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Die
Erfindung bezieht sich auf einen Näherungsschalter zur Bestimmung
des Abstandes zwischen diesem und einem sich an diesen annähernden
Objekt mit einem den elektrisch betriebenen Näherungsschalter aufnehmenden
Gehäuse
und mit mindestens einer elektrischen Leitung, die in das Gehäuse einmündet und
durch die der Näherungsschalter
mit einer Stromquelle verbunden ist.
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Derartige
Näherungsschalter
bestehen üblicherweise
aus einem Sender und einem Empfänger, die über die
elektrische Leitung mit der Stromquelle verbunden sind. Durch den
Sender werden impulsweise, beispielsweise Lichtwellen emittiert,
die von der Oberfläche
des Objektes auf den Empfänger
zurückreflektiert
werden. Üblicherweise
sind zur impulsweisen Ansteuerung des Senders elektrisch betriebene
Steuerelektroniken und für
die Auswertung des von dem Empfänger
aufgefangenen und reflektierten Lichtes Auswerteeinheiten in dem
Näherungsschalter
vorgesehen, die ebenfalls über
die elektrische Leitung mit der Stromquelle verbunden sind und durch
diese mit Strom versorgt werden. Die Sender und Empfänger sind
als Photodioden ausgebildet.
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Als
nachteilig bei den bekannten Näherungsschaltern
hat sich herausgestellt, dass die elektrische Leitung für den Betrieb
des Näherungsschalters über eine
in eine der Stirnseiten des Gehäuses
eingesetzte Steckverbindung verläuft.
Derartige Steckverbindungen sind jedoch nicht zu säubern, denn
wenn diese mit aggressiven Reinigungsmitteln oder mit einem Hochdruckreiniger
mit heißen
Wasser beaufschlagt werden, dringt das Reinigungsmittel bzw. das
Wasser in die Steckverbindung ein, so dass diese korrodiert und
mit der Zeit zersetzt wird.
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Des
Weiteren ist eine Steckverbindung nicht Wasser- oder luftdicht,
so dass durch diese Keime, Bakterien, Reinigungsmittel und Wasser
eindringen kann, durch die die Bauteile des Näherungsschalters angegriffen
werden. Die Bakterien breiten sich möglicherweise im Inneren des
Gehäuses
aus, in dem der Näherungsschalter
angeordnet ist. Der Zwischenraum zwischen der Innenseite des Gehäuses und
des Näherungsschalters
kann nicht unmittelbar mit Reinigungsmitteln und einem Hochdruckwasserstrahl
gesäubert
werden, da diese Maßnahme
die elektrischen Bauteile des Näherungsschalters
beschädigen
würde.
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Die
bekannten Näherungsschalter
können aus
den genannten Gründen
in einer sterilen Umgebung, die regelmäßig von Keimen und Bakterien
zu säubern
ist, nicht eingesetzt werden.
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Es
ist daher Aufgabe der Erfindung, einen Näherungsschalter der eingangs
genannten Gattung bereitzustellen, der in einem Wasser- und/oder
luftdicht geschlossenen Gehäuse
angeordnet ist, um diesen in einer sterilen Umgebung, die in regelmäßigen zeitlichen
Abständen
mit aggressiven Reinigungsmitteln oder einem Hochdruckwasserstrahl
zu säubern
ist, betrieben werden kann und gleichzeitig soll die für die Stromversorgung
des Näherungsschalters
notwendige elektrische Leitung derart gekapselt sein, dass sowohl
der Übergangsbereich
zwischen dem Gehäuse
und der Einmündung
der elektrischen Leitung in das Gehäuse als auch die gesamte elektrische
Leitung Wasser- und luftdicht in der sterilen Umgebung verläuft.
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Diese
Aufgabe wird dadurch gelöst,
dass auf das Gehäuse
ein Hohlkörper
ganz oder teilweise aufgesetzt ist, der Wasser- und/oder luftdicht
mit dem Gehäuse
abschließt,
dass durch den Hohlkörper
der Übergangsbereich
der Leitung in das Innere des Gehäuses verschlossen ist und dass
die Leitung im Inneren des Hohlkörpers
verläuft.
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Um
die Leitung aus der sterilen Umgebung, in der der Näherungsschalter
betrieben wird, vollständig
gekapselt herauszuführen,
ist vorgesehen, dass eine Vielzahl von Hohlkörpern Wasser- und/oder luftdicht
miteinander verbunden sind, dass durch die Aneinanderreihung der
Hohlkörper
die Leitung aus einer sterilen Umgebung in einen Zugangsbereich
geführt
ist und dass die Stromquelle in dem Zugangsbereich angeordnet ist.
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Zur
Fixierung des Gehäuses
mit einem der Hohlkörper
ist es besonders vorteilhaft, wenn im Übergangsbereich an der Außenseite
des Gehäuses eine
oder mehrere Rastnasen, Vorsprünge
oder dgl. angeordnet ist bzw. sind, die beim Aufschieben des Hohlkörpers in
eine L-förmige
in die Innenwand des Hohlkörpers
eingearbeitete Ausnehmung eingreifen und die durch Verdrehen des
Hohlkörpers
relativ zu dem Gehäuse
zusammen mit der jeweiligen Ausnehmung eine Verrastung in Form von
einer Hinterschneidung oder in Form eines Bajonettverschlusses bilden.
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Da
die insbesondere horizontal verlaufenden Flächen innerhalb der sterilen
Umgebung das eingesetzte Reinigungsmittel oder den Heißwasserdampf unzureichend
ableiten, ist es erforderlich, diese Flächen aus der Horizontalen geneigt
verlaufend auszurichten, in denen der Hohlkörper und/oder das Gehäuse des
Näherungsschalters
eingesetzt und somit an diesem gehalten ist. Durch die Neigung der
Flächen
wird jedoch auch die Ausrichtung des Näherungsschalters beeinflusst.
Um daher den Näherungsschalter
in eine gewünschte
räumliche
Position ausrichten zu können,
ist es besonders vorteilhaft, wenn das Gehäuse oder der Hohlkörper in
einem Kugelgelenk als Teil eines Maschinenrahmens angeordnet ist
und wenn durch das Kugelgelenk das Gehäuse oder der Hohlkörper in
seiner Position ausrichtbar ist. Der Maschinenrahmen bildet dabei
die räumliche Trennebene
zwischen der sterilen Umgebung, in der der Näherungsschalter betrieben wird
und einer äußeren Umgebung,
in der die Stromquelle und dgl. vorgesehen sind.
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Weitere
vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den
Unteransprüchen.
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Dadurch,
dass die elektrischen Bauteile des Näherungsschalter in einem wasser- und/oder luftdichten
Gehäuse
angeordnet sind und dass die elektrische Leitung über die
die Bauteile des Näherungsschalters
mit einer Stromquelle verbunden sind, wasser- und/oder luftdicht in einem Hohlkörper verschlossen
sind, kann der Näherungsschalter
in einer sterilen Umgebung betrieben werden, denn die zur Reinigung
der Umgebung notwendigen aggressiven Reinigungsmittel bzw. der Hochdruckheißwasserstrahl,
können
nicht auf die elektrischen Bauteile des Näherungsschalters einwirken.
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Ferner
sind die Flächen
des Näherungsschalters
derart ausgerichtet, dass keine horizontal verlaufenden Ebenen entstehen,
auf denen sich Wassertropfen oder dgl. bilden und ablagern können; vielmehr
sind die Flächen
des Näherungsschalters geneigt
aus der Horizontalen angeordnet, um das Abfließen der verwendeten Reinigungsmittel
sicherzustellen.
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In
der Zeichnung ist ein erfindungsgemäßes Ausführungsbeispiel eines Näherungsschalters
in einer sterilen Umgebung dargestellt, das nachfolgend näher erläutert wird.
Im einzelnen zeigt:
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1 den
Näherungsschalter,
durch den der Abstand zwischen diesem und einem sich annähernden
Objekt feststellbar ist, der zusammen mit der elektrischen Leitung
in einen Hohlkörper
einschiebbar ist, der in einem die sterile Umgebung abschließenden Maschinenrahmen
in einem Kugelgelenk verschwenkbar arretiert ist, in Seitenansicht,
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2 den
Näherungsschalter
nach 1 in einer perspektivischen Ansicht,
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3 einen
Schnitt entlang der Schnittlinie III-III in 2,
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4 einen
Schnitt entlang der Schnittlinie IV-IV der 2,
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5 einen
Reflektor, der in einem Hohlkörper
einschiebbar ist, zur Bildung einer Lichtschranke mit dem in der 1 dargestellten Näherungsschalter.
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In
den 1 und 2 ist ein Näherungsschalter 1 abgebildet,
durch den der Abstand zu einem sich bewegenden Objekt 2 ermittelt
werden soll, um bei Annäherung
des Objektes 2 an eine bestimmte voreinstellbare Position
ein Schaltsignal durch den Näherungsschalter 1 zu
generieren, durch das eine Maschinenanlage oder dgl. gesteuert werden
kann. Die Maschinenanlage und der Näherungsschalter 1 sollen
dabei in einer sterilen Umgebung 9 betrieben werden, die
in regelmäßigen zeitlichen
Abständen mit
aggressiven Reinigungsmitteln oder mittels Hochdruckreinigung mit
Heißwasserdampf
gesäubert
wird. Um daher den Näherungsschalter 1 und
die für
den Betrieb des Näherungsschalters 1 erforderlichen
elektrischen Bauteile vor den Reinigungsmitteln und dem Heißwasserdampf
zu schützen,
ist der Näherungsschalter 1 in
einem Wasser- und/oder luftdichten Gehäuse 3 angeordnet.
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Üblicherweise
besteht der Näherungsschalter 1 aus
einem Sender und einem Empfänger,
die als Photodioden ausgebildet sind. Die Sender und Empfänger werden über einen
elektronischen Steuerkreis oder eine elektrische Auswerteeinheit
betrieben, so dass der Sender impulsweise Lichtwellen emittiert,
die von dem Objekt 2 zurückreflektiert und von dem Empfänger aufgenommen
werden, um derart den Abstand zwischen dem Näherungsschalter 1 und
dem Objekt 2 festzustellen. Über ein Bedienfeld 8,
das auf der oberen Stirnseite des Gehäuses 3 vorgesehen
ist, wird dabei der Näherungsschalter 1 kalibriert
oder manuell eingestellt. Für
den Durchtritt der Lichtwellen ist in dem Gehäuse 3 ein transparentes Fenster 7 vorgesehen,
das in Richtung des Objektes 2 ausgerichtet ist.
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Zur
Versorgung der elektrischen Bauteile des Näherungsschalters 1 mit
Strom ist eine oder auch mehrere elektrischen Leitungen 4 vorgesehen, die
demnach in das Innere des Gehäuses 3 einmünden und
an einer der Stirnseiten des Gehäuses 3 austritt.
Die elektrische Leitung 4 ist dabei an einer Stromquelle 5,
die in einem Zugangsbereich 10 mit den üblichen Umgebungsparametern
vorgesehen ist, angeschlossen.
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Der
Näherungsschalter 1 soll
dabei insbesondere innerhalb der sterilen Umgebungen 9,
die in der Lebensmittel- oder in der Pharmabranche vorherrscht,
betrieben werden.
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Um
die elektrische Leitung 4 sowie einen Übergangsbereich 6 zwischen
dem Gehäuse 3 und dem
Austritt der elektrischen Leitung 4 aus diesem Wasser-
und/oder luftdicht zu kapseln, ist ein Hohlkörper 11 vorgesehen,
der auf den Übergangsbereich 6 des
Gehäuses 3 aufgeschoben
ist. Folglich ist der Übergangsbereich 6 und
die aus diesem austretende Leitung 4 im Inneren des Hohlkörpers 11 angeordnet,
so dass diese und der Übergangsbereich 6 durch
den Hohlkörper 11 nach
außen
vollständig wasser- und/oder luftdicht
verschlossen sind.
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Zur
Befestigung des Hohlkörpers 11 an
dem Gehäuse 3 ist
im Übergangsbereich 6 eine
Rastnase 15 an der Außenseite
des Gehäuses 3 angeformt. Aus 3 ist
ersichtlich, dass die Rastnase 5 des Gehäuses 3 in
eine L-förmig
gestaltete Ausnehmung 16, die in die Innenwand des Hohlkörpers 11 eingearbeitet
ist, eingeschoben werden kann. Zunächst wird daher der Hohlkörper 11 auf
das Gehäuse 3 aufgesteckt,
und zwar derart, dass die Rastnase 15 in die Ausnehmung 16 eintaucht.
Anschließend
wird der Hohlkörper 11 in
Richtung des Gehäuses 3 verschoben,
wodurch die Rastnase 15 in der parallel zu der Längsachse
des Hohlkörpers 11 verlaufenden
Teilbereich der Ausnehmung 16 verschoben wird. Sobald die
parallel zu der Längsachse
des Hohlkörpers 11 verlaufender
Teilbereich der Ausnehmung 16 beendet ist, kann der Hohlkörper 11 nicht
weiter auf das Gehäuse 3 aufgeschoben
werden. Die Fixierung des Hohlkörpers 11 an
dem Gehäuse 3 wird
nunmehr dadurch bewerkstelligt, dass der Hohlkörper 11 im gezeigten
Ausführungsbeispiel
der 3 entgegen des Uhrzeigersinns verdreht wird, so
dass die Rastnase 15 in den senkrecht zu der Längsachse
des Hohlkörpers 11 verlaufenden
Teilbereich der Ausnehmung 16 eintaucht und in diesem in
Form eines Bajonettverschlusses fixiert ist. Der senkrecht verlaufende Teilbereich
der Ausnehmung 16 weist dabei eine Noppe 21 auf.
Wenn demnach die Rastnase 15 über die Noppe 21 verdreht
ist, wird der Hohlkörper 11 mit dem
Gehäuse 3 fest
arretiert. Ein Lösen
des Hohlkörpers 11 von
dem Gehäuse 3 kann
ausschließlich
dadurch erreicht werden, wenn die Rastnase 15 durch Verdrehen über die
Noppe 21 verfahren und anschließend parallel zu der Längsachse
des Gehäuses 3 und
des Hohlkörpers 11 verschoben
wird.
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Um
nunmehr die Position des Näherungsschalters 1 im
Raum der sterilen Umgebung 9 zu fixieren, und zwar unabhängig von
einem die sterile Umgebung 9 begrenzenden geneigt verlaufenden Maschinenrahmen 12,
sind eine Vielzahl von Hohlkörpern 11 vorgesehen,
die in der in 3 dargestellten Art und Weise
miteinander verbunden sind und in deren Inneren die elektrische
Leitung 4 verläuft.
Folglich kann die elektrische Leitung 4 im gesamten Bereich
der sterilen Umgebung 9 durch die Hohlkörper 11 gekapselt
werden, so dass an die Außenfläche der elektrischen
Leitung 4 keine Reinigungsmittel oder sonstige diese zerstörenden Medien
gelangen.
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Da
die Oberflächen,
die in der sterilen Umgebung 9 vorzusehen sind, keine Ebenen
bilden dürfen, auf
denen sich Wassertropfen sammeln können und die besonders keim- und bakterienbelastet
sind, werden in sterilen Umgebungen 9 derartige Maschinenrahmen 12 aus
der Horizontalen geneigt verlaufend ausgerichtet. Dies führt jedoch
dazu, dass die durch die Hohlkörper 11 gebildete
Befestigungsvorrichtung aus der Vertikalen geneigt ist, so dass
die von dem Näherungsschalter 1 abgestrahlten
Lichtwellen, die senkrecht zu der Längsachse des Gehäuses 3 ausgestrahlt
werden, schräg,
also nicht unter einem 90° Winkel,
auf die Oberfläche
des Objektes 2 auftreffen. Eine solche geometrische Ausrichtung
des Näherungsschalters 1 ist
daher fehlerbehaftet und nicht gewünscht.
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In
dem Maschinenrahmen 12 ist daher ein Kugelgelenk 13 eingebaut,
das in der 4 dargestellt ist. Der Hohlkörper 11 oder
das Gehäuse 3 sind dabei über einen
O-Ring 18 fest in einer Bohrung 22 des Kugelgelenkes
eingeschoben.
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Das
Kugelgelenk 13 besteht aus einer fest mit dem Maschinenrahmen 12 verbundenen
Aufnahmetasche 19, in die in Richtung des Zugangsbereiches 10 eine
Kugelpfanne 20 eingesetzt ist, in der der Hohlkörper 11 bzw.
das Gehäuse 3 über den
O-Ring 18 in Längsrichtung
verschiebbar, also relativ bewegbar zu dem Maschinenrahmen 12,
gelagert ist. Die Kugelpfanne 20 wird über eine Kontermutter 14,
die in eine in die Innenwand der Kugelpfanne 20 eingearbeitete
Gewindebohrung 23 eindrehbar, abgestützt und in Längsrichtung
des Hohlkörpers 11 gehalten ist.
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Die
in die sterile Umgebung 9 abstehenden Bauteile, nämlich das
Kugelgelenk 13 und die diese aufnehmende Kugelpfanne 20,
sind dabei derart auszugestalten, dass zwischen diesen keine Fugen
und dass an diesen Bauteilen keine horizontalen Flächen entstehen.
Die in Richtung des Zugangsbereiches 10 weisenden Bauteile
müssen
nicht in besonderer Weise gekapselt werden.
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In 5 ist
gezeigt, dass an dem Maschinenrahmen 12 über das
Kugelgelenk 13 ein Hohlkörper 11 befestigt
werden kann, an dessen freien Ende ein Reflektor 17 eingeschoben
wird, der an dem Hohlkörper 11 in
der 3 beschriebenen Art und Weise arretiert ist. Der
Reflektor 17 wird dabei zu dem in den 1 und 2 dargestellten
Näherungsschalter 1 beabstandet
und fluchtend zu diesem ausgerichtet, so dass durch den Näherungsschalter 1 der 1 und 2 und
dem Reflektor 17 eine Lichtschranke gebildet ist. Wenn
nunmehr Objekte 2 durch die derart gebildete Lichtschranke
bewegt werden, wird ein Schaltsignal generiert. Der Reflektor 17 kann
auch als Linse zur Fokussierung der Lichtwellen oder als sonstiges
optisches Bauteil ausgestaltet sein.