WO2007131374A1 - Näherungsschalter und verfahren zum kontaktieren eines sensorprints - Google Patents

Näherungsschalter und verfahren zum kontaktieren eines sensorprints Download PDF

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WO2007131374A1
WO2007131374A1 PCT/CH2007/000226 CH2007000226W WO2007131374A1 WO 2007131374 A1 WO2007131374 A1 WO 2007131374A1 CH 2007000226 W CH2007000226 W CH 2007000226W WO 2007131374 A1 WO2007131374 A1 WO 2007131374A1
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contact
housing
proximity switch
sensor
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PCT/CH2007/000226
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French (fr)
Inventor
Bernd Jenne
Burkhard Reetmeyer
Original Assignee
Baumer Electric Ag
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Publication date
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    • H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03K—PULSE TECHNIQUE
    • H03K17/00—Electronic switching or gating, i.e. not by contact-making and –breaking
    • H03K17/94—Electronic switching or gating, i.e. not by contact-making and –breaking characterised by the way in which the control signals are generated
    • H03K17/945—Proximity switches
    • H03K17/95—Proximity switches using a magnetic detector
    • H03K17/9505—Constructional details
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01D—MEASURING NOT SPECIALLY ADAPTED FOR A SPECIFIC VARIABLE; ARRANGEMENTS FOR MEASURING TWO OR MORE VARIABLES NOT COVERED IN A SINGLE OTHER SUBCLASS; TARIFF METERING APPARATUS; MEASURING OR TESTING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01D11/00—Component parts of measuring arrangements not specially adapted for a specific variable
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    • H03K2017/9455—Proximity switches constructional details

Definitions

  • the invention relates to proximity switches and a method for contacting a Sensorprints according to the features of the claims 1 and 6.
  • Proximity sensors and distance sensors which detect the distance of objects by means of different physical principles and generate a digital or analog electrical output signal as a function of the object distance, often comprise a cylindrical or a cuboid housing made of metal or plastic.
  • a thread for attaching the sensor to a machine part is usually formed on the outer lateral surface.
  • Inductive proximity switches and position sensors usually comprise an oscillator with a coil inserted into a ferrite core, an evaluation stage and an output amplifier.
  • the coil is arranged in the region of the one sleeve end, wherein the coil unit is usually covered by means of a plastic or ceramic cap arranged flush with the sleeve or projecting beyond the sleeve.
  • a print or a printed circuit board with those for controlling the oscillator and for evaluating the Sensor measured size required components arranged.
  • the printed circuit board may be fastened to the pot core, for example, by means of mechanical connecting means.
  • the ends of the coil wire are electrically connected in such known sensors by soldering with contact surfaces on the print. At the opposite end of the print ' further contact surfaces for soldering a connection plug or a cable are formed. These form the interface of the sensor to the outside.
  • the interior of the housing is e.g. Poured from the connection side with a hardening casting resin, after the print and the coil unit has been inserted into the sleeve and the end cap has been placed on the front side. Subsequently, the rear end plug is placed with the outwardly guided contacts on the sleeve.
  • slightly different methods for assembling such sensors are also known.
  • the production or the assembly of such conventional sensors is relatively complicated and expensive due to the solder joints required for the contacting of the sensor element and the sensor interface and due to the casting with a casting resin.
  • the invention is based on the idea to dispense with solder joints when connecting sensor elements and / or contact elements for the sensor interface and instead to use solderless connection means such as spring and / or terminal contacts.
  • solderless connection means such as spring and / or terminal contacts.
  • the manufacturing process of the sensors can be significantly simplified.
  • suitable spring and terminal contacts sufficiently good electrical connections between the print and sensor elements (eg coils) and / or between the print and contact pins for connecting a connector or a connection cable.
  • solderless connections are functional even under adverse conditions of use and are particularly suitable for the production of sensors in which the housing with the Electronics is not shed as usual with a thermosetting casting resin.
  • the contacting of the sensor print according to the invention is preferably used in sensors with a housing jacket produced by injection molding.
  • Such sensors may e.g. a housing with an outer, usually metallic housing shell and an injection-molded on the inside of the inner sheath made of plastic.
  • the housing is preferably cylindrical or cylindrical with a round
  • the housing may also have a square, a rectangular or any other cross-sectional shape.
  • the housing may have different cross-sectional areas at different locations in the axial direction predetermined by the housing jacket.
  • the injection molded plastic inner sheath acts as an electrical insulator between the arranged on a printed circuit board inside the housing sensor electronics and the outer housing shell. Guides formed on the inner side of the inner sheath allow a simple and guided insertion of a printed circuit board equipped with electronic components into the housing and then hold them in the position provided for this purpose.
  • Plastic sheath and the outer sleeve or the outer housing shell should solve. In particular, this can be ensured in cylindrical housings an anti-rotation and a displacement protection of the two housing shells.
  • a partition or a bottom is formed, which divides the interior of the housing into a front compartment and a rear subspace.
  • the front subspace is intended for receiving the electronics with the sensor element (s).
  • the rear, usually much shorter subspace is designed as a connector receptacle for connecting a connecting cable by means of connectors.
  • contact elements are cast into the ground or partially encapsulated in plastic.
  • the contact elements project beyond the ground on both sides.
  • the contact elements are all the same and shaped as cranked stampings. To connect a plug contact pins of the contact elements protrude backwards out of the
  • the positions of the contact pins correspond to the positions of the corresponding contact springs of the desired connector.
  • the rear part of the inner housing shell is designed such that it corresponds with the provided connector plugs. In particular, for example, in the rear region on the inside of the inner shell projecting ribs may be provided, which serve as reverse polarity protection when connecting a plug with corresponding grooves.
  • the projecting into the housing part of the contact elements is fork-shaped with contact springs or contact cutting.
  • the contact elements are arranged such that axially projecting into the housing interior contact forks are in a row. When inserting a populated printed circuit board it is clamped between the fork arms, wherein the contact springs or -ste produce solderless electrical connections with corresponding pads or pads on the circuit board.
  • the production of a sensor with the inventive PrintAuthierung is very simple.
  • the electronic print is inserted along the guides on the inner wall of the housing into the housing until its rear end is clamped between the contact forks and the electrical connection of the contact elements is made with the pads on the circuit board.
  • a plastic end cap is connected to or attached to the print.
  • the end cap is preferably designed to serve as a support for the or Sensor elements - for example, a coil with a ferrite core - can be used so that they are arranged as close to the front end of the sensor housing.
  • the end cap and coil support may also be designed as separate parts and otherwise secured to the print or to the housing.
  • the electrical connection of the sensor elements to the print can be done, for example, by soldering or bonding of connection wires or according to the invention solderless by means of plug connections.
  • the end cap or the end cap in the edge region e.g. connected by laser welding, ultrasonic welding or gluing with the front end of the inner shell.
  • the front compartment of the housing is sealed tight.
  • encapsulation of the interior of the housing with a hardening potting compound is not required, but nevertheless possible if required.
  • additional means such as e.g. elastic sealing lips may be provided which prevent or complicate the direct contact of the casting resin with the contact elements and thus prevent the interruption of solder-free contacts by the thermosetting casting resin.
  • additional means such as e.g. elastic sealing lips may be provided which prevent or complicate the direct contact of the casting resin with the contact elements and thus prevent the interruption of solder-free contacts by the thermosetting casting resin.
  • Cutting contacts may be provided which cut or impress or impress in corresponding contact surfaces and thus prevent contact interruption by casting resin.
  • Figure 2 shows two views of a contact element
  • Figure 3 is a perspective view of a
  • Figure 3a is a perspective view of another
  • FIG. 4 shows an exploded view of a further inductive proximity switch
  • FIG. 5 shows a coil carrier of the proximity switch from FIG. 4,
  • FIG. 6 shows a first longitudinal section of the proximity switch from FIG. 4,
  • FIG. 7 shows a second longitudinal section of the
  • Proximity switch of Figure 4 in the plane of the circuit board.
  • FIG. 1 shows a longitudinal section through a first inductive proximity switch 1 with a cylindrical outer housing shell 3 made of metal, also Metal sleeve or sleeve called.
  • the housing axis a is shown by a dot-dash line.
  • the front region of the metal sleeve comprises an external thread 5 for mounting the sensor at its destination, for example on a machine part.
  • On the inner wall 7 of the outer housing shell 3 radially extending notches or grooves 9 and paragraphs 11 are formed, so that the sleeve has different cross sections or inner diameter depending on the axial position there.
  • a bore 13 or another recess which penetrates the outer housing jacket 3 is formed in the rear region.
  • an inner housing shell 15 is injection molded from plastic.
  • the plastic preferably completely fills the bore 13 and closes flush with the outside of the outer housing jacket 3.
  • the structures on the inner wall 7 of the outer casing jacket prevent a relative movement between the two Gescousemänteln 3, 15 even if the adhesive bond produced by the injection molding process between the shells 3, 15 should solve.
  • a transparent plastic for the inner housing shell 15 or at least for the part of the housing shell 15 in the region of holes 13 a light-emitting diode or other optical display means and / or elements of an infrared communication interface so in the interior of the housing be arranged so that it is visible from the outside.
  • the inside of the inner housing shell 15 is preferably two diametrically opposite, extending in the direction of the housing axis a guide grooves 8 for guided insertion and holding a circuit board or a populated with electronic components 10 prints excluded.
  • guide ribs or other guide elements projecting into the interior of the housing may also be formed on the inner housing shell 15.
  • the inside of the inner casing shell 15 is at least in the front region of the housing in the direction of the housing axis a slightly conical or formed with a light suit, such that the inner diameter d 2 slightly increased towards the front housing end.
  • a corresponding insert of the injection mold can be more easily pulled out of the sleeve after the injection of the inner housing shell 15.
  • the front end of the inner housing shell 15 is thin-walled with a shoulder or shoulder 16 with a larger inner diameter d 3 for receiving a
  • Shell core 45 formed.
  • An intermediate wall or a floor 17 separates the space enclosed by the inner housing jacket 15 into a front partial space 19a and a rear partial space 19b.
  • a plurality of contact elements 21 are injected into the bottom 17 or partially encapsulated by the plastic of the bottom 17, such that contact pins 23 for connecting a cable connector after protrude back into the rear part of space 19b.
  • the protruding into the front part of the space 19a part of each of the Needleselernente 21 comprises two opposing, arranged on two fork arms 25 spring contacts or contact blades 27.
  • proximity switch 1 shown in Figure 1 are four equal, as cranked stampings manufactured contact elements 21 in arranged in a row, wherein in the illustrated longitudinal section only two of the contact pins 23 and only the two fork arms 25 of the contact elements 21 are visible.
  • FIG. 2 shows such a contact element in a top view (top) and in a side view (bottom).
  • the pin axis s of the contact pins 23 is below the fork arms 25 and - due to the crank in the central region 29 of the stamped part - laterally offset to these fork arms 25.
  • Four identical stampings of this type can in the front part of space 19a as Printaufnähme with four adjacently arranged fork arms 25 and in the rear subspace 19b be arranged as corner points of a square or rectangle arranged contact pins 23 for connecting a connector plug.
  • a recess 31 in the central region 29 of the contact elements 21 is filled during encapsulation with the plastic compound of this and is used for Stabilization and absorption of forces when contacting or disconnecting a connector.
  • FIG. 3 shows a cover lid or a cap 35 made of plastic in a first embodiment. It comprises a round front plate 37, a flange-shaped coil carrier 39 integrally formed thereon and a cylindrical, centrally arranged retaining pin 41 with a forked end 43 for receiving and clamping a print 10.
  • the cap 35 is designed such that a pot-like ferrite pot core 45 can be pushed or plugged with an E-shaped cross-section and a central bore on the retaining pin 41 so that it (not shown) wound on the coil carrier 39 coil three-sided channel or torus-like sheathed ( Figure 1).
  • the rear end 43 of the central retaining pin 41 projects beyond the bottom surface 40 of the shell core 45.
  • the front end of the rectangular print 10 is clamped in the fork-like recess on the retaining pin 41.
  • the free ends of the wound on the bobbin 39 coil wire for example, directly with corresponding contact points 46 on the print 10, for example be connected by soldering.
  • the ends of the coil wire according to the invention can also be connected indirectly with contact points on the print 10.
  • metallizations 47 (FIG. 3) formed on the cap 35.
  • These metallizations 47 are connected to further contact elements, for example by means of connecting wires or printed conductors 49 introduced or injected into the coil carrier 39, for example further metallizations 51 formed on the insides of the fork-like end 43 of the holding pin 41.
  • the contact points 46 on the print 10 are arranged in this way in that when attaching the cap 35 to the print 10, a solderless electrical connection is made between the metallizations 51 on the retaining pin 41 or the coil and the contact points 46 on the print 10.
  • the coil or generally the sensor element is thus electrically connected to the sensor electronics.
  • connection pins or contact pins 61 on the coil carrier 39 protrude to the rear. These can either be soldered directly to corresponding pads 46 on the print 10 or plugged into corresponding sockets (not shown) on the print 10.
  • the print 10 together with the cap 35 inserted from the front along the guides 8 in the housing until it is clamped in the region of its rear end between the fork arms 25 of the contact elements 21 and the contact blades 27 on one or both sides on the print 10 formed corresponding pads or contact surfaces 53 have contacted.
  • the shell core 45 comes into contact with the shoulder 16 or the shoulder of the inner side, which is thin-walled on the front side
  • Housing jacket 15 In this position, the front end of the inner housing shell 15 and the edge of the front panel 37 are sealed together, for example by laser welding, ultrasonic welding or by gluing.
  • the bobbin 39 and the cap 35 are formed as separate parts.
  • the metallization 51 other contact elements such as on the bobbin 39 to the rear excellent contact pins 61 or alternatively contact springs or contact blades are formed with corresponding contact elements on the print 10, for example with pads or pads 46 or with sockets (not shown) on the Print 10 are connected.
  • the Connections made with contact elements on the print 10 by means of thermal bonding method or solderless.
  • the inner housing shell 15 may be formed in this embodiment of the invention as a separate plug, which is substantially shorter than the outer housing shell 15, and which is inserted or pressed from the rear opening forth in the rear region of the outer housing shell 3.
  • the cap 35 is formed like a can, wherein the peripheral edge 55 is inserted or pressed into the gap between the shell core 45 and the outer housing shell 3.
  • sealing elements such as O-rings may be provided (not shown).
  • the non-positive connections between the cap 35 and the inner housing shell 15 and the outer housing shell 3 can be additionally secured by locking means (not shown).
  • the contact pins 61 are soldered to corresponding contact points 46 or pads on both sides of the print 10.
  • the idea underlying the invention comprises all possible combinations in which the print 10 of a distance sensor or proximity switch 1 by means of plug-in contacts with a sensor or Proximity switch 1 associated connection interface (eg pins 23 for a connector or for connecting a cable) and / or a distance sensor or proximity sensor 1 associated sensor element (eg coil) is connected.
  • the compounds can be formed in any manner by means of plug contacts and couplings or by means of contact springs or contact blades, which are pressed against metallized contact elements.

Abstract

Der Näher ungs sensor (1) umfasst einen Print (10) mit der Sensorelektronik, ein Sensorelement und eine Sensorschnittstelle. Die elektrischen Verbindungen zwischen dem Print (10) und der Sensorschnittstelle und/oder dem Sensorelement erfolgt über steckbare Kontakte. Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung sind Kontaktelemente (21) mit Gabelarmen (25) und Kontaktschneiden (27) am Sensorgehäuse ausgebildet, und der Print 10) wird derart zwischen diese Gabelarme (25) gesteckt, dass die Kontaktschneiden (27) eine elektrische Verbindung zu Kontakt flächen (53) auf dem Print (10) herstellen.

Description

Näherungsschalter und Verfahren zum Kontaktieren eines Sensorprints
Gegenstand der Erfindung ist Näherungsschalter und ein Verfahren zum Kontaktieren eines Sensorprints gemäss den Merkmalen der Patentansprüche 1 und 6.
Näherungssehalter und Distanzsensoren, die mittels unterschiedlicher physikalischer Prinzipien den Abstand von Objekten erfassen und in Abhängigkeit des Objektabstandes ein digitales oder analoges elektrisches Ausgangssignal erzeugen, umfassen oft ein zylindrisches oder ein quaderförmiges Gehäuse aus Metall oder Kunststoff. Bei zylindrischen Gehäusen ist an der äusseren Mantelfläche meistens ein Gewinde zum Befestigen des Sensors an einem Maschinenteil ausgebildet. Induktive Näherungsschalter und Wegaufnehmer umfassen in der Regel einen Oszillator mit einer in einen Schalenkern aus Ferrit eingesetzten Spule, eine Auswertestufe und einen Ausgangsverstärker. Bei zylindrischen Sensoren ist die Spule im Bereich des einen Hülsenendes angeordnet, wobei die Spuleneinheit meistens mittels einer bündig zur Hülse angeordneten oder die Hülse überragenden Kappe aus Kunststoff oder Keramik abgedeckt ist. Im Gehäuseinneren ist ein Print bzw. eine Leiterplatte mit den zur Ansteuerung des Oszillators und zur Auswertung der Sensormessgrösse erforderlichen Bauteilen angeordnet. Die Leiterplatte kann z.B. mittels mechanischer Verbindungsmittel rückseitig am Schalenkern befestigt sein. Die Enden des Spulendrahtes werden bei solchen bekannten Sensoren durch Löten elektrisch mit Kontaktflächen auf dem Print verbunden. Am gegenüberliegenden Ende des Prints' sind weitere Kontaktflächen zum Festlöten eines Anschluss-Steckers oder eines Kabels ausgebildet. Diese bilden die Schnittstelle des Sensors nach aussen.
Bei der Fertigung herkömmlicher Sensoren wird das Innere des Gehäuses z.B. von der Anschlussseite her mit einem aushärtenden Giessharz vergossen, nachdem der Print und die Spuleneinheit in die Hülse eingesetzt und frontseitig die Abschlusskappe aufgesetzt worden sind. Anschliessend wird auch der rückseitige Abschlussstopfen mit den nach aussen geführten Kontakten auf die Hülse aufgesetzt. Selbstverständlich sind auch leicht abweichende Verfahren zum Zusammenbau solcher Sensoren bekannt . Die Fertigung bzw. der Zusammenbau solch herkömmlicher Sensoren ist aufgrund der für die Kontaktierung des Sensorelements und der Sensorschnittstelle erforderlichen Lötverbindungen und aufgrund des Vergiessens mit einem Giessharz verhältnismässig aufwändig und teuer.
Es ist deshalb Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Sensor und ein Verfahren zum Kontaktieren eines Sensorprints zu schaffen, welche eine einfache und kostengünstige Herstellung des Sensors, insbesondere eines induktiven NäherungsSchalters oder Distanzsensors ermöglichen.
Diese Aufgabe wird gelöst durch einen Näherungsschalter und durch ein Verfahren zum Kontaktieren eines Prints gemäss den Merkmalen der Patentansprüche 1 und 6. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen beschrieben.
Der Erfindung liegt der Gedanke zugrunde, beim Anschliessen von Sensorelementen und/oder von Kontaktelementen für die Sensorschnittstelle auf Lötverbindungen zu verzichten und stattdessen lötfreie Verbindungsmittel wie Feder- und/oder Klemmkontakte zu verwenden. Dadurch kann der Herstellprozess der Sensoren wesentlich vereinfacht werden. Entgegen der bisherigen Auffassung der Fachwelt können mit geeigneten Feder- und Klemmkontakten ausreichend gute elektrische Verbindungen zwischen dem Print und Sensorelementen (z.B. Spulen) und/oder zwischen dem Print und Kontaktstiften zum Anschliessen eines Anschlusssteckers oder eines Anschlusskabels hergestellt werden. Solche lötfreien Verbindungen sind selbst unter widrigen Einsatzbedingungen funktionstauglich und eigenen sich insbesondere zur Herstellung von Sensoren, bei denen das Gehäuse mit der Elektronik nicht wie bisher üblich mit einem aushärtenden Giessharz vergossen wird.
Vorzugsweise wird die erfindungsgemässe Kontaktierung des Sensorprints bei Sensoren mit einem spritzgusstechnisch hergestellten Gehäusemantel eingesetzt.
Solche Sensoren können z.B. ein Gehäuse mit einem äusseren, in der Regel metallischen Gehäusemantel und einem an dessen Innenseite angespritzten Innenmantel aus Kunststoff umfassen. Das Gehäuse ist vorzugsweise zylindrisch oder zylinderähnlich mit rundem
Gehäusequerschnitt und mit oder alternativ ohne Aussengewinde an der Aussenhülse ausgebildet. Alternativ kann das Gehäuse auch eine quadratische, eine rechteckige oder eine beliebige andere Querschnittform aufweisen. Insbesondere kann das Gehäuse in der durch den Gehäusemantel vorgegebenen axialen Richtung an unterschiedlichen Stellen unterschiedliche Querschnittflächen aufweisen. Der angespritzte Innenmantel aus Kunststoff wirkt als elektrischer Isolator zwischen der auf einer Leiterplatte im Inneren des Gehäuses angeordneten Sensorelektronik und dem äusseren Gehäusemantel . An der Innenseite des Innenmantels ausgebildete Führungen ermöglichen ein einfaches und geführtes Einschieben einer mit elektronischen Bauteilen bestückten Leiterplatte in das Gehäuse und halten diese anschliessend in der dafür vorgesehenen Position. Längsoder Querrillen, Bohrungen oder andere an der Innenseite des äusseren Gehäusemantels ausgebildete Strukturen stellen sicher, dass der innere Gehäusemantel und der äussere Gehäusemantel keine Bewegung relativ zueinander ausführen können, selbst dann nicht, wenn sich die HaftVerbindung zwischen dem eingespritzten
Kunststoffmantel und der äusseren Hülse bzw. dem äusseren Gehäusemantel lösen sollte. Insbesondere kann so bei zylindrischen Gehäusen eine Verdrehsicherung und eine Verschiebesicherung der beiden Gehäusemäntel sichergestellt werden. Am Innenmantel ist eine Trennwand bzw. ein Boden angeformt, der das Innere des Gehäuses in einen vorderen Teilraum und einen hinteren Teilraum unterteilt. Der vordere Teilraum ist zur Aufnahme der Elektronik mit dem oder den Sensorelementen bestimmt. Der hintere, in der Regel deutlich kürzere Teilraum ist als Steckeraufnahme zum Anschliessen eines Verbindungskabels mittels Steckverbindern ausgebildet. Beim Herstellprozess, also beim Einspritzen des Kunststoffs in die dafür vorgesehene Spritzgussform, werden erfindungsgemäss Kontaktelemente in den Boden eingegossen bzw. teilweise mit Kunststoff umspritzt. Die Kontaktelemente überragen den Boden beidseitig. Vorzugsweise sind die Kontaktelemente alle gleich und als gekröpfte Stanzteile geformt. Zum Anschliessen eines Steckers ragen Kontaktstifte der Kontaktelemente nach hinten aus dem
Boden heraus. Die Positionen der Kontaktstifte entsprechen den Positionen der korrespondierenden Kontaktfedern des gewünschten Anschlusssteckers . Der hintere Teil des inneren Gehäusemantels ist derart ausgeführt, dass er mit den vorgesehenen Anschlusssteckern korrespondiert. Insbesondere können z.B. im hinteren Bereich an der Innenseite des Innenmantels vorstehende Rippen vorgesehen sein, welche als Verpolschutz beim Anschliessen eines Steckers mit entsprechenden Nuten dienen. Der ins Gehäuseinnere ragende Teil der Kontaktelemente ist gabelförmig mit Kontaktfedern bzw. Kontaktschneiden ausgebildet. Die Kontaktelemente sind derart angeordnet, dass die axial ins Gehäuseinnere ragenden Kontaktgabeln in einer Reihe liegen. Beim Einschieben einer bestückten Leiterplatte wird diese zwischen den Gabelarmen festgeklemmt, wobei die Kontaktfedern bzw. -schneiden lötfreie elektrische Verbindungen mit korrespondierenden Kontaktflächen bzw. Pads auf der Leiterplatte herstellen. Die Herstellung eines Sensors mit der erfindungsgemässen Printkontaktierung ist sehr einfach. Der elektronische Print wird entlang der Führungen an der Innenwand des Gehäuses in das Gehäuse eingeschoben, bis sein hinteres Ende zwischen den Kontaktgabeln festgeklemmt und die elektrische Verbindung der Kontaktelemente mit den Pads auf der Leiterplatte hergestellt ist. Im Bereich der Vorderkante des Prints wird eine Abschlusskappe aus Kunststoff mit dem Print verbunden bzw. auf diesen aufgesteckt. Die Abschlusskappe ist vorzugsweise so ausgebildet, dass sie als Träger für das oder die Sensorelemente - beispielsweise eine Spule mit einem Ferritkern - genutzt werden kann, damit diese möglichst nahe am vorderen Ende des Sensorgehäuses angeordnet sind. Alternativ können Abschlusskappe und Spulenträger auch als getrennte Teile ausgeführt sein und in anderer Weise am Print oder am Gehäuse befestigt werden. Die elektrische Verbindung der Sensorelemente mit dem Print kann z.B. durch Anlöten oder Bonden von Anschlussdrahten oder erfindungsgemäss lötfrei mittels Steckverbindungen erfolgen.
Nach dem Einschieben des Prints in das Gehäuse wird die Abschlusskappe bzw. der Abschlussdeckel im Randbereich z.B. durch Laserschweissen, Ultraschallschweissen oder Kleben mit dem frontseitigen Ende des Innenmantels verbunden. Dadurch wird der vordere Teilraum des Gehäuses dicht abgeschlossen. Im Gegensatz zu herkömmlich gefertigten Sensoren ist ein Vergiessen des Gehäuseinneren mit einer aushärtenden Vergussmasse nicht erforderlich, bei Bedarf aber trotzdem möglich. Selbstverständlich können in diesem Fall zusätzliche Mittel wie z.B. elastische Dichtlippen vorgesehen sein, welche den direkten Kontakt des Giessharzes mit den Kontaktelementen verhindern oder erschweren und so die Unterbrechung lötfreier Kontakte durch das aushärtende Giessharz verhindern. Alternativ oder zusätzlich können
Schneidkontakte vorgesehen sein, die sich in entsprechende Kontaktflächen einschneiden bzw. eindrücken oder einprägen und so eine Kontaktunterbrechung durch Giessharz verhindern.
Anhand einiger Figuren wird die Erfindung im Folgenden am Beispiel zylindrischer induktiver Näherungsschalter näher beschrieben. Dabei zeigen
Figur 1 einen Längsschnitt eines ersten induktiven
Näherunssehalters , Figur 2 zwei Ansichten eines Kontaktelementes, Figur 3 eine perspektivische Ansicht eines
Abschlussdeckeis , Figur 3a eine perspektivische Ansicht eines weiteren
Abschlussdeckeis mit Anschlusspins, Figur 4 eine Explosionsdarstellung eines weiteren induktiven Näherungsschalters, Figur 5 einen Spulenträger des NäherungsSchalters aus Figur 4,
Figur 6 einen ersten Längsschnitt des Näherungsschalters aus Figur 4,
Figur 7 einen zweiten Längsschnitt des
Näherungsschalters aus Figur 4 in der Ebene der Leiterplatte.
Figur 1 zeigt einen Längsschnitt durch einen ersten induktiven Näherungsschalter 1 mit einem aus Metall gefertigten zylindrischen äusseren Gehäusemantel 3, auch Metallhülse oder Hülse genannt. Die Gehäuseachse a ist durch eine strichpunktierte Linie dargestellt. Der vordere Bereich der Metallhülse umfasst ein Aussengewinde 5 für die Montage des Sensors an seinem Bestimmungsort, beispielsweise an einem Maschinenteil . An der Innenwand 7 des äusseren Gehäusemantels 3 sind radial umlaufende Kerben oder Nuten 9 und Absätze 11 ausgebildet, sodass die Hülse in Abhängigkeit der axialen Position unterschiedliche Querschnitte oder Innendurchmesser da aufweist. Im Weiteren ist im hinteren Bereich eine den äusseren Gehäusemantel 3 durchdringende Bohrung 13 oder eine andere Ausnehmung ausgebildet. An der Innenwand 7 des äusseren Gehäusemantels 3 ist ein innerer Gehäusemantel 15 aus Kunststoff angespritzt. Der Kunststoff füllt die Bohrung 13 vorzugsweise vollständig aus und schliesst bündig mit der Aussenseite des äusseren Gehäusemantels 3 ab. Die Strukturen an der Innenwand 7 des äusseren Gehäusemantels verhindern eine Relativbewegung zwischen den beiden Gehäusemänteln 3, 15 selbst dann, wenn sich die durch den Spritzgiessvorgang erzeugte Haftverbindung zwischen den Mänteln 3, 15 lösen sollte. Bei Verwendung eines transparenten Kunststoffs für den inneren Gehäusemantel 15 oder zumindest für den Teil des Gehäusemantels 15 im Bereich von Bohrungen 13 können eine Leuchtdiode oder ein anderes optisches Anzeigemittel und/oder Elemente einer Infrarot- Kommunikationsschnittstelle so im Inneren des Gehäuses angeordnet werden, dass es von der Aussenseite her sichtbar ist. An der Innenseite des inneren Gehäusemantels 15 sind vorzugsweise zwei sich diametral gegenüberliegende, in Richtung der Gehäuseachse a verlaufende Führungsnuten 8 zum geführten Einschieben und Halten einer Leiterplatte bzw. eines mit elektronischen Bauteilen bestückten Prints 10 ausgenommen. Alternativ können auch Führungsrippen oder andere ins Gehäuseinnere vorstehende Führungseiemente am inneren Gehäusemantel 15 ausgebildet sein. Vorzugsweise ist die Innenseite des inneren Gehäusemantels 15 zumindest im vorderen Bereich des Gehäuses in Richtung der Gehäuseachse a leicht konisch bzw. mit leichtem Anzug ausgebildet, derart, dass sich der Innendurchmesser d2 zum frontseitigen Gehäuseende hin leicht vergrössert. Dadurch lässt sich nach dem Anspritzen des inneren Gehäusemantels 15 ein entsprechender Einschub der Spritzgussform leichter aus der Hülse herausziehen. Das frontseitige Ende des inneren Gehäusemantels 15 ist dünnwandig mit einem Absatz bzw. einer Schulter 16 mit grosserem Innendurchmesser d3 zum Aufnehmen eines
Schalenkerns 45 ausgebildet. Eine Zwischenwand oder ein Boden 17 trennt den vom inneren Gehäusemantel 15 umschlossenen Raum in einen vorderen Teilraum 19a und einen hinteren Teilraum 19b. Erfindungsgemäss sind mehrere Kontaktelemente 21 in den Boden 17 eingespritzt bzw. vom Kunststoff des Bodens 17 teilweise umspritzt, derart, dass Kontaktstifte 23 zum Anschliessen eines Kabelsteckers nach hinten in den hinteren Teilraum 19b hineinragen. Der nach vorne in den vorderen Teilraum 19a hineinragende Teil jedes der Kontaktelernente 21 umfasst zwei sich gegenüberliegende, an zwei Gabelarmen 25 angeordnete Federkontakte bzw. Kontaktschneiden 27. Im Beispiel des in Figur 1 gezeigten Näherungsschalters 1 sind vier gleiche, als gekröpfte Stanzteile gefertigte Kontaktelemente 21 in einer Reihe angeordnet, wobei im dargestellten Längsschnitt nur zwei der Kontaktstifte 23 und nur die beiden Gabelarme 25 eines der Kontaktelemente 21 sichtbar sind.
In Figur 2 ist ein derartiges Kontaktelement in einer Aufsicht (oben) und in einer Seitenansicht (unten) dargestellt. Die Stiftachse s der Kontaktstifte 23 liegt unterhalb der Gabelarme 25 und - aufgrund der Kröpfung im mittleren Bereich 29 des Stanzteils - auch seitlich versetzt zu diesen Gabelarmen 25. Vier gleiche Stanzteile dieser Art können im vorderen Teilräum 19a als Printaufnähme mit vier nebeneinander angeordneten Gabelarmen 25 und im hinteren Teilraum 19b als an Eckpunkten eines Quadrates oder Rechtecks angeordnete Kontaktstifte 23 zum Anschliessen eines Anschlusssteckers ausgebildet sein. Eine Ausnehmung 31 im mittleren Bereich 29 der Kontaktelemente 21 wird beim Umspritzen mit der Kunststoffmasse von dieser ausgefüllt und dient zur Stabilisierung und zur Aufnahme von Kräften beim Kontaktieren oder beim Trennen eines Anschlusssteckers . Im Bereich des hinteren Teilraums 19b ist eine am inneren Gehäusemantel 15 nach innen vorstehende, in Richtung der Gehäuseachse a verlaufende Führungsrippe 33 ausgebildet. Sie dient als Verpolschutz und als Führung beim Anschliessen eines mit einer korrespondierenden Nut versehenen Anschlusssteckers . Figur 3 zeigt einen Abschlussdeckel bzw. eine Kappe 35 aus Kunststoff in einer ersten Ausgestaltung. Sie umfasst eine runde Frontplatte 37, einen konzentrisch daran angeformten flanschartigen Spulenträger 39 und einen zylindrischen, zentrisch angeordneten Haltezapfen 41 mit einem gabelartig ausgebildeten Ende 43 zum Aufnehmen und Festklemmen eines Prints 10. Die Kappe 35 ist so ausgebildet, dass ein topfartiger Ferrit-Schalenkern 45 mit E-förmigem Querschnitt und einer Zentralbohrung derart auf den Haltezapfen 41 aufgeschoben bzw. aufgesteckt werden kann, dass er eine auf den Spulenträger 39 aufgewickelte Spule (nicht dargestellt) dreiseitig kanal- oder torusartig ummantelt (Figur 1) . Dabei überragt das hintere Ende 43 des zentralen Haltezapfens 41 die Bodenfläche 40 des Schalenkerns 45. Das vordere Ende des rechteckigen Prints 10 wird in der gabelartigen Ausnehmung am Haltezapfen 41 festgeklemmt. Die freien Enden des auf den Spulenträger 39 aufgewickelten Spulendrahtes können z.B. direkt mit entsprechenden Kontaktstellen 46 auf dem Print 10 z.B. durch Löten verbunden werden. Alternativ können die Enden des Spulendrahtes erfindungsgemäss auch indirekt mit Kontaktstellen auf dem Print 10 verbunden werden. Sie können z.B. mittels Laserlöten oder Bonden elektrisch leitend mit an der Kappe 35 ausgebildeten Metallisierungen 47 (Fig. 3) verbunden werden. Diese Metallisierungen 47 wiederum sind z.B. mittels in den Spulenträger 39 eingelassener oder eingespritzter Verbindungsdrähte oder Leiterbahnen 49 mit weiteren Kontaktelementen verbunden, beispielsweise mit an den Innenseiten des gabelartigen Endes 43 des Haltezapfens 41 ausgebildeten weiteren Metallisierungen 51. Die Kontaktstellen 46 auf dem Print 10 sind so angeordnet, dass beim Aufstecken der Kappe 35 auf den Print 10 eine lötfreie elektrische Verbindung zwischen den Metallisierungen 51 am Haltezapfen 41 bzw. der Spule und den Kontaktstellen 46 auf dem Print 10 hergestellt wird. Die Spule bzw. allgemein das Sensorelement ist somit elektrisch mit der Sensorelektronik verbunden. Bei einer weiteren Ausgestaltung der Kappe 35 gemäss Figur 3a ragen zwei Anschlusspins bzw. Kontaktstifte 61 am Spulenträger 39 nach hinten. Diese können entweder direkt an entsprechenden Kontaktstellen 46 auf dem Print 10 festgelötet oder in entsprechende Steckerbuchsen (nicht dargestellt) auf dem Print 10 eingesteckt werden.
Nachdem die Verbindung zwischen der Spule und dem Print 10 hergestellt worden ist, wird der Print 10 samt Kappe 35 von vorne her entlang der Führungen 8 in das Gehäuse eingeschoben, bis er im Bereich seines hinteren Endes zwischen den Gabelarmen 25 der Kontaktelemente 21 festgeklemmt ist und die Kontaktschneiden 27 ein- oder beidseitig auf dem Print 10 ausgebildete korrespondierende Pads bzw. Kontaktflächen 53 kontaktiert haben. Bei der ersten Ausgestaltung des Sensors gemäss Figur 1 gelangt der Schalenkern 45 beim Einschieben des Prints 10 in Anlage mit der Schulter 16 bzw. dem Absatz des frontseitig dünnwandig ausgebildeten inneren
Gehäusemantels 15. In dieser Lage werden das vordere Ende des inneren Gehäusemantels 15 und der Rand der Frontplatte 37 miteinander dicht verbunden, beispielsweise durch Laserschweissen, Ultraschallschweissen oder durch Kleben.
Bei einer weiteren Ausgestaltung des Distanzsensors oder Näherungsschalters 1, wie sie in den Figuren 4, 5, 6 und 7 dargestellt ist, sind der Spulenträger 39 und die Kappe 35 als eigenständige Teile ausgebildet. Anstelle der Metallisierungen 51 sind andere Kontaktelemente wie z.B. am Spulenträger 39 nach hinten hervorragende Kontaktstifte 61 oder alternativ Kontaktfedern bzw. Kontaktschneiden ausgebildet, die mit korrespondierenden Kontaktelementen auf dem Print 10, beispielsweise mit Anschlussflächen bzw. Kontaktstellen 46 oder mit Steckerbuchsen (nicht dargestellt) auf dem Print 10 verbunden werden. Je nach Ausführung der Stifte 61 bzw. Kontaktelemente können die Verbindungen mit Kontaktelementen auf dem Print 10 mittels thermischer Verbindungsverfahren oder lötfrei erfolgen. Der innere Gehäusemantel 15 kann bei dieser Ausgestaltung der Erfindung als separater Stopfen ausgebildet sein, der wesentlich kürzer als der äussere Gehäusemantel 15 ist, und der von der rückseitigen Öffnung her in den hinteren Bereich des äusseren Gehäusemantels 3 eingesteckt bzw. eingepresst wird.
Die Kappe 35 ist dosenartig ausgebildet, wobei der umlaufende Rand 55 in den Spalt zwischen dem Schalenkern 45 und dem äusseren Gehäusemantel 3 eingeschoben bzw. eingepresst wird. Zum Abdichten der Kappe 35 und des inneren Gehäusemantels 15 gegenüber dem äusseren Gehäusemantel 3 können Dichtelemente wie z.B. O-Ringe vorgesehen sein (nicht dargestellt) . Die kraftschlüssigen Verbindungen zwischen der Kappe 35 bzw. dem inneren Gehäusemantel 15 und dem äusseren Gehäusemantel 3 können zusätzlich durch Rastmittel gesichert werden (nicht dargestellt) . Beim in den Figuren 4 bis 7 dargestellten Beispiel sind die Kontaktstifte 61 an entsprechenden Kontaktstellen 46 bzw. Pads beidseitig des Prints 10 festgelötet . Der der Erfindung zugrunde liegende Gedanke umfasst alle möglichen Kombinationen, bei denen der Print 10 eines Distanzsensors oder NäherungsSchalters 1 mittels steckbarer Kontakte mit einer dem Sensor bzw. Näherungsschalter 1 zugeordneten Anschlussschnittstelle (z.B. Kontaktstifte 23 für einen Anschlussstecker oder zum Anschliessen eines Kabels) und/oder einem dem Distanzsensor bzw. Näherungsschalter 1 zugeordneten Sensorelement (z.B. Spule) verbunden ist. Die Verbindungen können in beliebiger Weise mittels Steckkontakten und Kupplungen oder mittels Kontaktfedern oder Kontaktschneiden, welche gegen metallisierte Kontaktelemente gepresst werden, ausgebildet sein.

Claims

Patentanspräche
1. Näherungsschalter (1), -umfassend ein mantelartiges Gehäuse, einen darin angeordneten Print (10) mit der Sensorelektronik, mindestens ein Sensorelement und eine Sensorschnittstelle, dadurch gekennzeichnet, dass elektrisch leitende Verbindungen zwischen dem Print (10) und der Sensorschnittstelle und/oder zwischen dem Print (10) und dem Sensorelement als steckbare Kontakte ausgeführt sind.
2. Näherungsschalter (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass am Gehäuse oder an einem Teil des Gehäuses Kontaktelemente (21) mit Kontaktfedern oder Kontaktschneiden (27) ausgebildet sind, welche mit korrespondierenden Kontaktflächen (53) auf dem Print (10) elektrisch verbunden sind.
3. Näherungsschalter (1) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Kontaktelemente (21) zwei sich gegenüberliegende Gabelarme (25) umfassen, und dass der Print (10) zwischen diesen Gabelarmen (25) festgeklemmt ist.
4. Näherungsschalter (1) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Kontaktelemente (21) als gekröpfte Stanzteile ausgebildet sind und Kontaktstifte (23) -umfassen, wobei die Stiftachsen s dieser Kontaktstifte (23 ) gegenüber den Gabelarmen (25) versetzt angeordnet sind.
5. Näherungsschalter (1) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere gleichartige Kontaktelemente (21) derart in einen als Spritzgussteil gefertigten Boden (17) des Gehäuses eingelassen sind, dass die Gabelarme (25) zur Aufnahme eines Printendes in einen vorderen Teilraum (19a) des Gehäuses ragen, und dass die Kontaktstifte (23) als Kontaktelemente einer Sensorschnittstelle in einen hinteren Teilraum (19b) des Gehäuses ragen.
6. Verfahren zum Kontaktieren eines Prints (10) bei einem Näherungsschalter (1) mit einer Sensorschnittstelle und/oder einem Sensorelement des NäherungsSchalters (1) , wobei der Näherungsschalter (1) ein mantelartiges Gehäuse umfasst, dadurch gekennzeichnet, dass die Sensorschnittstelle und/oder das Sensorelement mittels steckbarer Kontakte mit dem Print (10) verbunden werden .
7. Verfahren nach Anspruch 6, wobei am Print (10) metallisierte Kontaktflächen (53) ausgebildet sind, und wobei die steckbaren Kontakte als in einer Reihe angeordnete Kontaktelemente (21) mit an Gabelarmen (25) angeordneten Kontaktschneiden (27) ausgebildet sind, dadurch gekennzeichnet, dass der Print (10) derart zwischen die Gabelarme (25) eingeschoben wird, dass er zwischen den Gabelarmen (25) mit den Kontaktschneiden (27) festgeklemmt wird, und dass mehrere der Kontaktschneiden (27) eine elektrische Verbindung zu entsprechend angeordneten Kontaktflächen (53) auf dem Print (10) herstellen.
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