EP4666037A1

EP4666037A1 - Schutzvorrichtung für sensoren

Info

Publication number: EP4666037A1
Application number: EP24703340.0A
Authority: EP
Inventors: Stefan Temme; Abdullah Karimi
Original assignee: Pepperl and Fuchs SE
Current assignee: Pepperl and Fuchs SE
Priority date: 2023-02-15
Filing date: 2024-02-02
Publication date: 2025-12-24
Also published as: CN120858270A; WO2024170303A1; DE102023103620A1

Abstract

Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist eine Schutzvorrichtung (1) für einen Näherungssensor (6), umfassend ein Gehäuse (17) mit einer Öffnung (4), über die der Näherungssensor (6) in das Gehäuse (17) eingeführt werden kann. Das Gehäuse (17) besteht aus mindestens einer Schicht eines plastisch oder elastisch verformbaren Werkstoffs, wodurch das Gehäuse (17) im Stande ist, die Schlagenergie, die durch einen Schlag auf das Gehäuse (17) wirkt, in Verformungsenergie umzuwandeln, so dass die Schlagenergie nicht auf den Näherungssensor (6) weitergeleitet wird. Dadurch wird eine Beschädigung des Näherungssensors (6) verhindert.

Description

Schutzvorrichtung für Sensoren

Die Erfindung betrifft eine Schutzvorrichtung für Sensoren nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 .

Sensoren sind Bauteile, mit denen chemische oder physikalische Eigenschaften erfasst werden können. Sensoren werden aber auch dafür verwendet, stoffliche Eigenschaften einer Umgebung qualitativ oder quantitativ zu erfassen.

Sollen Sensoren in Ex-Bereichen (Bereiche mit Explosionsgefahren) eingesetzt werden, so müssen diese eine Schlagprüfung bestehen, bei der sie einer bestimmten Schlagenergie ausgesetzt sind, weil in Ex-Bereichen keine Zündquellen entstehen dürfen. Dazu wird mit einem Schlaggewicht eine Schlagprüfung durchgeführt. Wird eine Schlagprüfung nach EN 60079-0 bzw. IEC 60079-0 durchgeführt, so wird der Schlag mit einer Energie von 6,867Joule (= ~7Joule im allgemeinen Sprachgebrauch) durchgeführt. Der Schlag kann aber auch mit einer reduzierten Energie von 3,924 Joule (= ~4 Joule im allgemeinen Sprachgebrauch) durchgeführt werden.

Die gewünschte Schlag- und Stoßfestigkeit eines Sensors kann durch zusätzliche Schutzeinrichtungen, wie beispielsweise Dämpfungs- und Federelemente, erreicht werden.

Aus DE 10 2012 223261 B4 und aus DE 10 2012 200 478 A1 ist ein solcher Näherungsschalter mit einer Schlag- und Stoßdämpfungseinrichtung bekannt, der ein Oberteil und ein Unterteil aufweist, wobei das Oberteil die vor Schlag und Stoß zu schützenden Bauteile enthält und das Unterteil zur Befestigung auf einer Auflagefläche dient, wobei zwischen dem Oberteil und dem Unterteil ein Dämpfungselement zur Dämpfung von Schlägen und Stößen angeordnet ist. Sensoren mit einer Schutzvorrichtung werden zum Beispiel auch in DE 20

2013 973 U1 , DE 10 2018 120 978 A1 und DE 100 65 384 A1 beschrieben.

Des Weiteren beschreibt DE 10 2015221 312 B3 einen induktiven Sensor mit einem zylindrischen Gehäuse aus steifem Material, das einen frontseitigen Deckel, ein Zylinderrohr und einen rückseitigen Stopfen mit einem elektrischem Anschluss, sowie einen zwischen dem Frontabschnitt und dem Zylinderrohr angeordneten ersten O-Ring, sowie einen zweiten O-Ring aufweist, wobei der zweite O-Ring durch eine ringförmige Nut im Frontabschnitt und eine Auflage im Zylinderrohr positioniert wird und durch Schlag oder Stoß auf den Frontabschnitt deformierbar ist, wobei der Frontabschnitt und das Zylinderrohr korrespondierende, als Anschlag dienende, frontseitige Aufweitungen aufweisen, wobei im unbelasteten Zustand ein Luftspalt zwischen der ersten im Stopfen befindlichen Aufweitung, und der zweiten im Zylinderrohr befindlichen Aufweitung vorhanden ist, wobei ein Verschiebeweg des Deckels von der Breite des Luftspalts bestimmt wird, und wobei der Verschiebeweg die Energie eines Schlages und/oder Stoßes dämpft.

Schließlich sind aus DE 102005 013 242 A1 , DE 10 2021 206 893 A1 und DE 10 2020 106 829 A1 Sensoren bekannt, die als Schutzvorrichtung ein Gehäuse aufweisen, das aus einem verformbaren Material besteht.

Die bekannten Schutzvorrichtungen werden jedoch für einen ganz bestimmten Sensor verwendet und sind deshalb nicht universell einsetzbar. Es muss also für jeden Sensor eine besondere auf diesen Sensor abgestimmte Schutzvorrichtung verwendet werden.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Schutzvorrichtung für Sensoren bereitzustellen, wobei die Schutzvorrichtung nicht nur eine verbesserte Schlag- und Stoßfestigkeit besitzt, sondern auch für Sensoren unterschiedlichen Aufbaus geeignet ist, ohne dass die Sensoren eine Schlag- und Stoßfestigkeit besitzen müssen. Diese Aufgabe wird nach den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst.

Die Erfindung betrifft somit eine Schutzvorrichtung für einen Sensor, wobei die Schutzvorrichtung ein Gehäuse mit einer Öffnung aufweist. Über diese Öffnung kann der Sensor in das Gehäuse der Schutzvorrichtung eingebracht wird. Dadurch ist der Sensor zumindest teilweise in einem Innenraum des Gehäuses angeordnet, womit der Sensor zumindest teilweise von dieser Schutzvorrichtung umgeben ist. Dadurch umgibt die Schutzvorrichtung zumindest den Teil (auch als aktive Fläche bezeichnet) des Sensors, der dem Schlag ausgesetzt ist. Das Gehäuse besteht aus mindestens einer Schicht eines plastisch oder elastisch verformbaren Werkstoffs. Diese zumindest eine Schicht des Gehäuses besteht aus einem Werkstoff, der eine Mindestverformbarkeit von mindestens 2 % und eine Härte im Bereich 10 Shore D bis 100 Shore D aufweist. Diese mindestens eine Schicht kann zudem durch Fasern sowie aus diesen Fasern hergestellte Gewebe bzw. Geflechte verstärkt sein.

Wird nun im Wege einer Schlagprüfung auf die Schutzvorrichtung ein Schlag ausgeübt, so kann die Schutzvorrichtung die Schlagenergie aufnehmen und in potentielle Verformungsenergie umwandeln. Dadurch wird verhindert, dass der Sensor beschädigt wird, weil die Schlagenergie nicht auf den Sensor weitergeleitet wird. Nachdem sich das Gehäuse durch den Schlag verformt hat, nimmt das Gehäuse wieder die ursprüngliche Form an. Diese Schutzvorrichtung kann für Sensoren unterschiedlichen Typs verwendet werden, wie zum Beispiel für Ultraschallsensoren, Näherungssensoren oder optischen Sensoren.

Die Schutzvorrichtung kann einteilig oder mehrteilig aufgebaut sein. So ist es beispielsweise möglich, dass die Schutzvorrichtung zweiteilig aufzubauen. In diesem Fall besteht die Schutzvorrichtung aus einem ersten, vorderen Schutzelement und einem zweiten, hinteren Schutzelement, so dass das Gehäuse von diesen beiden Schutzelementen gebildet wird. Durch diesen modularen Aufbau, ist es möglich, Sensoren unterschiedlicher Größe in der Schutzvorrichtung unterzubringen. Reicht beispielsweise die Größe des Gehäuses einer einteiligen Schutzvorrichtung nicht aus, um die aktiven Flächen eines Sensors in dieser Schutzvorrichtung unterzubringen, so kann ein weiteres Modul an das Gehäuse dieser Schutzvorrichtung angebracht werden, umso das Gehäuse dieser Schutzvorrichtung zu vergrößern.

In einem besonderen Ausführungsbeispiel kann die Schutzvorrichtung im Innenraum des Gehäuses der Schutzvorrichtung ein Innengewinde aufweisen. An diesem Innengewinde kann eine innere Hülse angeordnet werden, an der wiederum ein Sensor befestigt werden kann. Denkbar ist jedoch auch, dass an dieses Innengewinde des Gehäuses der entsprechende Sensor direkt angebracht wird.

Die innere Hülse verfügt über ein Außengewinde, so dass die innere Hülse über das Außengewinde an dem Innengewinde des Gehäuses befestigt werden kann. Gerade wenn die innere Hülse mindestens eine Schicht aus elastisch oder plastisch verformbarem Werkstoff aufweist, bildet diese Hülse ein zusätzliches Schlagschutzelement. Es versteht sich, dass diese zumindest eine Schicht auch durch Fasern verstärkt sein kann.

Im Innenraum der Schutzvorrichtung ist eine Befestigungsvorrichtung vorgesehen, über die der Sensor an der Schutzvorrichtung befestigt werden kann. Diese Befestigungsvorrichtung kann beispielsweise als federnde Aufhängung oder als Klemmelement ausgebildet sein. Auch kann die Befestigungsvorrichtung ein Innengewinde der inneren Hülse sein, so dass ein Sensor mit dem Innengewinde der inneren Hülse verschraubt werden kann.

Vorteilhafterweise ist zwischen dem zumindest teilweise in dem Gehäuse der Schutzvorrichtung angeordneten Sensor und einer Innenwandung des Gehäuses zumindest teilweise ein Spalt angeordnet ist, in dem sich ein Schlagschutzelement befindet. Dieses Schlagschutzelement weist eine Mindestverformbarkeit von mindestens 2 % und eine Härte im Bereich von 10 Shore D bis 100 Shore D auf. Bei diesem Schlagschutzelement kann es sich um einen geschäumten Werkstoff handeln. Möglich ist aber auch, ein gasförmiges Medium (zum Beispiel Luft) als Schlagschutzelement in dem Spalt vorzusehen.

Wie bereits erläutert, besteht das Gehäuse der Schutzvorrichtung aus mindestens einer Schicht eines plastisch oder elastisch verformbaren Werkstoffs. Als Werkstoff wird vorzugsweise ein vernetztes Elastomer, ein thermoplastisches Elastomer oder ein nachvernetztes thermoplastisches Elastomer verwendet. Diese mindestens eine Schicht kann zudem durch ein Fasersystem verstärkt sein. Anstelle eines Elastomers kann auch ein metallischer Werkstoff mit kubisch flächenzentrierter Gitterstruktur (beispielsweise Chrom-Nickel-Stähle, Chrom-Nickel-Molybdän-Stähle oder Chrom-Mangan-Molybdän-Stähle) eingesetzt werden.

So ist es beispielsweise möglich, dass das Gehäuse aus drei übereinander angeordneten Schichten besteht, wobei jede Schicht aus einem anderen Elastomer besteht. Dabei kann zum Beispiel nur eine Schicht, wie zum Beispiel die mittlere Schicht, durch ein Fasersystem verstärkt sein.

In einem anderen Beispiel kann das Gehäuse aus zwei Schichten bestehen, wobei eine innere Schicht, nämlich die dem Sensor zugewandte Schicht, aus einem nachvernetzten thermoplastischen Elastomer und die äußere Schicht aus einem metallischen Werkstoff mit kubisch flächenzentrierter Gitterstruktur (zum Beispiel einem Chrom-Mangan-Molybdän-Stahl oder einem Chrom- Mangan-Molybdän-Stahl bestehen. Dabei kann das nachvernetzte thermoplastische Elastomer zusätzlich durch Fasern verstärkt sein.

Diese Werkstoffe eignen sich besonders gut für die Schutzvorrichtung, weil sie eine große Verformbarkeit bei ausreichend hoher Steifigkeit (Schubmodul, Elastizitätsmodul) besitzen. Wird ein Schlag auf die Schutzvorrichtung ausgeführt, so verformt sich diese Schutzvorrichtung, weil diese Werkstoffe die Schlagenergie in Verformungsenergie umwandeln. Nach der Verformung nimmt die Schutzvorrichtung wieder ihre ursprüngliche Form an. Da die Schutzvorrichtung die Schlagenergie in Verformungsenergie umwandelt und so die Schlagenergie nicht auf den Sensor weiterleitet, wird eine Beschädigung des in der Schutzvorrichtung befindlichen Sensors verhindert.

Es wird explizit auch vorgeschlagen, mehrere Merkmale der einzelnen beschriebenen Ausführungsformen untereinander zu kombinieren.

Die vorliegende Erfindung wird im Folgenden anhand der beigefügten Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:

Figur 1 eine perspektivische Ansicht einer ersten Variante einer Schutzvorrichtung für einen Sensor;

Figur 2 eine perspektivische Ansicht einer Anordnung aus der Schutzvorrichtung nach Figur 1 sowie einem Sensor;

Figur 3 einen Längsschnitt durch die in Figur 2 gezeigte Anordnung aus Schutzvorrichtung und Sensor;

Figur 4a eine perspektivische Ansicht einer zweiten Variante einer Schutzvorrichtung für einen Sensor;

Figur 4b einen Schnitt durch die in Figur 4a gezeigten Schutzvorrichtung und

Figur 5 eine perspektivische Ansicht einer dritten Variante einer Schutzvorrichtung für einen Sensor.

In Figur 1 ist eine erste Variante einer Schutzvorrichtung 1 für einen Sensor dargestellt. Die Schutzvorrichtung 1 ist zweiteilige ausgebildet ist und besteht aus einem ersten, vorderen Schutzelement 2 und einem zweiten, hinteren Schutzelement 3. Das erste, vordere Schutzelement 2 und das zweite, hintere Schutzelement 3 bilden zusammen ein Gehäuse 17. Die Schutzvorrichtung 1 besitzt im hinteren Schutzelement 3 eine Öffnung 4 in die ein Sensor (nicht dargestellt) zumindest teilweise in die Schutzvorrichtung 1 eingebracht werden kann. Damit ist die Schutzvorrichtung 1 als Schutzhaube ausgebildet. Das vordere Schutzelement 2 besteht aus mindestens einer Schicht, das einen Werkstoff enthält, der gut verformbar ist und zugleich eine große Dehnbarkeit bei ausreichend hoher Steifigkeit (Schubmodul, Elastizitätsmodul) besitzt. Diese zumindest eine Schicht kann durch ein Fasersystem verstärkt sein. Werkstoffe, die sich für diese mindestens eine Schicht eignen, sind zum Beispiel vernetzte Elastomere (zum Beispiel FKM (Fluorkautschuk), HNBR (Acrylnitril-Butadien-Kautschuk) oder EPDM (Ethylen-Propylen-Dien-Kautschuk)), thermoplastische Elastomere (wie beispielsweise TPE-E, TPE-O, TPE-A, TPE-ll) oder nachvernetzte thermoplastische Elastomere (wie zum Beispiel TPE-V). <Generell ist es aber auch möglich Stähle einzusetzen, insofern diese gut dehnbar sind, wie zum Beispiel metallische Werkstoffe mit kubisch flächenzentrierter Gitterstruktur (wie beispielsweise Chrom-Nickel-Stähle, Chrom-Nickel-Molybdän-Stähle, Chrom-Mangan-Stähle oder Chrom-Mangan-Molybdän-Stähle).

Besteht das vordere Schutzelement 2 aus mehreren Schichten, so kann jede dieser Schichten einen anderen gut verformbaren Werkstoff enthalten, wobei jede Schicht wiederum durch ein Fasersystem verstärkt sein kann. Damit ein Sensor (nicht dargestellt), der sich in der Schutzvorrichtung 1 befindet in eine Vorrichtung (nicht dargestellt), wie beispielsweise eine Industrieanlage, eingebaut werden kann, besitzt das Schutzelement 2 ein Außengewinde 5.

Als Werkstoff für das hintere Schutzelement 3 eignen sich ebenfalls Werkstoffe, die gut verformbar sind und zugleich eine hohe Bruchdehnung bei ausreichend hoher Steifigkeit (Elastizitätsmodul und Schubmodul) aufweisen. Diese Werkstoffe können plastisch oder elastisch verformbar sein.

Als Werkstoffe eignen sich beispielsweise vernetzte Elastomere (zum Beispiel FKM (Fluorkautschuk), HNBR (Acrylnitril-Butadien-Kautschuk) oder EPDM (Ethylen-Propylen-Dien-Kautschuk)), thermoplastische Elastomere (wie beispielsweise TPE-E, TPE-O, TPE-A, TPE-ll) oder nachvernetzte thermoplastische Elastomere (wie zum Beispiel TPE-V). Das hintere Schutzelement 3 kann, wie auch das vordere Schutzelement 2, aus einer Schicht oder aus mehreren Schichten aus verformbarem Werkstoff bestehen, wobei jede Schicht durch ein Fasersystem verstärkt sein kann. Generell ist es aber auch möglich, in einer Schicht anstelle eines Elastomers einen metallischen Werkstoff anzuordnen, insofern dieser metallische Werkstoff gut dehnbar ist. Dazu sind metallische Werkstoffe mit kubisch flächenzentrierter Gitterstruktur besonders gut geeignet. Solche metallischen Werkstoffe können beispielsweise Chrom-Nickel-Stähle, Chrom-Nickel-Molybdän-Stähle, Chrom- Mangan-Stähle oder Chrom-Mangan-Molybdän-Stähle sein.

Sowohl das vordere Schutzelement 2 als auch das hintere Schutzelement 3 bilden damit aktive Flächen, die einer Schlagprüfung unterzogen werden können. Zusammen bilden das vordere Schutzelement 2 und das hintere Schutzelement 3 das Gehäuse 17, welches den Sensor (in Figur 1 nicht gezeigt) zumindest teilweise umgibt. Wird auf die als aktive Flächen ausgebildeten Schutzelemente 2, 3 im Wege einer Schlagprüfung ein Schlag ausgeführt, so wird die entsprechende aktive Fläche (Schutzelement 2 bzw. Schlüsselelement 3) durch die auf sie wirkende Schlagenergie verformt, weil die aktive Fläche die Schlagenergie in Verformungsenergie umwandelt. Nach Verformung der aktiven Fläche durch den Schlag, kann diese aktive Fläche wieder ihre ursprüngliche Form annehmen.

Soll nur das vordere Schutzelement 2 eine aktive Fläche bilden, so kann das hintere Schutzelement 3 auch aus einem anderen Werkstoff bestehen, wie zum Beispiel aus hartem Kunststoff.

Die Schutzvorrichtung 1 nach Figur 1 ist länglich aufgebaut, so dass sich die Schutzvorrichtung 1 insbesondere für stabförmige, zum Beispiel für zylindrische Sensoren, eignet. Die Schutzvorrichtung 1 kann aber auch andere Formen besitzen. Beispielsweise kann die Schutzvorrichtung auch kastenförmig, zum Beispiel würfelförmig, aufgebaut sein, so dass in eine solche Schutzvorrichtung 1 ein kastenförmiger Sensor eingesetzt werden kann. Wichtig bei diesen Schutzvorrichtungen ist lediglich, dass sie den Teil eines Sensors umgeben, auf den bei einer Schlagprüfung ein Schlag ausgeübt werden kann. Durch diese Schutzvorrichtungen wird verhindert, dass der Schlag direkt auf den Sensor erfolgt. Da die Schutzvorrichtung zumindest aus einer Schicht aus einem verformbaren Werkstoff besteht, kann die Schutzvorrichtung die Schlagenergie in Verformungsenergie umwandeln, wodurch verhindert wird, dass die Schlagenergie auf den Sensor weitergeleitet wird und dass der Sensor durch den Schlag beschädigt wird. Damit ein Sensor fest in der Schutzvorrichtung 1 sitzt, besitzt die Schutzvorrichtung 1 im Inneren des Gehäuses 17 eine Befestigungsvorrichtung (in Figur 1 nicht zu sehen), mit der ein Sensor in der Schutzvorrichtung 1 fixiert werden kann. Bei solchen Befestigungsvorrichtungen kann es sich um Klemmvorrichtungen, Steckverbindungen oder ein Gewinde handeln. Dieses Gewinde kann mit einem Gegengewinde des Sensors in Eingriff gebracht werden.

In Figur 2 ist die zweiteilige Schutzvorrichtung 1 nach Figur 1 gezeigt, in die ein stabförmiger Sensor (nicht zu sehen, weil dieser sich in der Schutzvorrichtung 1 befindet) angeordnet ist. An dem Sensor ist ein Steckeranschluss 19 mit einem elektrischen Anschluss 7 angebracht, die zumindest teilweise in dem hinteren Schutzelement 3 der Schutzvorrichtung 1 angeordnet ist. Dazu wurde der Sensor in die Öffnung 4 eingeschoben, so dass der Sensor in der Schutzvorrichtung 1 sitzt. Der Sensor und die Schutzvorrichtung 1 bilden zusammen eine Anordnung 8. Da der Sensor von der Schutzvorrichtung 1 umgeben ist, ist es nicht erforderlich, dass der Sensor aus einem Gehäuse aus verformbarem Werkstoff besteht, weil die Schutzvorrichtung 1 bereits aus mindestens einer Schicht eines solchen Werkstoffs besteht, das gut verformbar ist und zugleich eine große Dehnbarkeit bei ausreichend hoher Steifigkeit (Schubmodul, Elastizitätsmodul) aufweist. Wird somit die Schutzvorrichtung 1 einer Schlagprüfung ausgesetzt, so nimmt die Schutzvorrichtung 1 die Schlagenergie vollständig auf, so dass die Schlagenergie nicht auf den in der Schutzvorrichtung 1 angeordneten Sensor weitergeleitet wird. Durch diese Schutzvorrichtung 1 wird daher verhindert, dass der Sensor bei einem Schlag beschädigt wird. Figur 3 zeigt einen Längsschnitt durch die in Figur 2 dargestellte Anordnung 8 aus der Schutzvorrichtung 1 und dem darin angeordneten Sensor 6. An dem Sensor 6 ist der Steckeranschluss 19 mit dem elektrischen Anschluss 7 befestigt. Auf den spezifischen Aufbau des Sensors 6 wird im Folgenden nicht näher eingegangen, weil es sich bei den Sensoren, die der Schutzvorrichtung 1 angeordnet werden können, auch um bereits bekannte Sensoren handeln kann. Wichtig bei den Sensoren ist lediglich, dass sie stabförmige sind, damit sie in der Schutzvorrichtung 1 über eine Befestigungsvorrichtung befestigt werden können. Dass die Sensoren - wie in diesem Ausführungsbeispiel - zylinderförmig sind, ist nicht erforderlich.

Der Sensor 6 ist mit einer Frontseite 9 bis zu einem Frontabschnitt 10 des ersten Schutzelements 2 der als Schutzhaube ausgebildeten Schutzvorrichtung 1 eingebracht. Der Frontabschnitt 10 ist in Richtung des Sensors 6 gewölbt, so dass ein Prüfkörper 41 bei einem Schlag auf die Frontseite 10 diesen gewölbten Bereich nicht berühren kann, ohne dass zuvor eine Verformung des ersten Schutzelements 2 stattfindet. Durch diesen gewölbten Bereich wird somit zusätzlich verhindert, dass der Prüfkörper 41 direkt mit dem Frontabschnitt 9 des Sensors 6 bei einem Schlag in Kontakt kommt.

Das hintere Schutzelement 3 ist in das vordere Schutzelement 2 eingeschraubt. In den Innenraum 18 der Schutzvorrichtung 1 ist eine innere Hülse 11 angeordnet. Diese innere Hülse 11 besitzt ein Außengewinde 12, über das die innere Hülse 11 mit einem Innengewinde 13 der Schutzvorrichtung 1 verschraubt werden kann. Dieses Innengewinde 13 ist an dem hinteren Schutzelement 3 und an dem vorderen Schutzelement 2 zumindest teilweise angeordnet. Es versteht sich, dass dieses Innengewinde 13 auch nur an dem vorderen Schutzelement 2 oder aber nur an dem hinteren Schutzelement 3 vorgesehen sein kann.

Die innere Hülse 13 besitzt zusätzlich eine Befestigungsvorrichtung, an der der Sensor 6 in der Schutzvorrichtung 1 befestigt werden kann. In diesem Ausführungsbeispiel ist die Befestigungsvorrichtung als Innengewinde (nicht zu sehen) ausgebildet, die in einem Innenbereich der inneren Hülse 11 angeordnet ist, wodurch der Sensor 6 in die Schutzvorrichtung 1 eingeschraubt werden kann. Dazu besitzt der Sensor 6 ein Außengewinde (nicht zu sehen). Solche Sensoren mit einem Außengewinde sind bekannt. Jedoch werden diese Sensoren nun nicht mehr direkt in eine Vorrichtung, zum Beispiel in eine Industrieanlage, eingeschraubt, sondern es wird die Schutzvorrichtung 1 mit dem darin angeordneten Sensor in eine solche Vorrichtung eingeschraubt. Eine solche Vorrichtung ist der Übersicht halber in der Figur 3 nicht gezeigt.

Damit die Schutzvorrichtung 1 in der Vorrichtung befestigt werden kann, besitzt die Schutzvorrichtung 1 das Außengewinde 5, so dass die Anordnung 8 aus Schutzvorrichtung 1 und Sensor 6 einfach in eine solche Vorrichtung angeordnet oder wieder entfernt werden kann.

Denkbar ist natürlich auch, dass der Sensor 6 direkt an dem Innengewinde 13 angebracht wird. In diesem Fall kann auf die Hülse 11 verzichtet werden. Vorteilhaft bei der Hülse 11 ist jedoch, dass diese als zusätzliches Schlagschutzelement dient - insbesondere wenn die Hülse 11 aus mindestens einer Schicht aus einem verformbaren Werkstoff besteht -, weshalb es vorteilhaft ist, diese innere Hülse vorzusehen und den Sensor 6 nicht direkt an dem Innengewinde 13 zu befestigen, was natürlich auch möglich wäre.

Damit sich die aktive Flächen, d.h. das hintere Schutzelement 3 bzw. das vordere Schutzelement 2, in Richtung des Sensors 6 verformen kann, ohne mit diesem Sensor 6 bei der Verformung in Berührung zu kommen, ist - als zusätzlicher Schlagschutz - zumindest teilweise zwischen dem Sensor 6 und einer Innenwandung 14 der Schutzvorrichtung 1 ein Spalt 15 vorgesehen. Dieser Spalt 15 ist insbesondere dort vorgesehen, wo die Schlagprüfung mittels des Schlagprüfkörpers durchgeführt wird. Dieser Spalt 15 ist mit einem zusätzlichen Schlagschutzelement 16 gefüllt. Bei diesem zusätzlichen Schlagschutzelement 16 handelt es sich vorzugsweise um ein Gas (zum Beispiel Luft oder ein Inertgas) oder um einen geschäumten Werkstoff (zum Beispiel Schaumharz). Ein Gas eignet sich deshalb gut als Schlagschutzelement 16, weil es kompressibel ist. Vorteilhafterweise weist der geschäumte Werkstoff eine Mindestverformbarkeit von mindestens 2 % auf. Besonders geeignet sind geschäumte Werkstoffe, die eine Härte im Bereich von 10 Shore D bis 100 Shore D aufweisen. Solche Werkstoffe weisen neben der Mindestvoraussetzung einer guten Dehnbarkeit zugleich eine ausreichend hohe Werkstoffsteifigkeit (Elastizitätsmodul und Schubmodul) auf. Dieses Schlagschutzelement 16 kann die Schlagenergie somit ebenfalls in Verformungsenergie umwandeln. Dadurch wird gewährleistet, dass durch die Verformung der aktiven Fläche der Schutzvorrichtung 1 in Richtung des Sensors 6, die Verformungsenergie an das Schlagschutzelement 16 weitergeleitet wird, das sich ebenfalls verformen kann. So wird verhindert sowohl das Gehäuse 17 der Schutzvorrichtung 1 als auch das Schlagschutzelement 16, dass die Schlagenergie auf den Sensor 6 weitergeleitet und dieser beschädigt wird. Weil letztendlich auch die Schutzvorrichtung 1 als Schlagschutzelement dient, kann die Schutzvorrichtung 1 als erstes Schlagschutzelement 1 und das Schlagschutzelement 16 als zweites Schlagschutzelement 16 angesehen werden.

Besonders vorteilhaft ist, wenn auch die innere Hülse 11 aus zumindest einer Schicht aus einem Werkstoff besteht, der gut verformbar ist und zugleich eine hohe Bruchdehnung bei ausreichend hoher Steifigkeit (Elastizitätsmodul und Schubmodul) aufweist. Diese zumindest eine Schicht der inneren Hülse 11 kann auch durch ein Fasersystem verstärkt sein, falls diese zumindest eine Schicht aus einem Elastomer besteht. Dadurch kann die innere Hülse 11 die Verformungsenergie der aktiven Fläche der Schutzvorrichtung 1 ebenfalls aufnehmen, womit verhindert wird, dass der Sensor 6 beschädigt wird. Nachdem die innere Hülle 11 die von den aktiven Flächen an sie weitergeleitete Schlagenergie aufgenommen hat und sich dadurch verformt hat, kann die innere Hülle 11 wieder ihre ursprüngliche Form annehmen. Die Hülse 11 stellt in diesem Fall ein zusätzliches, drittes Schlagschutzelement dar.

Figur 4a zeigt eine Schutzvorrichtung 20, die einteilig ausgebildet ist, womit die Schutzvorrichtung 20 gleichzeitig auch das Gehäuse bildet. Diese Schutzvorrichtung 20 besteht aus einem Werkstoff, der gut verformbar ist und zugleich eine hohe Bruchdehnung bei ausreichend hoher Steifigkeit (Elastizitätsmodul und Schubmodul) aufweist. Als Werkstoff für die Schutzvorrichtung 20 eignen sich beispielsweise vernetzte Elastomere (zum Beispiel FKM (Fluorkautschuk), HNBR (Acrylnitril-Butadien-Kautschuk) oder EPDM (Ethylen-Propylen-Dien-Kautschuk)), thermoplastische Elastomere (wie beispielsweise TPE-E, TPE-O, TPE-A, TPE-ll) oder nachvernetzte thermoplastische Elastomere (wie zum Beispiel TPE-V). Diese Elastomere können zusätzlich durch ein Fasersystem verstärkt werden. Zudem können Stähle verwendet werden, insofern diese gut dehnbar sind, wie dies bei metallischen Werkstoffen mit kubisch flächenzentrierter Gitterstruktur (wie beispielsweise Chrom-Nickel-Stähle, Chrom-Nickel-Molybdän-Stähle, Chrom- Mangan-Stähle oder Chrom-Mangan-Molybdän-Stähle) der Fall ist. Auch diese Schutzvorrichtung 20 kann aus einer Schicht oder aus mehreren Schichten aus verformbarem Material bestehen.

Die Schutzvorrichtung 20 weist ein Außengewinde 21 auf, mit dem die Schutzvorrichtung 20 in einer Vorrichtung, zum Beispiel einer industriellen Anlage, eingeschraubt werden kann. Eine solche Vorrichtung ist in Figur 4 nicht dargestellt.

Gegenüber einem Frontabschnitt 22 der Schutzvorrichtung 20 ist eine Öffnung 23 vorgesehen, in die ein Sensor eingebracht werden kann. In einem Innenbereich der Schutzvorrichtung 20 ist eine Befestigungsvorrichtung für das Befestigen des Sensors angeordnet. Diese Befestigungsvorrichtung ist in Figur in Figur 4b gezeigt. Dort ist ein Schnitt durch die in Figur 4a dargestellte Schutzvorrichtung 20 gezeigt. Die Befestigungsvorrichtung 26 umfasst mehrere Gewinde-Halte-Stege 37 bis 40, die mit einem Gehäuse 27 des in der Schutzvorrichtung 20 angeordneten Sensors 28 in Eingriff gebracht sind. Die Gewinde-Halte-Stege 37 bis 40 sind so schmal, so dass sie wie eine Biegefeder eine gewisse axiale Verformung der Schutzvorrichtung 20 ermöglichen. Die Gewinde-Halte-Stege 37 bis 40 bilden somit ein Schlagschutzelement. Wie in der Figur 4b zu erkennen, überbrücken die Gewinde-Halte-Stege 37 bis 40 einen Spalt 42, der sich zwischen dem Sensor 28 und der Schutzvorrichtung 20 befindet. Dieser Spalt 42 ist mit einem Gas, zum Beispiel Luft, gefüllt. Weil das Gas kompressibel ist, bildet es ein zusätzliches Schlagschutzelement.

Damit kann sich der Sensor 28 bei einem Schlag relativ zur Schutzvorrichtung 20 bewegen, womit verhindert wird, dass die Schlagenergie auf den Sensor 28 weitergeleitet und der Sensor 28 beschädigt wird.

Die Schutzvorrichtung 20 weist einen in Längsrichtung A verlaufenden, spiralförmigen Einschnitt 24 auf, der als spiralförmiger Spalt 24 ausgebildet ist. Wird ein Schlag auf den Frontabschnitt 22 der Schutzvorrichtung 20 durchgeführt, so bildet der als Spalt ausgebildete Einschnitt 24 ein zusätzliches Schlagschutzelement, weil sich die Schutzvorrichtung 20 in den Einschnitt 24 hinein verformen kann. Anstelle dieses spiralförmigen Einschnitts 24 können auch mehrere in Querrichtung verlaufende Einschnitte vorgesehen sein, die entweder parallel zueinander oder versetzt zueinander angeordnet sein können. Eine solche Anordnung aus mehreren quer verlaufenden Einschnitten ist nicht dargestellt.

Der Frontabschnitt 22 der Schutzvorrichtung 20 ist in Richtung des Sensors 28 ebenfalls gewölbt, so dass ein Prüfkörper (nicht gezeigt) bei einem Schlag auf die Frontseite 22 diesen gewölbten Bereich nicht berühren kann, ohne dass zuvor eine Verformung der Schutzvorrichtung 20 stattfindet. Durch diesen gewölbten Bereich wird somit zusätzlich verhindert, dass der Prüfkörper direkt mit einem Frontabschnitt 29 des Sensors 28 bei einem Schlag in Kontakt kommt.

In Figur 5 ist eine weitere Variante einer Schutzvorrichtung 30 dargestellt, die ein Gehäuse 43 mit einer Öffnung 31 aufweist. Diese Schutzvorrichtung 30 eignet sich für kastenförmige Sensoren, die über die Öffnung 31 zumindest teilweise in die Schutzvorrichtung 30 eingebracht werden. In einem Innerraum 44 der Schutzvorrichtung 30 befindet sich eine Befestigungsvorrichtung (nicht zu sehen) für einen Sensor (ebenfalls nicht dargestellt), wobei diese Befestigungsvorrichtung beispielsweise als eine federnde Aufhängung oder als ein Klemmelement ausgebildet sein kann. Die Schutzvorrichtung 30 besteht - wie auch die anderen Schutzvorrichtungen 1 , 20 - aus zumindest einer Schicht aus einem plastisch oder elastisch verformbaren Werkstoff. Diese zumindest eine Schicht kann bei Bedarf auch durch Fasersystem verstärkt sein. Als Werkstoffe für die Schutzvorrichtung 30 eignen sich beispielsweise vernetzte Elastomere (zum Beispiel FKM (Fluorkautschuk), HNBR (Acrylnitril-Butadien-Kautschuk) oder EPDM (Ethylen-Propylen-Dien-Kautschuk)), thermoplastische Elastomere (wie beispielsweise TPE-E, TPE-O, TPE-A, TPE-ll) oder nachvernetzte thermoplastische Elastomere (wie zum Beispiel TPE-V). Auch können Stähle eingesetzt werden, insofern diese gut dehnbar sind, wie zum Beispiel metallische Werkstoffe mit kubisch flächenzentrierter Kristallstruktur. Solche metallischen Werkstoffe sind beispielsweise Chrom-Nickel-Stähle, Chrom- Nickel-Molybdän-Stähle, Chrom-Mangan-Stähle oder Chrom-Mangan- Molybdän-Stähle.

All diese Werkstoffe können bei einer Schlagprüfung die Schlagenergie eines Schlags aufnehmen und in Verformungsenergie umwandeln. Dadurch verformt sich die Schutzvorrichtung 30 kurzfristig, nimmt dann aber wieder ihre ursprüngliche Form an.

Die Schutzvorrichtung 30 weist mehrere Stege 32, 33, 34 mit jeweils einer Durchführung 35, 36 auf, durch die ein Verbindungsmittel hindurchgeführt werden kann, um die Schutzvorrichtung 30 mit dem darin befestigten Sensor an einer industriellen Anlage oder einer anderen Vorrichtung (nicht dargestellt) zu befestigen. In diesem Fall umfasst die Schutzvorrichtung 30 vier Stege, wobei nur die drei Stege 32, 33, 34 zu sehen sind. Diese Stege bilden ein Schlagschutzelement.

Vorteilhaft ist somit, dass Schutzvorrichtungen bereitgestellt werden können, in die ein Sensor zumindest teilweise angeordnet werden kann, der nicht über die geforderte Schlagfestigkeit verfügen muss, womit diese Schutzvorrichtungen universell eingesetzt werden können. Von Vorteil ist zudem, dass die Schutzvorrichtungen verschiedene Formen besitzen können, so dass auch Sensoren unterschiedlichsten Aufbaus in die entsprechend ausgebildeten Schutzvorrichtungen eingesetzt werden können. Die Anpassung einer Schutzvorrichtung an einen speziellen Sensor ist damit nicht mehr erforderlich.

All diese Schutzvorrichtungen weisen zumindest eine Schicht aus verformbarem Material auf, wobei dieses Material plastisch oder elastisch verformbar ist. Die zumindest eine Schicht kann zusätzlich durch Fasern verstärkt sein, wobei sich als Material für solche Fasern beispielsweise Polyarylamide, Aramide oder auch Polyethylen sowie aus diesen Fasern hergestellte Gewebe bzw. Geflechte eignet. Auch können Stahlfasern verwendet werden, insofern es sich nicht um induktive Näherungssensoren insofern handelt

Das Gehäuse dieser Schutzvorrichtungen kann einteilig oder mehrteilig aufgebaut sein. So ist es beispielsweise möglich, wie dies beispielsweise bei der Schutzvorrichtung 1 der Fall ist, das Gehäuse 17 zweiteilig auszubilden.

Bezugszeichenliste

Schutzvorrichtung

Schutzelement

Öffnung

Außengewinde

Sensor

Elektrischer Anschluss

Anordnung

Frontseite

Frontabschnitt

Innere Hülse

Außengewinde

Innengewinde

Innenwandung

Spalt

Schlagschutzelement

Gehäuse

Innenraum

Steckeranschluss

Schutzvorrichtung

Außengewinde

Frontabschnitt der Schutzvorrichtung 20

Öffnung Spiralförmiger Spalt

Innenraum

Befestigungsvorrichtung

Gehäuse

Sensor

Frontabschnitt des Sensors 28

Schutzvorrichtung

Öffnung

Steg

Durchführung

Gewinde-Halte-Steg

Prüfkörper

Spalt

Gehäuse

Innenraum

Claims

Patentansprüche

1 . Schutzvorrichtung (1 , 20, 30) für einen Sensor (6), umfassend ein Gehäuse (17, 43) mit einer Öffnung (4, 23, 31 ), über die der Sensor (6) in das Gehäuse (17, 43) einführbar ist, wobei das Gehäuse (17, 43) mindestens eine Schicht eines verformbaren Werkstoffs aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass der verformbare Werkstoff eine Mindestverformbarkeit von mindestens 2 % und eine Härte im Bereich von 10 Shore D bis 100 Shore D aufweist.

2. Schutzvorrichtung (1 , 20, 30) nach Patentanspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (17, 43) der Schutzvorrichtung (1 , 20, 30) einteilig oder mehrteilig ausgebildet ist.

3. Schutzvorrichtung (1 ) nach Patentanspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (17) der Schutzvorrichtung (1 ) zweiteilig aufgebaut ist, wobei das Gehäuse (17) aus einem ersten, vorderen Schutzelement (2) sowie einem zweiten, hinteren Schutzelement (3) besteht.

4. Schutzvorrichtung (1 ) nach Patentanspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass in einem Innenraum (18) des Gehäuses (17) der Schutzvorrichtung (1 ) ein Innengewinde (13) angeordnet ist.

5. Schutzvorrichtung (1 ) nach Patentanspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass im Innenraum (18) des Gehäuses (17) eine innere Hülse (11 ) angeordnet ist, die ein Außengewinde (12) aufweist, so dass die innere Hülse (11 ) über das Außengewinde (12) an dem Innengewinde (13) des Gehäuses (17) befestigt ist.

6. Schutzvorrichtung (1 , 20, 30) nach Patentanspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass im Innenraum (18, 44) des Gehäuses (17, 43) eine Befestigungsvorrichtung angeordnet ist, über die ein Sensor in der Schutzvorrichtung (1 , 20, 30) befestigbar ist.

7. Schutzvorrichtung (1 ) nach Patentanspruch 5 und 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Befestigungsvorrichtung ein Innengewinde einer inneren Hülse (11 ) ist.

8. Schutzvorrichtung (20, 30) nach Patentanspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Befestigungsvorrichtung ein Klemmelement ist oder dass die Befestigungsvorrichtung mindestens ein Steg (32 bis 34) ist.

9. Schutzvorrichtung (1 ) nach Patentanspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Sensor (6) und einer Innenwandung (14) der Schutzvorrichtung (1 ) zumindest teilweise ein Spalt (15) angeordnet ist, wobei in dem Spalt (15) ein Schlagschutzelement (16) angeordnet ist.

10. Schutzvorrichtung (1 ) nach Patentanspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Schlagschutzelement (16) ein Gas, mindestens ein Steg (32 bis 34) oder ein geschäumter Werkstoff ist.

11 . Schutzvorrichtung (1 ) nach Patentanspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass der geschäumte Werkstoff eine Mindestverformbarkeit von mindestens 2 % und eine Härte im Bereich von 10 Shore D bis 100 Shore D aufweist.

12. Schutzvorrichtung (1 , 20, 30) nach Patentanspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der Werkstoff der mindestens einen Schicht des Gehäuses (17, 43) ein vernetztes Elastomer, ein thermoplastisches Elastomer, ein nachvernetztes thermoplastisches Elastomer oder ein metallischer Werkstoff mit kubisch flächenzentrierter Gitterstruktur ist.

13. Schutzvorrichtung (20) nach Patentanspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Einschnitt (24) in der Schutzvorrichtung (20) ein Schlagschutzelement (24) bildet.