubt, in der ein hoher Druck herrscht, so wirkt dieser hohe Druck über die Öffnung 5 des Schaltgerätes 1, im einzelnen über die Gehäuseverlängerung 10 auf den Sensor 3 bzw. auf den Sensorträger 12. Die daraus resultierende Kraft - Druck mal dem Druck ausgesetzte Fläche des Sensorträgers 12 - muß "abgefangen" werden, also von dem mit der Einrichtung bzw. der Anlage verschraubten Gehäuse 2 des Schaltgerätes 1 aufgenommen werden. Im dargestellten Ausführungsbeispiel ist nun zwischen dem Gehäuse 2 bzw. zwischen dem Schaltgehäuseteil 7 einerseits und dem Sensorträger 12 andererseits eine Kraftübertragungsscheibe 20 vorgesehen. Der Sen­ sorträger 12 ist dabei mit einer die Kraftübertragungsscheibe 20 überwiegend auf­ nehmenden, senkrecht zur Gehäuselängsachse 15 verlaufenden Ausnehmung 21 ver­ sehen, wie dies die Fig. 1, insbesondere aber die Fig. 2 und 3 zeigen. Der Außen­ durchmesser des Sensorträgers 12 ist - von seiner dem Sensor 3 nahen Stirnseite 13 gesehen - hinter der Ausnehmung 21 bzw. hinter der Kraftübertragungsscheibe 20 geringer als der Außendurchmesser vor der Ausnehmung 21 bzw. der Kraftübertra­ gungsscheibe 20. Wie insbesondere die Fig. 1 zeigt, stützt sich die Kraftübertra­ gungsscheibe 20 an der Stirnfläche 22 des Schaltungsgehäuseteils 7 ab.

Die zuvor im einzelnen erläuterte Kraftübertragungsscheibe 20 führt dazu, daß zwi­ schen dem - aus Kunststoff bestehenden - Sensorträger 12 und der Kraftübertra­ gungsscheibe 20 eine relativ geringere Flächenpressung entsteht. Demgegenüber be­ steht zwischen der Kraftübertragungsscheibe 20 und der Stirnfläche 22 des Schal­ tungsgehäuseteils 7 eine relativ hohe Flächenpressung, die jedoch problemlos ist, weil diese relativ hohe Flächenpressung von der - aus Metall bestehenden - Kraftübertra­ gungsscheibe 20 einerseits und der Stirnfläche 22 des auch aus Metall bestehenden Schaltungsgehäuseteils 7 ohne weiteres "verkraftet" werden kann.

Im übrigen zeigen die Fig. 1 und 4 insoweit eine bevorzugte Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Schaltgerätes 1, als unmittelbar vor dem Sensor 3 bzw. an der Stirnseite 13 des Sensorträgers 12 eine aus Kunststoff bestehende Distanzscheibe 23 vorgesehen ist.

Die Distanzscheibe 23, die kreisringförmig ausgeführt ist, stellt sicher, daß der in Fig. 1 angedeutete Kolben 24 einen durch die Distanzscheibe 23 vorgegebenen Abstand zum Sensor 3 bzw. zum Sensorträger 12 nicht unterschreiten kann, insbesondere nicht direkt auf den Sensor 3 bzw. auf den Sensorträger 12 aufschlagen kann.

Schließlich zeigen die in Fig. 1 und 4 noch insoweit eine besondere Ausführungsform des erfindungsgemäßen Schaltgerätes 1, bei dem der Sensor 3 als von außen be­ dampfbare Spule ausgeführt ist, als konzentrisch zum Sensor 3 ein paramagnetischer Dämpfungsring 25 vorgesehen ist. Damit hat es folgende Bewandtnis:

Der - aus Metall bestehende - Sensorgehäuseteil 6, vor allem die - ebenfalls aus Metall bestehende - Gehäuseverlängerung 10 führt zu einer - eigentlich ungewollten - Vor­ bedämpfung des Sensors 3. Diese Vorbedämpfung ist eigentlich stark abhängig von der relativen Lage des Sensors 3 zum Sensorgehäuseteil 6 bzw. zur Gehäuseverlän­ gerung 10. Diese Abhängigkeit der Vorbedämpfung wird durch die vom Dämpfungs­ ring 25, der aus Kupfer besteht, wesentlich abgeschwächt.

Claims (15)

1. Näherungsschalter (1), mit einem Gehäuse (2), mit einem von außen beeinflußbaren Sensor (3) und mit einem über den Sensor (3) beeinflußbaren Anwesenheitsindikator, wobei das Gehäuse (2) insbesondere zweiteilig ausgeführt ist, nämlich aus einem Sen­ sorgehäuseteil (6) und aus einem Schaltungsgehäuseteil (7) besteht, das Gehäuse (2) an seiner dem Sensor (3) nahen Stirnseite (4) eine Öffnung (5) aufweist und - von sei­ ner dem Sensor (3) nahen Stirnseite (4) gesehen - hinter dem Sensor (3) hochdruck­ dicht abgeschlossen ist, dadurch gekennzeichnet, daß ein kreiszylindrischer Sensor­ träger (12) vorgesehen ist, daß der Sensor (3) an der nach außen weisenden Stirnseite (13) des Sensorträgers (12) angeordnet ist, daß zwischen dem Gehäuse (2) oder zwi­ schen dem Sensorgehäuseteil (6) oder dem Schaltungsgehäuseteil (7) einerseits und dem Sensorträger (12) andererseits eine Kraftübertragungsscheibe (20) vorgesehen ist, daß der Sensorträger (12) mit einer die Kraftübertragungsscheibe (20) überwie­ gend aufnehmenden, senkrecht zur Gehäuselängsachse (15) verlaufenden Ausneh­ mung (21) versehen ist und daß der Außendurchmesser des Sensorträgers (12) - von seiner dem Sensor (3) nahen Stirnseite (13) gesehen - hinter der Ausnehmung (21) ge­ ringer ist als der Außendurchmesser vor der Ausnehmung (21).

2. Näherungsschalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Sensorge­ häuseteil (6) und das Schaltungsgehäuseteil (7) miteinander verschraubt sind.

3. Näherungsschalter nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Sensorge­ häuseteil (6) mit einem Innengewinde (8) und das Schaltungsgehäuseteil (7) mit ei­ nem dem Innengewinde (8) des Sensorgehäuseteils (6) zugeordneten Außengewinde (9) versehen sind.

4. Näherungsschalter nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse (2) oder zumindest das Sensorgehäuseteil (6) aus Metall besteht.

5. Näherungsschalter nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse (2) oder aber das Sensorgehäuseteil (6) an seiner dem Sensor (3) na­ hen Stirnseite (4) eine vorzugsweise konzentrisch zum Gehäuse (2) liegende, über den Sensor (3) hinausragende, vorzugsweise kreiszylindrische Gehäuseverlängerung (10) aufweist.

6. Näherungsschalter nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Gehäuse­ verlängerung (10) mit einem Außengewinde (11) versehen ist.

7. Näherungsschalter nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß der In­ nendurchmesser der Gehäuseverlängerung (10) kleiner ist als der Innendurchmesser des Gehäuses (2) bzw. des Sensorgehäuseteils (6).

8. Näherungsschalter nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Sensor (3) in einer Ausnehmung (14) des Sensorträgers (12) angeordnet und mit dem Sensorträger (12) vergossen ist.

9. Näherungsschalter nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Sensorträ­ ger (12) eine vorzugsweise parallel zur Gehäuselängsachse (15) verlaufende Lei­ tungsdurchführung (16) - zur Durchführung der Anschlußleitungen (17) des Sensors (3) - aufweist und sich die Leitungsdurchführung (16) in der vom Sensor (3) weg weisenden Richtung verjüngt.

10. Näherungsschalter nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Sensorträger (12) und dem Gehäuse (2) oder dem Sensorgehäuse­ teil (6) ein dem hochdruckdichten Abschluß des Gehäuses (2) dienender O-Ring (18) vorgesehen ist.

11. Näherungsschalter nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Sensor­ träger (12) eine umlaufende Aufnahmenut (19) aufweist und der O-Ring (18) im we­ sentlichen innerhalb der Aufnahmenut (19) des Sensorträgers (12) angeordnet ist.

12. Näherungsschalter nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß sich die Kraftübertragungsscheibe (20) an der Stirnfläche (22) des Schaltungsge­ häuseteils (7) abstützt.

13. Näherungsschalter nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß unmittelbar vor dem Sensor (3) eine aus Kunststoff bestehende Distanzscheibe (23) vorgesehen ist.

14. Näherungsschalter nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Distanz­ scheibe (23) kreisringförmig ausgeführt ist.

15. Näherungsschalter nach einem der Ansprüche 1 bis 14, wobei der Sensor (3) als von außen bedämpfbare Spule, vorzugsweise eines Schwingkreises, ausgeführt ist, dadurch gekennzeichnet, daß vorzugsweise konzentrisch zum Sensor (3) ein para­ magnetischer Dämpfungsring (25) vorgesehen ist.