DE10328073B3 - Optoelektronisches Schaltgerät mit einteiligem optischen Tubus - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft ein optoelektronisches Schaltgerät mit einem einteiligen als Tubus (12) ausgeführten Gehäuse, in dem an seiner Vorderseite eine Linse (2) und an seiner Rückseite ein optoelektronischer Sender (7) aufgenommen ist. Zwischen der Linse (2) und dem Sender (7) ist ein durch ein Gehäuseschlitz (14) eingeführter Halbspiegel oder Filter (6) angeordnet. Die Erfindung gewährleistet bei einfacher Ausführung eine sichere Funktion aufgrund einer definierten optischen Achse des Tubus (12).

Description

• Die Erfindung betrifft ein optoelektronisches Schaltgerät mit einem als Tubus ausgeführten Gehäuse, an dessen Vorderseite eine Linse und an dessen Rückseite ein optoelektronischer Sender angeordnet ist. Zwischen der Linse und dem optoelektronischen Sender ist im Innenraum des Tubus ein Halbspiegel oder Filter vorgesehen.
• Derartige optische und optoelektronische Schaltgeräte, auch optische Näherungsschalter genannt, sind im industriellen Bereich nicht mehr wegzudenken. Ihr Einsatzspektrum reicht von der Fördertechnik über Maschinenbau bis zur Verpackungsindustrie. Diese optischen und optoelektronischen Schaltgeräte arbeiten häufig mit linearpolarisiertem Licht. Manche dieser Geräte nutzen den Vorteil des Brewster'schen Gesetzes, bei dem das Licht durch einen Spiegel bzw. ein Filter in einem bestimmten Winkel, dem Polarisationswinkel „Alpha" abgelenkt wird und als linearisiertes Licht reflektiert wird. Der Brewster-Winkel ist definiert als Tag des Polarisationswinkels = Brechindex des Spiegelrohstoffes, d.h. materialabhängig. Dieses Prinzip ist anwendbar bei Polarisation sowie bei Analysation.
• Für die Applikation dieses physikalischen Prinzips gibt es verschiene Konstruktionsformen von optischen Näherungsschaltern, welche alle das Ziel haben, das Zusammenwirken der beteiligten Komponenten (Gehäuse, Halbspiegel, Filter, Spiegelwinkel, Sender, Empfänger usw.) sicherzustellen und dadurch eine optimale technische Funktion im Einsatzbereich zu gewährleisten. Gerade dieses toleranzmäßig optimale Zusammenwirken ist besonders bei kleinen, einfachen optischen oder optoelektronischen Schaltgeräten schwer zu lösen.
• Aus der DE 199 20 311 A1 ist ein Lumineszenztaster zur Detektion von Lumineszenzmarken bekannt. Dieses optoelektronische Schaltgerät weist ein Gehäuse auf, an dessen Vorderseite eine Linse und an dessen Rückseite ein optoelektronischer Sender angebracht sind. Zwischen der Linse und dem Sender ist ein halbdurchlässiger Spiegel angeordnet.
• Derartige Schaltgeräte haben im allgemeinen einen aus Kunststoff bestehenden Tubus, der häufig zur Vereinfachung direkt auf eine Flachbaugruppe, welche aus der Leiterplatte mit den Leiterbahnen sowie aus den einzelnen elektronischen und optoelektronischen Bauteilen wie Sendediode 7 und Empfänger 11 gemäß 1 besteht, aufgesetzt wird. Es ist wichtig, dass die aufgesetzten Bauteile die notwendige Lagegenauigkeit, das heißt senkrechte und waagerechte Ausrichtung zwischen dem Tubus und dem optoelektronischen Bauteilen auf der Flachbaugruppe besitzen, damit die sichere Funktion gewährleistet ist.
• Beim Stand der Technik gemäß 1 besteht der Tubus des optischen Näherungsschalters aus zwei in der Längsrichtung getrennten Tubushalbschalen 1. An seiner Vorderseite besitzt der aus den Tubushalbschalen 1 gebildete Tubus eine Sitzfläche, die zur Aufnahme einer Linse 2 dient. Aufgrund des Zusammenbaus aus zwei verschiedenen Werkzeugteilen ist diese Sitzfläche nicht immer genau gearbeitet und weist im zusammengebauten Zustand zuviel Toleranz auf. Die Linse 2 sitzt daher im zusammengebauten Tubus relativ ungenau und kann gegebenenfalls wackeln. Daher benötigt man zur Befestigung der Linse 2 einen Federring 3 und einen Befestigungsring 4. Der Befestigungsring 4, der sich auf der Vorderseite des Tubus befindet und ein zweiter Befestigungsring 5 an der Rückseite des Tubus werden für den Zusammenhalt der beiden Tubushalbschalen 1 benötigt. In der Ausführung mit einem Halbspiegel oder einem Filter 6 muss dieser produktionsbedingt am Anfang der Vormontage zwischen den beiden Tubushalbschalen 1 eingesetzt werden. Aufgrund der Vormontage des Halbspiegels oder Filters 6 im Tubus ist eine nachträgliche Umrüstung aufgrund einer operativen Änderung in der Produktion nur mit großem Aufwand möglich.
• Die Befestigung des Tubus auf der Flachbaugruppe erfolgt durch Befestigungszapfen 8, die sich am Tubus befinden, und die zentriert in runde Bohrungen einer Leiterplatte der Flachbaugruppe montiert werden. Die Befestigungszapfen 8 sind viereckig und geschlitzt, um ein Verspannen in den Bohrungen der Leiterplatte der Flachbaugruppe zu erzeugen und damit eine sichere Befestigung des Tubus auf der Flachbaugruppe zu gewährleisten.
• Da diese viereckigen, geschlitzten Befestigungszapfen 8 aber sehr klein sind und die Schlitze sich nicht völlig genau mittig der Befestigungszapfen befinden, ergibt sich das Problem, dass die definierte exakte geometrische Lage des Tubus auf der Flachbaugruppe nicht immer vorhanden ist. In Bezug auf die Phasen der Befestigungszapfen 8, die für das Verrasten des Tubus auf der Leiterplatte dienen, stellt sich ein weiteres Problem. Durch die Dickentoleranzen der Leiterplatten kann sich das Problem einer ungenügenden Befestigung über die Befestigungszapfen ergeben, wenn diese in Bezug auf die Leiterplatte zu lang oder aber zu kurz sind. In beiden Fällen ist eine feste Verbindung zwischen und Tubus und Leiterplatte nicht gewährleistet. Daher ist nicht gesichert, dass sich die optische Achse des Tubus in der gewünschten geometrischen Lage der Flachbaugruppe befindet und auch in dieser Position verbleibt.
• Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, das optoelektronische Schaltgerät dahingehend zu verbessern, dass es bei einfacher Ausführung eine sichere Funktion aufgrund einer definierten optischen Achse des Tubus gewährleistet.
• Die Aufgabe wird mit den Merkmalen nach Anspruch 1 gelöst. Das einteilig als Tubus ausgeführte Gehäuse ermöglicht auf einfache Weise einen festen Sitz der Linse an der Vorderseite des Tubus, wodurch eine Verschiebung der optischen Achse vermieden wird. Eine erfindungsgemäße Vereinfachung im Aufbau ergibt sich außerdem dadurch, dass zwischen der Linse und einem Sender im Innenraum des Tubus ein durch ein Gehäuseschlitz eingeführter Halbspiegel oder Filter angeordnet ist. Der Gehäuseschlitz bietet gegenüber einem Festeinbau den Vor teil, dass der Halbspiegel oder Filter nachträglich auf einfache Weise ausgetaucht werden kann, falls dies erforderlich werden sollte.
• Eine vorteilhafte Ausführung der Erfindung besteht, wenn gemäß Anspruch 1 einteilig mit dem Gehäuse verbundene Zentrier- und Befestigungsstifte vorgesehen sind, da auf diese Weise eine sichere unveränderte Lage des Tubus und damit eine gleichbleibende Position der optischen Achse am ehesten gewährleistet werden können.
• Vorteilhafterweise stecken die Zentrier- und Befestigungsstifte gemäß Anspruch 3 in Zentrierbohrungen einer zum optoelektronischen Schaltgerät gehörenden Leiterplatte. Üblicherweise sind die zum optoelektronischen Schaltgerät gehörenden Komponenten auf der Leiterplatte angebracht, die mit dem Tubus bei fester Verbindung über die Zentrier- und Befestigungsstifte eine Einheit, nämlich das optoelektronische Schaltgerät bildet.
• Gemäß Anspruch 4 sind die Zentrier- und Befestigungsstifte vorteilhafterweise an der Leiterplatte mit Ultraschalltechnologie gesichert, das heißt, es wird eine feste Verbindung durch Verschmelzen der Leiterplatte mit den Befestigungs- und Zentrierstiften gebildet.
• Eine weitere vorteilhafte Ausführung besteht, wenn gemäß Anspruch 5 der vordere Rand am Tubus zur Befestigung der Linse mittels Ultraschalltechnologie verformt ist, da dies eine wenig aufwendige Befestigung der Linse darstellt, bei gleichzeitig festem Sitz derselben.
• Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird im Folgenden anhand einer Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:
• 2 Im Längsschnitt einen erfindungsgemäßen Tubus und
• 3 eine perspektivische Außenansicht des erfindungsgemäßen Tubus.
• In 2 ist ein Tubus 12 des erfindungsgemäßen optoelektronischen Schaltgeräts im Längsschnitt dargestellt, der an seiner Vorderseite (links) eine Linse 2 und an seiner Rückseite (rechts) einen optoelektronischen Sender 7, z.B. eine Sendediode, aufweist. Beide Komponenten 2 und 7 bilden für ausgesendete und empfangene optische Strahlen eine optische Achse, auf der im Innenraum des Tubus 12, zwischen der Linse 2 und dem Sender 7 liegend, ein Halbspiegel oder ein Filter 6 angeordnet ist, der um den Winkel α zur optischen Achse ausgerichtet ist. Die vom Sender 7 ausgesendeten Strahlen treffen unausgelenkt auf die Linse 2, während die von der Linse 2 von außen empfangenen Strahlen durch den Halbspiegel 6 in Richtung auf einen Empfänger 11 abgelenkt werden. Dieser ist bei der vorliegenden Ausführungsform eine Komponente der Flachbaugruppe 9, die mit dem Tubus 12 über mit diesen einteilig verbundene Zentrier- und Befestigungszapfen 10 verbunden ist. Hierzu stecken die Zentrier- und Befestigungszapfen 10 in Zentrierbohrungen der Leiterplatte 9 und sind durch ein Verschmelzen mittels Ultraschalltechnologie gesichert. Die Verformung des Tubus 12 erfolgt auch am vorderen Rand mittels Ultraschalltechnologie, um nach Einsetzen der Linse 2 diese in Bezug auf den Tubus 12 festzulegen, um somit die optische Achse des Tubus festzusetzen.
• 3 zeigt eine perspektivische Ansicht eines Tubus 12 des erfindungsgemäßen optoelektronischen Schaltgeräts. An der Vorderseite des Tubus 12 ist die Sitzfläche für den festen Sitz der hier nicht dargestellten Linse erkennbar. In dem sich konisch verjüngenden Bereich des Tubus 12 ist ein Gehäuseschlitz 14 ausgeführt, der als Schacht zur Aufnahme und zur Auswechslung des Halbspiegels oder Filters 6 dient. Eine Verschlussklappe für diesen Gehäuseschlitz 14 trägt das Bezugszeichen 15. An der Unterseite des Tubus 12 sind drei runde massive Befestigungszapfen 16 zur Verbindung mit einer Leiterplatte vorgesehen, wie sie in 2 dargestellt ist. Vorzugsweise ist die Verschlussklappe 15 am Tubus 12 spritztechnisch angebracht und kann bei Bedarf mit Ultraschalltechnologie so verformt werden, dass der Gehäuseschlitz 14 mit der Verschlussklappe 15 verdeckt wird.

Claims (5)

1. Optoelektronisches Schaltgerät mit einem einteiligen als Tubus (12) ausgeführten Gehäuse, in dem an seiner Vorderseite eine Linse (2) und an seiner Rückseite ein optoelektronischer Sender (7), insbesondere eine Sendediode, aufgenommen ist, und in dem zwischen der Linse (2) und dem Sender (7) ein durch ein Gehäuseschlitz (14) eingeführter Halbspiegel oder Filter (6) angeordnet ist.
2. Optoelektronisches Schaltgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass an dem als Tubus (12) ausgeführten Gehäuse Zentrier- und Befestigungsstifte (10, 16) einteilig angeformt sind.
3. Optoelektronisches Schaltgerät nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Zentrier- und Befestigungsstifte (10, 16) in Zentrierbohrungen einer zum optoelektronischen Schaltgerät gehörenden Leiterplatte (9) stecken.
4. Optoelektronisches Schaltgerät nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Zentrier- und Befestigungsstifte (10, 16) an der Leiterplatte (9) mit Ultraschalltechnologie gesichert sind.
5. Optoelektronisches Schaltgerät nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der vordere Rand am Tubus (12) zur Befestigung der Linse (2) mittels Ultraschalltechnologie verformt ist.