DE102011084741B4 - Proximity switch with metallic outer shell - Google Patents

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Abstract

Verfahren zur Herstellung eines Gehäuses für einen Näherungsschalter mit einer metallischen Außenhülle (1) und einem innen liegenden Isolationskörper (2), wobei die metallische Außenhülle (1) Hinterschnitte (3) aufweist, die vom Isolationskörper (2) formschlüssig ausgefüllt werden, wobei der Isolationskörper (2) als Hochdruck-Spritzgussteil ausgeführt ist, gekennzeichnet durch folgende Verfahrensschritte: – Einlegen eines vorgeformten Metallteils, vorzugsweise einer Rundhülse in ein Spritzwerkzeug, in dem sowohl die gewünschte äußere Form der metallischen Außenhülle (1) als auch die Form des Isolationskörpers (2) vorgegeben sind, – Schließen des Werkzeugs, – Einspritzen von Kunststoff mit einem Druck, der geeignet ist, das Metallteil zur gewünschten metallischen Außenhülle (1) mit dabei entstehenden Hinterschnitten (3) umzuformen, – Öffnen des Werkzeugs nach einer prozess- und werkstoffabhängigen Abkühlzeit, – Entnahme des nunmehr eine metallische Außenhülle (1) und einen Isolationsköper (2) aufweisenden metallischen Gehäuses.A method for producing a housing for a proximity switch with a metallic outer shell (1) and an inner insulating body (2), wherein the metallic outer shell (1) has undercuts (3) which are positively filled by the insulating body (2), wherein the insulating body (2) is designed as a high-pressure injection-molded part, characterized by the following method steps: Inserting a preformed metal part, preferably a round sleeve in an injection mold, in which both the desired outer shape of the metallic outer shell (1) and the shape of the insulating body (2) are predetermined, -. Close the tool, – Injecting plastic at a pressure capable of reshaping the metal part into the desired metallic outer shell (1) with undercuts (3) resulting therefrom; Opening the tool after a process and material dependent cooling time; Removing the now a metallic outer shell (1) and an insulating body (2) having metallic housing.

Description

Die Erfindung betrifft einen Näherungsschalter mit metallischer Außenhülle gemäß den Merkmalen des Oberbegriffs des Patentanspruchs 1. Es wird ein Verfahren zur Herstellung eines Gehäuses für einen Näherungsschalter beansprucht.The invention relates to a proximity switch with metallic outer shell according to the features of the preamble of claim 1. It is claimed a method for producing a housing for a proximity switch.

Näherungsschalter sind in der Automatisierungstechnik weit verbreitet. Sie werden unter anderem auch von der Anmelderin in großen Stückzahlen als induktive, kapazitive oder optische Näherungsschalter hergestellt und vertrieben.Proximity switches are widely used in automation technology. Among other things, they are manufactured and distributed by the applicant in large numbers as inductive, capacitive or optical proximity switches.

Für raue Umgebungsbedingungen sind Metallgehäuse besonders geeignet. Allerdings müssen sowohl Sensorfenster als auch Durchführungen für elektrische Anschlüsse aus nichtmetallischen Materialien, vorzugsweise Kunststoff, vorgesehen werden. Außerdem ist das Gehäuse gegenüber den innen liegenden Elektronikbaugruppen elektrisch zu isolieren. Hierbei geht es nicht nur um den störungsfreien Betrieb, sondern auch um Sicherheitsbestimmungen bezüglich Durchschlagsfestigkeit und Kriechstrecken. Zu diesem Zweck werden häufig Formteile aus Kunststoff eingelegt bzw. eingegossen. Nachteilig bei der Verwendung eines Einlegeteils sind der Montageaufwand und dessen Befestigung durch Verklebung oder Verguss.For harsh environments metal housings are particularly suitable. However, both sensor windows and feedthroughs for electrical connections made of non-metallic materials, preferably plastic, must be provided. In addition, the housing must be electrically insulated from the internal electronics modules. This is not only about trouble-free operation, but also about safety regulations regarding dielectric strength and creepage distances. For this purpose, molded plastic parts are often inserted or cast. A disadvantage of the use of an insert are the assembly costs and its attachment by gluing or potting.

Eine häufig verwendete Gehäusebauform ist das Zylindergehäuse. Daneben sind quaderförmige Gehäuse gebräuchlich, die in manchen Fällen mit Gewindestutzen zur Befestigung versehen werden. Zylindrische Metallgehäuse werden meist mit einem Außengewinde versehen. Das geschieht oftmals durch Innenhochdruckumformung (Hydroforming). Hierbei wird ein metallisches Werkstück, beispielsweise ein Rohr oder eine Hülse, mittels Innendruck durch eine Wasser-Öl-Emulsion mit Drücken bis zu 3000 bar verformt.A frequently used housing design is the cylinder housing. In addition, cuboid housings are common, which are provided in some cases with threaded connector for attachment. Cylindrical metal housings are usually provided with an external thread. This is often done by hydroforming. In this case, a metallic workpiece, for example a pipe or a sleeve, by means of internal pressure by a water-oil emulsion with pressures up to 3000 bar deformed.

Aus der DE10326768A1 ist ein Verfahren zur Herstellung von Hybridbauteilen aus Kunststoff und hydrogeformten Profilen bekannt.From the DE10326768A1 is a method for the production of hybrid components made of plastic and hydroformed profiles known.

Die Herstellung erfolgt in einem kombinierten Innenhochdruckumformungsprozess. Hierbei wird in einem ersten Schritt das vorgeformte Metallteil hydro-ausgeformt und in einem zweiten Schritt ein Kunststoffteil angespritzt. Nach dem Ausformen des vorgeformten Metallteils wird das Formwerkzeug derart bewegt, dass das hydro-ausgeformte Metallteil in einer zweiten Kavität für Spritzgießen positioniert wird. Durch in die zweite Kavität eingespritztes Kunststoffmaterial wird das Hybridbauteil erzeugt, während gleichzeitig in der ersten Kavität des Formwerkzeuges ein mit Druckmedium befülltes, vorgeformtes Metallteil in seiner Kontur hydro-ausgeformt wird. Als nachteilig wird die Notwendigkeit mehrerer Verfahrensschritte angesehen.The production takes place in a combined hydroforming process. Here, in a first step, the preformed metal part is hydro-molded and molded in a second step, a plastic part. After forming the preformed metal part, the mold is moved such that the hydro-molded metal part is positioned in a second cavity for injection molding. By injected into the second cavity plastic material, the hybrid component is generated, while at the same time in the first cavity of the mold a filled with pressure medium, preformed metal part is hydro-formed in its contour. A disadvantage is considered the need for several process steps.

Die Druckschriften WO2007/131372A2 , WO2007/131373A1 und WO2007/131374A1 stammen von selben Anmelder und sind zeitgleich veröffentlicht. Sie offenbaren einen induktiven Näherungsschalter mit einer metallischen Außenhülle und einem innen liegenden Isolationskörper, wobei die metallische Außenhülle Hinterschnitte aufweisen kann, die von dem Isolationskörper formschlüssig ausgefüllt werden. Der Isolationskörper ist ein an den metallischen Außenmantel angespritzter Innenmantel aus Kunststoff. Als Nachteil wird der Fertigungsaufwand angesehen.The pamphlets WO2007 / 131372A2 . WO2007 / 131373A1 and WO2007 / 131374A1 come from the same applicant and are published at the same time. They disclose an inductive proximity switch with a metallic outer shell and an inner insulating body, wherein the metallic outer shell may have undercuts which are positively filled by the insulating body. The insulating body is a molded onto the metallic outer jacket inner sheath made of plastic. A disadvantage of the manufacturing effort is considered.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein für hinterschnittene Hybridbauteile, insbesondere auch zur Herstellung von Gehäusen für Näherungsschalter geeignetes Verfahren mit geringerem Fertigungsaufwand anzugeben. Weiterhin soll ein Näherungsschalter angegeben werden, dessen Gehäuse kostengünstig und mit geringem Montageaufwand herstellbar ist.The object of the invention is to provide a method for undercut hybrid components, in particular also for the production of housings for proximity switches suitable method with less manufacturing effort. Furthermore, a proximity switch should be specified, the housing is inexpensive and can be produced with little installation effort.

Diese Aufgabe wird entsprechend den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst. Die Unteransprüche betreffen die vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung.This object is achieved according to the features of patent claim 1. The subclaims relate to the advantageous embodiment of the invention.

Die wesentliche Idee der Erfindung besteht darin, die Ausformung des vorgeformten Metallgehäuses für den Näherungsschalter mit der Herstellung des Isolationskörpers aus Kunststoff zu verbinden.The essential idea of the invention is to connect the shape of the preformed metal housing for the proximity switch with the production of the insulating body made of plastic.

Dazu wird das vorgeformte Metallgehäuse, vorzugsweise ein Rohr oder eine Hülse, in einem Schritt durch die unter Hochruck eingespritzte Kunststoffmasse ausgeformt.For this purpose, the preformed metal housing, preferably a tube or a sleeve, is formed in one step by the injected under high pressure plastic mass.

Die Innenkontur des Kunststoffteils wird durch einen düsenseitigen Kern bestimmt. So entsteht ein innen mit Kunststoff ausgekleidetes Gewinderohr oder eine Gewindehülse, die je nach Bedarf innen mit Konturen zur Aufnahme einer Leiterplatte, Sensorelementen und/oder Bedienelementen versehen werden können.The inner contour of the plastic part is determined by a nozzle-side core. The result is an internally plastic-lined threaded tube or a threaded sleeve, which can be provided inside with contours for receiving a printed circuit board, sensor elements and / or controls as needed.

So wird nicht nur ein Arbeitsgang bei der Herstellung eingespart, sondern auch noch der Montageaufwand verringert. Eine weitere Befestigung des Kunststoffteils entfällt, da es formschlüssig fest mit dem Metallgehäuse verbunden ist.This not only saves one step in the production, but also reduces the assembly effort. A further attachment of the plastic part is eliminated because it is positively connected firmly with the metal housing.

Ein weiterer Erfindungsgedanke besteht darin, ein komplettes Optikmodul mit in das isolierende Kunststoffteil mit einzuspritzen. So muss nur noch eine Frontlinse oder Scheibe montiert, eine Leiterplatte mit den optoelektronischen Bauelementen eingeschoben und das Gehäuse mit einem rückseitigen die elektrischen Kontakte enthaltenden Deckel verschlossen werden.Another idea of the invention is to inject a complete optical module with in the insulating plastic part with. So only a front lens or disc has to be mounted, a printed circuit board with the optoelectronic components inserted and the housing are closed with a back cover containing the electrical contacts.

Nachfolgend ist die Erfindung anhand des in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert.The invention is explained in more detail with reference to the embodiment shown in the drawing.

1 zeigt einen erfindungsgemäßen induktiven Ganzmetall-Näherungsschalter. 1 shows an inductive all-metal proximity switch according to the invention.

2 zeigt einen erfindungsgemäßen optischen Näherungsschalter. 2 shows an optical proximity switch according to the invention.

3 zeigt ein Werkzeug zur Herstellung eines erfindungsgemäßen Gehäuses. 3 shows a tool for producing a housing according to the invention.

4 zeigt das Werkzeug aus der 3 in Explosionsdarstellung. 4 shows the tool from the 3 in exploded view.

Die 1 zeigt einen nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten induktiven Ganzmetall-Näherungsschalter in einem zylindrischen Gehäuse. Die metallische Außenhülle 1 weist eine Gewindehülse auf. Das Gewinde ist im selben Arbeitsschritt mit der Herstellung des Isolationskörpers 2 ausgeformt. Die bei der Ausformung der metallischen Außenhülle 1 entstandenen Hinterschnitte 3 sind mit Kunststoffmaterial gefüllt. Im Gegensatz zum Verguss können hier keine Blasen und damit auch keine Hohlräume mit potentiell störenden lokalen Schwankungen der Dielektrizitätskonstante entstehen. Der Deckel 4 wird in vorteilhafter Weise zunächst mit der Sensorelektronik verbunden und als gemeinsame Baugruppe in das Gehäuse eingefügt.The 1 shows an inductive all-metal proximity switch manufactured by the process according to the invention in a cylindrical housing. The metallic outer shell 1 has a threaded sleeve. The thread is in the same step with the production of the insulating body 2 formed. The in the formation of the metallic outer shell 1 resulting undercuts 3 are filled with plastic material. In contrast to encapsulation, no bubbles and therefore no cavities with potentially disturbing local variations in the dielectric constant can arise here. The lid 4 is advantageously first connected to the sensor electronics and inserted as a common assembly in the housing.

Die 2 zeigt einen erfindungsgemäß hergestellten optischen Näherungsschalter. Die metallische Außenhülle 1 weist einen quaderförmigen Abschnitt und einen Zylinderstutzen auf. Ein nicht dargestelltes Optikmodul zur Aufnahme der optoelektronischen Bauelemente wird vorteilhaft in den Zylinderstutzen eingespritzt.The 2 shows an optical proximity switch produced according to the invention. The metallic outer shell 1 has a cuboid section and a cylinder neck. An optical module, not shown, for receiving the optoelectronic components is advantageously injected into the cylinder neck.

Auch hier wird der Deckel 4 wird in vorteilhafter Weise zunächst mit der Sensorelektronik verbunden und als gemeinsame Baugruppe in das Gehäuse gefügt.Again, the lid 4 is advantageously first connected to the sensor electronics and joined as a common assembly in the housing.

Die 3 zeigt ein im Werkzeug befindliches erfindungsgemäßes Gehäuse für einen induktiven Ganzmetall Näherungsschalter. Die metallische Außenhülle 1 wurde aus einer vorgeformten Hülse mit einem Druck von ca. 300 bar ausgeformt. Die dabei entstandenen Hinterschnitte 3 sind mit Kunststoffmaterial ausgefüllt und damit Bestandteil der Isolationshülle 2. Der düsenseitige Kern ist mit 5 bezeichnet. Der Angussbereich ist oben rechts dargestellt.The 3 shows an in-tool housing according to the invention for an inductive all-metal proximity switch. The metallic outer shell 1 was formed from a preformed sleeve with a pressure of about 300 bar. The resulting undercuts 3 are filled with plastic material and thus part of the insulation cover 2 , The nozzle-side core is with 5 designated. The sprue area is shown on the top right.

Die 4 zeigt das gleiche Werkzeug noch einmal in Explosionsdarstellung. Der düsenseitige Kern 5 legt die gewünschte Innenkontur des Isolationskörpers 2 fest. Hier ist sie rein zylindrisch. Vorteilhaft können Nuten zur Aufnahme und Führung der Leiterplatte oder sonstige Strukturen vorgesehen werden. Die Gewindeform befindet sich in den beiden mit 6 bezeichneten Schiebern. Zur Herstellung eines Isolationskörpers 2 mit hinterschnittener Innenkontur kann auch der Kern 5 einen weiteren Schieber aufweisen.The 4 shows the same tool again in exploded view. The nozzle-side core 5 sets the desired inner contour of the insulation body 2 firmly. Here it is purely cylindrical. Advantageously, grooves for receiving and guiding the printed circuit board or other structures can be provided. The thread form is in the two with 6 designated sliders. For producing an insulation body 2 with undercut inner contour can also be the core 5 have another slider.

Das Hochdruck-Spritzguss-Umformungsverfahren zur Herstellung eines Gehäuses für den erfindungsgemäßen Näherungsschalters umfasst im Wesentlichen folgende Verfahrensschritte:
Zunächst wird ein vorgeformtes Metallteil in das Spritzwerkzeug eingelegt. In vielen Fällen handelt es sich um ein Rohr oder eine Rundhülse. In Abhängigkeit von der gewünschten Endform wird kann aber jede geeignete vorzugsweise im Tiefziehverfahren hergestellte Grundform verwendet werden. Das Werkzeug weist sowohl das Negativ der gewünschten äußeren Form der metallischen Außenhülle 1 als auch der Form des Isolationskörpers 2 auf, so dass die endgültige äußere Form des entstehende Hybridbauteils durch das Werkzeug vorgegeben werden. Nach dem Schließen des Werkzeugs wird die erhitzte Kunststoffmasse mit einem Druck von mindestens 100 bar eingespritzt. Hierbei wird das Metallteil zu der gewünschten metallischen Außenhülle 1 umgeformt.The high-pressure injection molding forming process for producing a housing for the proximity switch according to the invention essentially comprises the following method steps:
First, a preformed metal part is inserted into the injection mold. In many cases it is a tube or a round sleeve. Depending on the desired final form, however, any suitable, preferably deep-drawing, basic form may be used. The tool has both the negative of the desired outer shape of the metallic outer shell 1 as well as the shape of the insulating body 2 on, so that the final outer shape of the resulting hybrid component are specified by the tool. After closing the tool, the heated plastic compound is injected at a pressure of at least 100 bar. In this case, the metal part becomes the desired metallic outer shell 1 reshaped.

Der beim Abkühlen der Kunststoffmasse entstehende Isolationskörper 2 füllt den zwischen den Schiebern 6 und dem Kern 5 liegenden Hohlraum wegen des sehr hohen Drucks praktisch vollständig und blasenfrei aus. Nach einer prozess- und werkstoffabhängigen Abkühlzeit kann das Werkzeug geöffnet und das fertige nunmehr eine metallische Außenhülle 1 und einen Isolationsköper 2 aufweisende metallische Gehäuse entnommen werden. Nun muss noch der Anguss entfernt werden, was bei einem Heißkanal-Spritzwerkzeug entfallen kann.The resulting during cooling of the plastic mass insulation body 2 fill that between the sliders 6 and the core 5 lying cavity because of the very high pressure practically completely and free of bubbles. After a process and material-dependent cooling time, the tool can be opened and the finished now a metallic outer shell 1 and an insulating body 2 having metallic housing can be removed. Now, the sprue must be removed, which can be omitted in a hot runner injection molding tool.

Der erfindungsgemäße Näherungsschalter, wobei unter Näherungsschalter jede Art von Positionssensor bzw. Messwertaufnehmer, insbesondere auch solche mit Analogausgang verstanden werden sollen, weist ein Gehäuse mit einer metallischen Außenhülle 1 und einem innen liegenden Isolationskörper 2 auf, wobei die metallische Außenhülle 1 vorzugsweise als Gewinde gestaltete Hinterschnitte 3 aufweist, die vom Isolationskörper 2 formschlüssig ausgefüllt sind. Der Isolationskörper 2 ist als Hochdruck-Spritzgussteil ausgeführt, bei dessen Herstellung die metallische Außenhülle 1 so verformt wird, dass sie zumindest abschnittsweise ihre endgültige äußere Form erhält. In einer vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Näherungsschalters weist seine metallische Außenhülle 1 einen im Wesentlichen zylindrischen Abschnitt auf. Dieser Abschnitt kann zur Erleichterung der Befestigung oder aber auch zur Aufnahme zylindrischer Baugruppen des Näherungsschalters dienen.The proximity switch according to the invention, wherein proximity switches are intended to be understood as meaning any type of position sensor or measuring transducer, in particular also those having an analog output, has a housing with a metallic outer shell 1 and an internal insulation body 2 on, with the metallic outer shell 1 preferably designed as a thread undercuts 3 has, from the insulation body 2 are positively filled. The insulation body 2 is designed as a high pressure injection molded part, in its production, the metallic outer shell 1 is deformed so that it at least partially receives its final outer shape. In an advantageous embodiment of the proximity switch according to the invention has its metallic outer shell 1 a substantially cylindrical portion. This section can be used to facilitate the attachment or even to receive cylindrical assemblies of the proximity switch.

In einer weiteren Ausgestaltung bilden die Hinterschnitte 3 der metallischen Außenhülle 1 ein Außengewinde zur Befestigung des Näherungsschalters.In a further embodiment, the undercuts form 3 the metallic outer shell 1 an external thread for attaching the proximity switch.

In einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung wird ein Optikmodul so in den Isolationskörper 2 eingespritzt, so dass es eine Lichtemitterdiode zur Anzeige des Schaltzustandes und/oder einen Fotoempfänger aufnehmen kann.In a particularly advantageous embodiment, an optical module is so in the insulation body 2 injected so that it can receive a light emitting diode for displaying the switching state and / or a photoreceiver.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

11
Metallische AußenhülleMetallic outer shell
22
Isolationskörperinsulation body
33
Hinterschnittundercut
44
Deckelcover
55
Düsenseitiger KernNozzle side core
66
Schieber (formen das Gewinde)Slide (form the thread)
77
Sensorspulesensor coil

Claims (3)

Verfahren zur Herstellung eines Gehäuses für einen Näherungsschalter mit einer metallischen Außenhülle (1) und einem innen liegenden Isolationskörper (2), wobei die metallische Außenhülle (1) Hinterschnitte (3) aufweist, die vom Isolationskörper (2) formschlüssig ausgefüllt werden, wobei der Isolationskörper (2) als Hochdruck-Spritzgussteil ausgeführt ist, gekennzeichnet durch folgende Verfahrensschritte: – Einlegen eines vorgeformten Metallteils, vorzugsweise einer Rundhülse in ein Spritzwerkzeug, in dem sowohl die gewünschte äußere Form der metallischen Außenhülle (1) als auch die Form des Isolationskörpers (2) vorgegeben sind, – Schließen des Werkzeugs, – Einspritzen von Kunststoff mit einem Druck, der geeignet ist, das Metallteil zur gewünschten metallischen Außenhülle (1) mit dabei entstehenden Hinterschnitten (3) umzuformen, – Öffnen des Werkzeugs nach einer prozess- und werkstoffabhängigen Abkühlzeit, – Entnahme des nunmehr eine metallische Außenhülle (1) und einen Isolationsköper (2) aufweisenden metallischen Gehäuses.Method for producing a housing for a proximity switch with a metallic outer shell ( 1 ) and an internal insulation body ( 2 ), wherein the metallic outer shell ( 1 ) Undercuts ( 3 ), of the insulating body ( 2 ) are positively filled, wherein the insulating body ( 2 ) is designed as a high-pressure injection molded part, characterized by the following method steps: inserting a preformed metal part, preferably a round sleeve in an injection mold, in which both the desired outer shape of the metallic outer shell ( 1 ) as well as the shape of the insulating body ( 2 ), - closing the tool, - injecting plastic with a pressure which is suitable, the metal part to the desired metallic outer shell ( 1 ) with resulting undercuts ( 3 ), - opening of the tool after a process- and material-dependent cooling time, - removal of the now a metallic outer shell ( 1 ) and an insulating body ( 2 ) having metallic housing. Gehäuse hergestellt mit dem Verfahren nach Anspruch 1.Housing produced by the method according to claim 1. Näherungsschalter mit einem Gehäuse nach Anspruch 2.Proximity switch with a housing according to claim 2.
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