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Die Erfindung betrifft einen Sensor gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 und ein Verfahren zur Herstellung eines Sensors gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 6.
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Geräte, beziehungsweise Sensoren, deren Versorgungsspannung über einem bestimmten Wert liegt, fallen unter die elektrische Schutzklasse 2, welche auch Schutzisolierung genannt wird. Gemäß der europäischen Norm 61558-2-6 sind das Geräte oder Sensoren, deren Wechselspannungswert 50 V überschreitet oder deren Gleichspannungswert 120 V überschreitet. In diesem Fall ist es erforderlich, dass im Gerät auf allen Stromkreisen und gegenüber Bedienelementen geforderte Luft- bzw. Kriechstrecken als Isolationsabstand eingehalten werden. Die Größe dieser Luft- und Kriechstrecken ist in verschiedenen Normen festgelegt und hängt von diversen Größen, beispielsweise einer Bemessungsspannung, dem Verschmutzungsgrad und/oder einer Überspannungskategorie ab.
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Die Erfindung betreffenden Sensoren weisen mehrere unabhängige Stromkreise auf, die elektrisch sicher voneinander getrennt werden müssen. Ein erster Stromkreis ist der Versorgungsstromkreis des Sensors selbst, auch Primärstromkreis genannt. Der Primärstromkreis ist fast immer ein Gleichstromkreis. Ein zweiter Stromkreis ist der Stromkreis der Relaiskontakte, auch Sekundärstromkreis genannt. Der Sekundärstromkreis kann ein Gleichstrom- oder ein Wechselstromkreis sein. Der Primärstromkreis und der Sekundärstromkreis müssen voneinander getrennt werden, damit beispielsweise durch einen Fehler eine unterschiedliche Spannung des Sekundärstromkreises nicht auf den Primärstromkreis mit einer beispielsweise niedrigeren Spannung gelangt.
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Die
DE 602 24 144 T2 offenbart ein Faxgerät, das eine Halbleiter-Datenzugriffsanordnung besitzt. Die Datenzugriffsanordnung ist aus drei Teilen zusammengesetzt: einer integrierten Schaltung auf der Netzwerkseite, einer integrierten Schaltung auf einem Modem und einer Hauptsteuerungsabschnittsseite und einem Empfangs- und Übertragungsabschnitt, welcher ein Isolatorabschnitt ist, der eine direkte Stromisolation bereitstellt und Daten und Signale zwischen den integrierten Schaltungen miteinander in Verbindung bringt.
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Die
GB 2 220 797 A betrifft eine Vorrichtung zur gerichteten Steuerung einer Schaltvorrichtung. In einem isolierenden Gehäuse eines abnehmbaren Moduls, das zwei Ausgangsstifte, die direkt in zwei Anschlüssen der Spule einer Schaltvorrichtung befestigt werden können, und Eingangsanschlüsse besitzt, die mit einem Automatenausgang bzw. einer unabhängigen Quelle verbunden sind, ist eine Unterbrecher- und Wählschaltung angeordnet, die die Durchführung der Funktionen Abschaltung, Zwangsbetrieb oder automatischer Betrieb gestattet.
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Die
DE 32 25 829 A1 offenbart eine Schutzrelais-Schaltung für elektrische Geräte, insbesondere für Elektromotore mit einem Haupt-Schutzrelais mit mindestens einem optischen Anzeigeelement. Weiter ist ein Satelliten-Schutzrelais mit mindestens einer mittels eines Optokopplers in trennbarer Weise an das Anzeigeelement anschließbaren Signal-Eingangsleitung vorgesehen, wobei die Stromkreise vom Haupt- und Satelliten-Schutzrelais elektrisch voneinander isoliert sind.
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Die
DE 10 2010 048 569 A1 offenbart eine Vorrichtung zum Prüfen eines Mittel- bis Hochspannungsüberwachungsstromkreises mit einer Einrichtung, welche ausgebildet ist, den Mittel- bis Hochspannungsüberwachungsstromkreis zu öffnen und zu schließen.
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Die
DE 199 63 504 C1 offenbart ein elektromechanisches Relais mit Überstromschutz, das folgende Merkmale aufweist: Ein Elektromagnetsystem mit einer Erregerwicklung, einen Schaltkontakt in einem Lastkreis, der mittels des Elektromagnetsystems betätigbar ist, und mindestens einen Leiterabschnitt im Lastkreis, der bezüglich der Erregerwicklung derart angeordnet ist, dass ein bei Ansprechen des Relais fließender Laststrom in der Erregerwicklung ein Spannungssignal induziert, wobei eine Elektronik, in der das Spannungssignal ausgewertet wird, und die den Erregerstromkreis bei Überschreiten einer einstellbaren Laststromschwelle unterbricht. Als Laststrom-Sensor zum Schutz eines Relais vor Überlast beziehungsweise Kurzschluss dient die vorhandene Erregerwicklung des Elektromagnetsystems des Relais. Ein Abschnitt im Laststromkreis wird, beispielsweise in Form einer Zusatzwicklung, so angeordnet, dass ein im Lastkreis fließender Strom in den Erregerkreis eine Spannung induziert und der Erregerspannung überlagert. In einer Elektronik wird dieses Signal ausgewertet und bei Überschreiten einer Laststromschwelle wird das Relais abgeschaltet.
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Die Veröffentlichung „Fischertechnik Hobby 1“, Nr. 6 39514 7, Ref-Nr 272 2//3/8/8, Band 4, 1978 offenbart auf Seite 26 in Bild 26.1 eine elektrische Schaltung sowie in Bild 27.1 diese mit einem entsprechenden Aufbau für einen Dämmerungsschalter für Leuchten einer Laterne mit einem Fotowiderstand als Sensorelement. Die Schaltung weist einen 6V Primärstromkreis auf, weicher das Sensorelement und eine Spule eines elektromechanischen Relais umfasst gemäß der Bilder 14.1. und 14.2 auf S. 14, sowie einen elektrisch davon getrennten 6V Sekundärstromkreis mit Relaiskontakten im oberen Teil des Relaisbausteines in Bild 27.1 für die Leuchten der Laterne. Wie aus Bild 14.2 auf S.14 erkenntlich ist, weist das Relais einen Isolationskörper als Gehäuse auf, welcher zwischen dem Primärstromkreis und dem Relais im Inneren angeordnet ist.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde einen Sensor bereitzustellen, der einfach im Aufbau ist, einen unterschiedlichen Primär- oder Sekundärstromkreis aufweisen kann, wobei eine sichere elektrische Trennung zwischen Primär- und Sekundärstromkreis gewährleistet sein soll.
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Die Aufgabe wird gelöst mit einem Sensor sowie einem Verfahren zur Herstellung eines Sensors mit einem Sensorgehäuse, mit einem Primärstromkreis und einem Sekundärstromkreis, wobei die Stromkreise elektrisch isoliert sind, wobei der Sekundärstromkreis mindestens von Kontakten eines Relais gebildet ist, wobei zwischen dem Relais und dem Primärstromkreis ein Isolationskörper angeordnet ist, der Isolationskörper als Isolationstasche ausgebildet ist, der Primärstromkreis und der Sekundärstromkreis als Module ausgebildet sind, wobei die Module austauschbar sind, mindestens drei Seiten des Relais von der Isolationstasche umgeben sind und eine vierte Seite des Relais direkt an einer Sensorgehäusewand anliegt.
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Erfindungsgemäß wird der komplette Sekundärstromkreis in einem separaten, isolierten Teil des Sensorgehäuses untergebracht. Dabei wird das Relais so im Sensorgehäuse angeordnet, dass die Kontakte, welche den Sekundärstromkreis bilden und an welchen beispielsweise eine externe Last angeschlossen wird, so angeordnet werden, dass diese Kontakte eine maximale Entfernung zum Primärstromkreis aufweisen. Dies geschieht durch eine geometrische Ausrichtung des Relais. Durch den Isolationskörper ist gewährleistet, dass der Abstand zwischen dem Primärstromkreis und dem Sekundärstromkreis eingehalten wird und bleibt. So verhindert der Isolationskörper eine Kontaktierung zwischen Primärstromkreis und Sekundärstromkreis, beispielsweise durch Fremdkörper wie Partikel oder Feuchtigkeit. Die Relaisspule des Relais ist dabei herkömmlich elektrisch mit dem Primärstromkreis verbunden zur Ansteuerung der Relaiskontakte. Diese elektrische Verbindung ist um den Isolationskörper herum oder hindurch geführt.
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Gemäß der Erfindung ist der Isolationskörper als Isolationstasche ausgebildet. Die Isolationstasche umgibt das Relais fast vollständig. Es sind mindestens drei Seiten des Relais von der Isolationstasche umgeben. Eine vierte Seite des Relais liegt dabei direkt an einer Sensorgehäusewand an. Jedoch können auch alle Seiten des Gehäuses von dem Isolationskörper umgeben sein. Die Kontakte des Sekundärkreises des Relais liegen dabei so nah wie möglich an der der Sensorgehäusewand. Durch die Isolationstasche ist der Sekundärstromkreis in allen Richtungen isoliert zum Primärstromkreis.
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Gemäß der Erfindung sind der Primärstromkreis und der Sekundärstromkreis als Module ausgebildet, wobei die Module austauschbar sind. Dadurch ist es möglich, verschiedene Primärstromkreise und Sekundärstromkreise miteinander zu kombinieren. Beispielsweise können an einen vorgegebenen Primärstromkreis verschiedene Relais mit verschieden ausgelegten Kontakten als Sekundärstromkreis angeschlossen werden. Dadurch ist es möglich, Sensoren modular herzustellen und diese für verschiedene Lastkreise herzustellen, wobei jedoch der Primärkreis identisch bleibt.
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In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform weist der Primärstromkreis ein Optikmodul auf, wobei das Optikmodul austauschbar ist. Dadurch können verschiedene Optikmodule mit dem Primärstromkreis kombiniert werden. Beispielsweise können verschiedenen Optikmodule für verschiedene Sensoranforderungen vorgesehen werden. Beispielsweise kann das Optikmodul einen optischen Sender, einen optischen Empfänger oder beides, einen Sender und Empfänger, aufweisen. Das Optikmodul kann verschiedenen Tuben und/oder Linsen aufweisen.
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In Weiterbildung der Erfindung sind der Primärstromkreis und der Sekundärstromkreis und das Optikmodul durch eine Öffnung für ein Frontfenster in das Sensorgehäuse montiert. Dadurch ist zum einen das Sensorgehäuse einfach gestaltet und zum anderen wird die Montage des Sensors, auch im Hinblick auf eine automatisierte Montage des Sensors, vereinfacht. Alle Komponenten des Sensors müssen lediglich aus einer einzigen Fügerichtung in dem Sensor angeordnet werden. Dadurch hat der Sensor lediglich mindestens zwei Öffnungen, die verschlossen werden müssen, um einen dichtes Sensorgehäuse zu erhalten, nämlich die Öffnung für das Frontfenster und ggf. eine Öffnung für das Anschlusskabel.
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In einer bevorzugten Ausführungsform ist das Relais in der Isolationstasche vergossen. Das Vergussmaterial ist ähnlich wie der Isolierkörper ein Isolationsmaterial, welches die Isolierung des Sekundärstromkreises weiter erhöht. Durch den Verguss ist das Relais auch mechanisch befestigt, wodurch der Sensor bei erhöhten Vibrations- und Schockanforderungen eingesetzt werden kann.
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In Weiterbildung der Erfindung ist das Sensorgehäuse schlagfest ausgebildet. Die Schlagfestigkeit des Gehäuses wird beispielsweise durch das verwendete Gehäusematerial bestimmt, beispielsweise Kunststoff mit besonderen Zusätzen wie Kohlefaser oder durch die Verwendung von Metallgehäusen. Weiter wird die Schlagfestigkeit durch die Gehäusegeometrie bestimmt, beispielsweise durch Verstrebungen oder verstärkten Kanten, um auftretenden Kräften besser standzuhalten.
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Die Erfindung wird nachstehend auch hinsichtlich weiterer Vorteile und Merkmale unter Bezugnahme auf die beigefügte Zeichnung anhand von Ausführungsbeispielen erläutert. Die Figuren der Zeichnung zeigen in:
- 1 ein Sensor mit Sensorgehäuse;
- 2 ein erfindungsgemäßer Sensor mit Primärstromkreis und Sekundärstromkreis.
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1 zeigt einen erfindungsgemäßen Sensor 1 mit einem Sensorgehäuse 2. Das Sensorgehäuse 2 weist eine Frontseite 24 mit einer Öffnung zum Ein- und/oder Austritt von Lichtstrahlen auf. Weiter weist der Sensor 1 einen Steckeranschluss auf. Statt des Steckeranschlusses kann auch ein direkter Kabelanschluss vorgesehen sein. Auf der Oberseite weist der Sensor 1 optional Einstell- oder Bedienelemente auf. An der der Frontseite gegenüberliegenden Seite weist der Sensor 1 optional Anzeigeelemente auf. Weiter sind in das Gehäuse Montageöffnungen integriert, um den Sensor 1 beispielsweise mit Schrauben zu befestigen.
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2 zeigt den erfindungsgemäßen Sensor 1 mit einem Sensorgehäuse 2, mit einem Primärstromkreis 8 und einem Sekundärstromkreis 4, wobei die Stromkreise jeweils elektrisch isoliert sind, wobei der Sekundärstromkreis 4 mindestens von Kontakten 26 eines Relais gebildet ist, wobei zwischen dem Relais 12 und dem Primärstromkreis 8 ein Isolationskörper 10 angeordnet ist. Der Sekundärstromkreis 4 und der Primärstromkreis 8 sind optional auf verschiedenen Elektronikkarten bzw. Leiterplatten untergebracht.
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Der komplette Sekundärstromkreis 4 ist gemäß 2 in einem separaten, isolierten Teil des Sensorgehäuses 2 untergebracht. Das Relais 12 ist so im Sensorgehäuse 2 angeordnet, dass die Kontakte 26, welche den Sekundärstromkreis 4 bilden und an welchen beispielsweise eine externe Last angeschlossen wird, so angeordnet sind, dass diese Kontakte 26 eine maximale Entfernung zum Primärstromkreis 8 aufweisen. Durch den Isolationskörper 10 ist gewährleistet, dass der Abstand zwischen dem Primärstromkreis 8 und dem Sekundärstromkreis 4 eingehalten ist. Eine Relaisspule 34 des Relais 12 ist dabei elektrisch mit dem Primärstromkreis 8 verbunden zur Ansteuerung der Relaiskontakte. Diese elektrische Verbindung 32 ist um den Isolationskörper 10 herum oder hindurch geführt. Die elektrische Verbindung 32 ist beispielsweise durch eine flexible Elektronikkarte bzw. flexible Leiterplatte oder durch ein Kabel gebildet.
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Der Isolationskörper 10 ist als Isolationstasche 28 ausgebildet. Die Isolationstasche 28 umgibt das Relais 12 fast vollständig. In diesem Ausführungsbeispiel sind drei Seiten des Relais 12 von der Isolationstasche 28 umgeben. Eine vierte Seite des Relais 12 liegt dabei direkt an einer Sensorgehäusewand. Jedoch kann es auch vorgesehen sein, dass der Isolationskörper 10 nur an einer einzigen Seite des Relais 12 ausgebildet ist. Die Kontakte 26 des Sekundärstromkreises 4 des Relais 12 liegen dabei so nah wie möglich an der Sensorgehäusewand. Durch die Isolationstasche 28 ist der Sekundärstromkreis 4 insbesondere in allen Richtungen isoliert zum Primärstromkreis 8.
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Gemäß 2 sind der Primärstromkreis 8 und der Sekundärstromkreis 4 als Module 30 ausgebildet, wobei die Module 30 austauschbar sind. Verschieden ausgebildete Module 30 können miteinander kombiniert werden. Der Sensor 1 ist dadurch modular als Baukastensystem aufgebaut. Durch Kombination verschiedener Module 30 kann der Sensor 1 in unterschiedlicher Ausbildung für verschiedene Einsatzgebiete hergestellt werden.
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Optional weist der Primärstromkreis 8 ein Optikmodul 20 auf, wobei das Optikmodul 20 austauschbar ist. Verschiedene Optikmodule 20 können mit dem Primärstromkreis 8 kombiniert werden. Das Optikmodul 20 kann verschiedene Tuben und/oder Linsen aufweisen. Der Sensor 1 kann beispielsweise als Lichtschranke, Reflexionslichtschranke, Lichttaster oder dergleichen ausgebildet sein.
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Bevorzugt sind der Primärstromkreis 8 und der Sekundärstromkreis 4 und das Optikmodul 20 durch eine Öffnung für ein Frontfenster an der Frontseite 24 gemäß 1 in das Sensorgehäuse 2 montiert. Alle Komponenten des Sensors 1 müssen lediglich aus einer einzigen Montagerichtung in dem Sensor 1 angeordnet werden.
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Das Relais 12 kann in der Isolationstasche 28 vergossen werden. Das Vergussmaterial ist ein Isolationsmaterial, welches die Isolierung des Sekundärstromkreises 4 weiter erhöht. Durch den Verguss ist das Relais 12 auch mechanisch befestigt, wodurch der Sensor 1 bei erhöhten Vibrations- und Schockanforderungen eingesetzt werden kann. Bevorzugt ist das Sensorgehäuse 2 schlagfest ausgebildet.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Sensor
- 2
- Sensorgehäuse
- 4
- Sekundärstromkreis
- 8
- Primärstromkreis
- 10
- Isolationskörper
- 12
- Relais
- 20
- Optikmodul
- 24
- Frontseite
- 26
- Kontakte des Relais
- 28
- Isolationstasche
- 30
- Module
- 32
- elektrische Verbindung
- 34
- Relaisspule
