DE4328366C2 - Näherungsschalter - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Näherungsschalter mit einem Gehäuse, mit einem von außen beeinflußbaren Sensor und mit einem über den Sensor beeinflußbaren Anwe­ senheitsindikator.

Näherungsschalter der hier grundsätzlich in Rede stehenden Art sind kontaktlos aus­ geführt und werden seit ca. fünfundzwanzig Jahren in zunehmendem Maße anstelle von elektrischen, mechanisch betätigten Schaltgeräten, die kontaktbehaftet ausge­ führt sind, in elektrischen Meß-, Steuer- und Regelkreisen verwendet. Mit solchen Näherungsschaltern wird indiziert, ob sich ein Ansprechkörper, für den der entspre­ chende Näherungsschalter sensitiv ist, dem Näherungsschalter hinreichend weit genähert hat. Hat sich nämlich ein Ansprechkörper, für den der entsprechende Nähe­ rungsschalter sensitiv ist, dem Näherungsschalter hinreichend weit genähert, so wird ein elektronischer Schalter umgesteuert, d. h. bei einem als "Schließer" ausgeführten Schaltgerät wird der bisher nicht leitende elektronische Schalter nunmehr leitend, während bei einem als "Öffner" ausgeführten Schaltgerät der bisher leitende elektro­ nische Schalter gesperrt wird.

Hinsichtlich der Ausbildung des Anwesenheitsindikators wird beispielhaft auf die deutschen Offenlegungsschriften DE 30 38 102 A1 und DE 40 32 001 A1 verwiesen.

Die aus dem Stand der Technik bekannten Näherungsschalter detektieren in der Re­ gel Ansprechkörper, die sich unter den gleichen Umgebungsbedingungen befinden, wie diese für das Schaltgerät vorhanden sind. Es existieren jedoch auch eine Reihe von Anwendungen, bei denen sich die Ansprechkörper in einer Einrichtung oder in einer Anlage befinden, welche unter einem hohen Druck steht. Eine hier nur beispiel­ haft erwähnte Anwendung ist etwa der Nachweis der Annäherung eines Kolbens ei­ nes Reziprokverteilers in einer Zentralschmierung. In einem solchen Reziprokverteiler herrschen Fett- oder Öldrücke bis zu ungefähr 350 bar. Der im Stand der Technik be­ kannte Nachweis der Annäherung eines solchen Kolbens eines Reziprokverteilers an einen Näherungsschalter erfolgt dergestalt, daß der Kolben einen Kolbenfortsatz aufweist und dieser Kolbenfortsatz sich über eine Hochdruckdichtung in einen Be­ reich normaler Umgebungsbedingungen erstreckt. In diesem Fall kann dann die An­ näherung des Kolbenfortsatzes über einen aus dem Stand der Technik bekannten Näherungsschalter nachgewiesen werden.

Bei einer solchen, aus dem Stand der Technik bekannten Anordnung tritt das Pro­ blem auf, daß eine Hochdruckdichtung für den Kolbenfortsatz vorgesehen sein muß, wobei diese Hochdruckdichtung zum einen verschleißanfällig ist und zum anderen die freie Bewegung des Kolbens durch die in der Hochdruckdichtung entstehenden Reibungskräfte behindert.

Weiter ist ein gattungsgemäßer Näherungsschalter bekannt, welcher z. B. zur Endla­ genabtastung in hydraulischen Zylindern geeignet ist (vgl. DE 86 32 097 U1). Dieses Schaltgerät weist einen in den Hydraulikzylinder einsetzbaren, druckfesten (mit Ver­ gußmasse gefüllten) Hohlzylinder auf, in welchem der Sensor eingesetzt ist. Eine stirnseitige Öffnung des Hohlzylinders ist jedoch nicht vorgesehen, so daß einerseits der Sensor selber in einem bereits abgedichteten Raum angeordnet ist und anderer­ seits das Feld des Sensors, hier einer Spule, durch die wenn auch dünnwandige Stirn­ seite des Hohlzylinders abgeschwächt wird. Diese Beeinflussung des Sensorfeldes hat eine verschlechterte Ansprechcharakteristik des elektronischen Schaltgerätes zur Folge.

Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, die bekannten Näherungsschalter derart auszugestalten und weiterzubilden, daß sie in eine Einrichtung oder in eine Anlage eingebaut werden können, die unter einem hohen Druck steht - oder die aus anderen Gründen nach außen dicht abgeschlossen sein muß, beispielsweise weil sich in ihr gefährliche Flüssigkeiten, Dämpfe oder Gase befinden, und trotzdem eine gute Ansprechcharakteristik besitzen.

Der erfindungsgemäße Näherungsschalter, bei dem die zuvor hergeleitete und aufge­ zeigte Aufgabe gelöst ist, ist nun dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse an seiner dem Sensor nahen Stirnseite eine Öffnung aufweist und - von seiner dem Sensor na­ hen Stirnseite gesehen - hinter dem Sensor hochdruckdicht abgeschlossen ist. Der er­ findungsgemäße Näherungsschalter kann also zumindest teilweise eingesetzt, insbe­ sondere eingeschraubt werden in eine Einrichtung oder in eine Anlage, die unter ei­ nem hohen Druck steht - oder die aus anderen Gründen nach außen dicht abge­ schlossen sein muß, beispielsweise weil sich in ihr gefährliche Flüssigkeiten, Dämpfe oder Gase befinden. Der notwendige hochdruckdichte Abschluß in der entsprechen­ den Einrichtung bzw. Anlage erfolgt dann einerseits problemlos dort, wo der erfin­ dungsgemäße Näherungsschalter in die Einrichtung bzw. Anlage eingesetzt ist, ins­ besondere eingeschraubt ist, andererseits - von der dem Sensor nahen Stirnseite des Näherungsschalters gesehen - hinter dem Sensor. Während also im weiter oben be­ schriebenen Stand der Technik die entsprechende Einrichtung bzw. Anlage im Be­ reich eines beweglichen Teils dicht, insbesondere hochdruckdicht sein muß, führt die Lehre der Erfindung dazu, daß die entsprechende Dichtung kein bewegliches Teil gegenüber dem Inneren der Einrichtung bzw. der Anlage abdichten muß.

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

Für das in den Fig. 1, 4 und 5 dargestellte Ausführungsbeispiel eines erfindungsge­ mäßen elektronischen Schaltgerätes 1 gilt weiter, daß das Sensorgehäuseteil 6 und das Schaltungsgehäuseteil 7 miteinander verschraubt sind. Im einzelnen ist dabei das Sensorgehäuseteil 6 mit einem Innengewinde 8 und das Schaltungsgehäuseteil 7 mit einem dem Innengewinde 8 des Sensorgehäuseteils 6 zugeordneten Außengewinde 9 versehen. Das Gehäuse 2 besteht insgesamt aus Metall; es sind also sowohl das Sen­ sorgehäuseteil 6 als auch das Schaltungsgehäuseteil 7 metallisch ausgeführt.

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

Claims (18)

1. Näherungsschalter (1), mit einem Gehäuse (2), mit einem von außen beeinflußbaren Sensor (3) und mit einem über den Sensor (3) beeinflußbaren Anwesenheitsindikator, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse (8) an seiner dem Sensor (3) nahen Stirn­ seite (4) eine Öffnung (5) aufweist und - von seiner dem Sensor (3) nahen Stirnseite (4) gesehen - hinter dem Sensor (3) hochdruckdicht abgeschlossen ist.

2. Näherungsschalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse (2) zweiteilig ausgeführt ist, nämlich aus einem Sensorgehäuseteil (6) und aus einem Schaltungsgehäuseteil (7) besteht.

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

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

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

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

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

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

9. Näherungsschalter nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß ein kreiszylindrischer Sensorträger (12) vorgesehen und der Sensor (3) an der nach außen weisenden Stirnseite (13) des Sensorträgers (12) angeordnet ist.

10. Näherungsschalter nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Sensor (3) in einer Ausnehmung (14) des Sensorträgers (12) angeordnet und mit dem Sensorträ­ ger (12) vergossen ist.

11. Näherungsschalter nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Sensor­ träger (12) eine vorzugsweise parallel zur Gehäuselängsachse (15) verlaufende Lei­ tungsdurchführung (16) - zur Durchführung der Anschlußleitungen (17) des Sensors (3) - aufweist und sich die Leitungsdurchführung (16) in der vom Sensor (3) weg weisenden Richtung verjüngt.

12. Näherungsschalter nach einem der Ansprüche 9 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Sensorträger (12) und dem Gehäuse (2) oder dem Sensorgehäuse­ teil (6) ein dem hochdruckdichten Abschluß des Gehäuses (2) dienender O-Ring (18) vorgesehen ist.

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

14. Näherungsschalter nach einem der Ansprüche 9 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Gehäuse (12) oder zwischen dem Sensorgehäuseteil (6) oder dem Schaltungsgehäuseteil (7) einerseits und dem Sensorträger (12) andererseits eine Kraftübertragungsscheibe (20) vorgesehen ist, daß der Sensorträger (12) mit einer die Kraftübertragungsscheibe (20) überwiegend aufnehmenden, senkrecht zur Gehäuse­ längsachse (15) verlaufenden Ausnehmung (21) versehen ist und daß der Außen­ durchmesser des Sensorträgers (12) - von seiner dem Sensor (3) nahen Stirnseite (13) gesehen - hinter der Ausnehmung (21) geringer ist als der Außendurchmesser vor der Ausnehmung (21).

15. Näherungsschalter nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß sich die Kraftübertragungsscheibe (20) an der Stirnfläche (22) des Schaltungsgehäuseteils (7) abstützt.

16. Näherungsschalter nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß unmittelbar vor dem Sensor (3) eine aus Kunststoff bestehende Distanzscheibe (23) vorgesehen ist.

17. Näherungsschalter nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß die Distanz­ scheibe (23) kreisringförmig ausgeführt ist.

18. Näherungsschalter nach einem der Ansprüche 1 bis 17, wobei der Sensor (3) als von außen bedämpfbare Spule, vorzugsweise eines Schwingkreises, ausgeführt ist, dadurch gekennzeichnet, daß vorzugsweise konzentrisch zum Sensor (3) ein para­ magnetischer Dämpfungsring (25) vorgesehen ist.