DE2951968A1

DE2951968A1 - Elektrischer naeherungsschalter

Info

Publication number: DE2951968A1
Application number: DE19792951968
Authority: DE
Inventors: Eduard 7303 Neuhausen Hermle
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1979-12-22
Filing date: 1979-12-22
Publication date: 1981-07-02
Also published as: US4419646A; FR2473249B1; JPS6018100B2; JPS5699933A; IT8025571A0; IT1134033B; DE2951968C2; FR2473249A1

Description

OR.-INS. OIPl.-ING. M. SC. DIPC-PHVS. DR. OIPL.-PHVS. 0PL-^HVS. DR.

HÖGER - STELLRECHT - GRIcSSBACH - HAECKER BOEHME

ε in stuttsari

A 4 3 86 7 b Herr Eduard Hermle

b - 184 Kirchstraße 20

13. Dez. 1979 7303 Neuhausen a.d.F.

Elektrischer Näherungsschalter

Die Erfindung betrifft einen druckflüssigkeitsdichten elektrischen Näherungsschalter mit einer Gehäusehülse, deren eines Ende durch ein Verschlußteil aus elektrisch isolierendem Material verschlossen ist, hinter welchem eine Tastspule sowie ein diese aufnehmender Schalenkern angeordnet sind, welch letzterer von einer ümfangswand eines Einsatzteils umfaßt wird, das sich auf einer Innenschulter, einer Trennwand oder dergleichen der Gehäusehülse abstützt, die im Axialabstand von dem durch das Verschlußteil verschlossenen vorderen Ende der Gehäusehülse angeordnet ist, sowie mit zwei O-Ringen, die in im Axialabstand hintereinanderliegenden Ausnehmungen zwischen der ümfangswand des Einsatzteils und der Gehäusehülse angeordnet sind.

Auf dem Markt ist schon ein derartiger elektrischer Näherungsschalter verfügbar. Diese Schalter werden in der Regel für die Abtastung der Endstellungen von Kolben in Hydraulikaggregaten verwendet und zu diesem Zweck in die Zylinderwand des jeweiliegen Hydraulikzylinders eingesetzt. Die Näherungsschalter müssen deshalb Drucköl-dicht sein, und zwar auch bei ziemlich großen und extremen Temperaturbereichen (z.B. zwischen minus 30⁰C und plus 100° C), was sich nicht einfach dadurch erreichen läßt, daß man die üblichen, Tastspule mit Schalenkern sowie Teile der elektrischen Schaltung aufnehmenden Gehäusehülsen mit Gießharz ausgießt, da die Haftung des letzteren an Metallen nicht besonders gut ist und die Temperaturausdehnungskoeffizienten von Metall und Gießharzen zu unterschiedlich sind, um Ablösungserscheinungen am Gehäuse ausschließen zu können, ganz abgesehen von dem Schwinden des Gießharzes beim Polymerisieren. Eine grund-

130 027/0475

13. Dez. 1979 - 5 -

sätzliche Abhilfe ist auch mit den neuerdings verwendeten, Quarzmehl-gefüllten Gießharzen nicht möglich, obwohl diese bei Temperaturschwankungen weit weniger schrumpfen bzw. sich ausdehnen wie ungefüllte Gießharze; der Verbund mit der metallischen Gehäusehülse ist jedoch auch hier nicht besser, und außerdem wird der Verbund zwischen Gießharz und Quarzmehlpartikeln bei Temperaturschwankungen gelockert, und unter Druck stehendes Hydrauliköl dringt schon in die geringsten Grenzflächenspalte ein.

Bei dem bekannten Näherungsschalter der eingangs erwähnten Art bildet ein topfförmiges Kunststoffteil sowohl das vordere Verschlußteil als auch das Einsatzteil, und der die Tastspule aufnehmende Schalenkern wird von einer Gießharzfüllung gegen die Innenseite dieses Kunststoffteils gehalten. Dieser bekannte Näherungsschalter hat nun zwei wesentliche Nachteile: Zum einen wird das topfförmige Kunststoff-Verschluß- und Einsatzteil in der Gehäusehülse nur durch Gießharz festgehalten, welches von hinten bis zum inneren O-Ring vordringt, was wegen der ungenügenden Haftung des Gießharzes an der metallischen Gehäusehülse unzureichend ist. Zum anderen muß die den bruchempfindlichen ferritischen Schalenkern abstützende Gießharzfüllung in den Raum hinter dem Schalenkern durch eine Bohrung in einer das-Kunststoff-Verschluß- und Einsatzteil abstützenden Trennwand der Gehäusehülse eingebracht werden, weshalb sich die vollständige Ausfüllung des Raums hinter dem Schalenkern und damit dessen gleichmäßige mechanische Abstützung nicht gewährleisten läßt. Schon deshalb ist der Schalenkern bei einer Beaufschlagung des Näherungsschalters mit Drucköl bruchgefährdet. Da das ferritische Material des Schalenkerns aber einen noch wesentlich kleineren Temperaturausdehnungskoeffizienten hat als Quarzmehl-gefülltes Gießharz, ist die mechanische Abstützung

- 6 130027/0475

b - 184

13. Dez. 1979 - 6 -

des Schalenkerns durch die Gießharzfüllung bei tieferen Temperaturen noch unbefriedigender. Schließlich besteht bei dem bekannten Näherungsschalter die Gefahr, daß die O-Ringe bei der Schaltermontage beschädigt werden: Diese O-Ringe müssen ja ein Übermaß haben, um in axialer Richtung zwischen der Gehäusehülse und dem Kunststoff-Verschluß- und Einsatzteil abzudichten; beim Einschieben dieses Kunststoffteils in die Gehäusehülse werden deshalb die O-Ringe so verdreht und gequetscht, daß sie nach dem Einbau häufig stark beschädigt sind und die Abdichtung nicht mehr gewährleisten können.

Der Erfindung lag die Aufgabe zugrunde, einen druckflüssigkeitsbeständigen elektrischen Näherungsschalter zu entwickeln, bei iem die unterschiedlichen Temperaturausdehnungskoeffizienten von Gießharz und anderen verwendeten Werkstoffen wie Metall und Ferrit sowie die geringe Haftung des Gießharzes an Metall nicht die nachteiligen Folgen haben können wie bei dem vorstehend beschriebenen bekannten Näherungsschalter. Ausgehend von einem Schalter der eingangs erwähnten Art wird diese Aufgabe erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß das Verschlußteil als von dem Einsatzteil getrenntes Bauelement ausgebildet und durch an der Gehäusehülse vorgesehene Sicherungsmittel formschlüssig gehalten sowie in axialer Richtung gegen den äußeren O-Ring angepreßt wird, daß das Einsatzteil einen Boden aufweist und im wesentlichen topfförmig ausgebildet ist, und daß der Raum zwischen dem Verschlußteil und dem Boden des Einsatzteils zumindest nahezu vollständig von dem Schalenkern mit Tastspule ausgefüllt wird. Bei der erfindungsgemäßen Konstruktion stützt sich der Schalenkern also nicht über eine Gießharzfüllung auf einer Innenschulter, einer Trennwand oder dgl. der Gehäusehülse ab, sondern über den Boden des topfförmigen Einsatzteils, außerdem muß der äußere O-Ring bei der Schaltermontage nicht irgendwo hineingezwängt werden,

130027/0475

13. Dez. 1979 - 7 -

da er seine Abdichtfunktion aufgrund eines auf ihn durch das Verschlußteil ausgeübten axialen Drucks erfüllt, und schließlich werden Verschlußteil, Einsatzteil, Schalenkern und Tastspule formschlüssig in der Gehäusehülse gehalten. Während also bei dem bekannten Näherungsschalter das Gießharz mechanisch abstützen, halten, abdichten, elektrisch isolieren und evtl. noch Wärme ableiten muß, werden bei dem erfindungsgemäßen Näherungsschalter die Mehrzahl dieser Aufgaben von Metallteilen und Hydraulikdichtungen (O-Ringe) übernommen, während das Gießharz nur noch in ganz geringem Maße stabilisierend wirkt und lediglich noch die kleinen Zwischenräume der Spulenwicklung und sonstige Spalte zwischen Verschlußteil, Tastspule, Schalenkern, Einsatzteil und Gehäusehülse ausfüllt.

Bei den an der Gehäusehülse vorgesehenen Sicherungsmitteln könnte es sich zum Beispiel um eine überwurfmutter handeln. Bei einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Näherungsschalters ist jedoch die Gehäusehülse an ihrem einen Ende auf das Verschlußteil umgebördelt, wobei empfohlen wird, die Gehäusehülse an diesem Ende mit einer Innenschulter zu versehen, auf der das Verschlußteil aufliegt. Am einfachsten ist ein Verschlußteil in Form einer Scheibe, die jedoch zweckmäßigerweise in der Randzone ihrer Außenseite eine Stufe für den Bördel aufweist, so daß sich die Scheibe beim Umbördeln nicht aufwölben kann. Durch das Umbördeln wird gleichzeitig das Verschlußteil formschlüssig und damit zuverlässig gehalten sowie ein axialer Druck auf den äußeren O-Ring ausgeübt, so daß dieser überall zuverlässig abdichtend anliegt.

Der Schalenkern muß gegenüber der metallischen Gehäusehülse elektrisch isoliert werden. Diese Aufgabe übernahm bei dem bekannten Näherungsschalter das Gießharz, in dem der Schalenkern

- 8 130027/0475

b - 184

13. Dez. 1979 - 8 -

sozusagen schwimmt. Bei einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Näherungsschalters besteht das Einsatzteil aus einer Dural-Legierung, und seine Oberfläche ist harteloxiert, so daß die Harteloxalschicht als Isolierschicht wirkt. Ein weiterer Vorteil dieser Konstruktion ist darin zu sehen, daß der Schalenkern in einem metallischen Bauelement, nämlich in dem Einsatzteil aus Duraluminium gelagert ist und damit vor einer mechanischen überlastung sicher geschützt wird.

Schließlich empfiehlt es sich, die dem Verschlußteil zugewandte Stirnseite der aus Schalenkern und Tastspule bestehenden Baugruppe mit einer Gießharzschicht zu bedecken, welche mit der Stirnseite des Einsatzteils bündig ist. Auf diese Weise erhält man eine ebene Auflagefläche für das Verschlußteil, wodurch gewährleistet wird, daß der Schalenkern durch den hydraulischen Druck stets gleichmäßig belastet wird und nicht auf Biegung beansprucht werden kann, was angesichts der Bruchempfindlichkeit des ferritischen Materials des Schalenkerns von großer Bedeutung ist.

Weitere Merkmale, Einzelheiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den beigefügten Ansprüchen und / oder aus der nachfolgenden Beschreibung sowie der beigefügten zeichnerischen Darstellung einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Näherungsschalters; die Zeichnung zeigt einen solchen Näherungsschalter in der Seitenansicht und teilweise im Längsschnitt.

Der bevorzugte Näherungsschalter besitzt eine Gehäusehülse 10, deren Inneres durch eine Trennwand 16 in eine vordere und eine hintere Gehäusekammer 12 bzw. 14 unterteilt wird. Die letztere nimmt eine Leiterplatte 18 mit einem Teil der Elektronik des

130027/0475

b - 184 ■

13. Dez. 1979 - 9 -

Näherungsschalters auf, während sich in der vorderen Gehäusekanuner 12 ein topfförmiges Einsatzteil 20, ein Schalenkern 22 und eine Tastspule 24 befinden.

Das Einsatzteil 20 besteht aus einer Duraluminium-Legierung, besitzt einen Umfangsbereich 20a und einen Boden 20b und ist am Umfang und am Boden mit Ringnuten 20c, 2Od zur Aufnahme von O-Ringen 28 und 30 versehen.

Der Schalenkern 22 und die Tastspule 24 sind von herkömmlichem Aufbau, jedoch so dimensioniert, daß die nach außen gekehrten Stirnflächen mit der äußeren Stirnfläche des Einsatzteils 20 nicht ganz genau bündig sind, sondern etwas weiter zurückliegen - der Zweck dieser Maßnahme wird später noch erläutert werden.

Die Gehäusehülse 10 besitzt eine erste und eine zweite Innenschulter 10a und 10b, wobei die erstere der Aufnahme eines O-Ringes 32 und die äußere Innenschulter 10b der Abstützung einer Verschlußscheibe 34 dient, welche in der Randzone ihrer Außenseite eine Stufe 34a aufweist, in die hinein der vordere Endbereich 10d der Gehäusehülse 10 umgebördelt wurde. Die verschiedenen Abmessungen wurden dabei so gewählt, daß beim Umbördeln die Verschlußscheibe 34 nicht nur gegen die Innenschulter 10b der Gehäusehülse 10 gepreßt wird, sondern daß eine Pressung in axialer Richtung auf die O-Ringe 32 und 30 ausgeübt wird, so daß es keines radialen Ubermasses des O-Rings 32 bedarf, damit dieser einwandfrei abdichtend gegen die Gehäusehülse 10, das Einsatzteil 20 und die Verschlußscheibe 34 angepreßt wird; außerdem gewährleistet der von der Verschlußscheibe 34 auf das Einsatzteil 20 ausgeübte axiale Druck eine Verformung des O-Ringes 30 derart, daß dieser den Spalt zwischen dem

_ 10 _

130027/0475

13. Dez. 1979 - 10 -

Boden 20b des Einsatzteils 20 und der Auflagefläche der Trennwand 16 einwandfrei abdichtet, worin ein wesentlicher weiterer Vorteil der erfindungsgemäßen Konstruktion zu sehen ist.

Die Verschlußscheibe 34 kann aus jedem geeigneten elektrisch isolierenden Material bestehen, zum Beispiel aus Kunststoff, Glas, einem dichten keramischen Material etc.

Damit der Schalenkern 22 gegenüber der metallischen Gehäusehülse 10 elektrisch isoliert wird, wurde das aus einer Duraluminium-Legierung bestehende Einsatzteil 20 harteloxiert, da eine derartige Harteloxalschicht hinreichende Isoliereigenschaften besitzt.

Der elektrische Anschluß der Tastspule 24 erfolgt über eine Leitung 50, die sich von der Leiterplatte 18 durch eine Bohrung 16a in der Trennwand 16 der Gehäusehülse und eine Bohrung 2Oe im Einsatzteil 20 hindurch erstreckt und in einem sich bis zur Tastspule 24 erstreckenden Schlitz des Schalenkerns 22 endet.

Bei der Montage des erfindungsgemäßen Schalters wird wie folgt vorgegangen:

Zunächst werden die Tastspule 24 und der Schalenkern 22 in das topfförmige Einsatzteil 20 eingesetzt, worauf die Zwischenräume der Spulenwicklung sowie die geringfügigen Fugen zwischen Einsatzteil 20, Schalenkern 22 und Tastspule 24 mit einem Gießharz ausgegossen werden. Dieses bildet gleichzeitig über den vorderen Stirnflächen der Tastspule 24 und des Schalenkerns 22 eine dünne Schicht, deren Außenfläche mit der vorderen Stirnfläche des Einsatzteils 20 bündig ist. Damit ergibt sich eine

- 11 -

130027/0A7S

A 43 867 b

13. Dez. 1979 -11- £951968

ebene Auflagefläche für die Verschlußscheibe 34. Nachdem über die Leitung 50 die Tastspule 24 an die Leiterplatte 18 angeschlossen wurde, werden die hintere Gehäusekammer 14, die Bohrung 16a in der Trennwand 16 und die Fuge zwischen Einsatzteil 20 und Gehäusehülse 10 bis zum hinteren O-Ring 30 oder höchstens bis zum O-Ring 28 mit Gießharz ausgefüllt, welches dank dieser beiden O-Ringe keinesfalls bis zum vorderen O-Ring 32 vordringen kann, so daß dieser stets elastisch bleibt und zuverlässig gegen von vorn eindringendes Hydrauliköl abdichten kann.

130027/0475

ι **■

L e e r s e 11 e

Claims

OR.-INQ. DIPL.-ING. M. SC. DIPL-PHVS. OR. OIPL-PHVS. WPL PHYS. OA.

HÖGER - STELLRECH Γ - GRuSSBACH - HAECKER BOEHME

PATENTAr¹WAtTE IN TTUTTGAPT

⁴³JS^{7 b} Herr Eduard Hermle 2 9 5 1 9 6

13. Dez. 1979 ^ff^ „

7303 Neuhausen a.d.F.

Ansprüche

. Druckflüssigkeitsdichter elektrischer Näherungsschalter mit einer Gehäusehülse, deren eines Ende durch ein Verschlußteil aus elektrisch isolierendem Material verschlossen ist, hinter welchem eine Tastspule sowie ein diese aufnehmender Schalenkern angeordnet sind, welch letzterer von einer Umfangswand eines Einsatzteils umfaßt wird, das sich auf einer Innenschulter, einer Trennwand oder dergleichen der Gehäusehülse abstützt, die im Axialabstand von dem durch das Verschlußteil verschlossenen vorderen Ende der Gehäusehülse angeordnet ist, mit zwei O-Ringen, die in im Axialabstand hintereinander- liegenden Ausnehmungen zwischen der Umfangswand des Einsatzteils und der Gehäusehülse angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, daß das Verschlußteil (34) als von dem Einsatzte il (20) getrenntes Bauelement ausgebildet und durch an der Gehäusehülse (10) vorgesehene Sicherungsmittel (1Od) formschlüssig gehalten sowie in axialer Richtung gegen den äußeren O-Ring (32) angepreßt ist, daß das Einsatzteil (20) einen Boden (20b) aufweist und im wesentlichen topfförmig ausgebildet ist, und daß der Raum zwischen dem Verschlußteil (34) und dem Boden (20b) des Einsatzteils zumindest nahezu vollständig von dem Schalenkern (22) mit Tastspule (24) ausgefüllt wird.
2. Näherungsschalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Gehäusehülse (10) an ihrem einen Ende auf das Verschlußteil (34) umgebördelt ist.

13 0 0 27/0475 ORIGINAL INSPECTED

A 43 867 b
3. Näherungsschalter nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Gehäusehülse (10) an ihrem einen Ende eine Innenschulter (10b) aufweist, auf der das Verschlußteil (34) aufliegt.
4. Näherungsschalter nach einem oder mehreren der Ansprüche 1-3, dadurch gekennzeichnet, daß das Verschlußteil (34) die Form einer Scheibe hat.
5. Näherungsschalter nach einem oder mehreren der Ansprüche 2-4, dadurch gekennzeichnet, daß das Verschlußteil (34) in der Randzone seiner Außenseite eine Stufe (34a) für den Bördel (1Od) aufweist.
6. Näherungsschalter nach einem oder mehreren der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß in an sich bekannter Weise in der Gehäusehülse (10) hinter dem inneren O-Ring (28 bzw. 30) eine Gießharzfüllung vorgesehen ist.
7. Näherungsschalter nach einem oder mehreren der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Einsatzteil (20) aus einer Dural-Legierung besteht und seine Oberfläche harteloxiert ist.
8. Näherungsschalter nach einem oder mehreren der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die dem Verschlußteil

(34) zugewandte Stirnseite der aus Schalenkern (22) und Tastspule (24) bestehenden Baueinheit von einer Gießharzschicht bedeckt ist, welche mit der Stirnseite des Einsatzteils (20) bündig ist.

130027/04

A 43 867 b

b - 184

13. Dez. 1979 - 3 - 2951968
9. Näherungsschalter nach einem oder mehreren der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Gehäusehülse (10) an ihrem einen Ende eine an das Verschlußteil (34) angrenzende Innenschulter (10a) zur Aufnahme und Abstützung des äußeren O-Rings (32) aufweist.

130027/0475