CH707944B1 - Kabel mit einem Verbindungselement und seine Verwendung - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Kabel (2) mit einem Verbindungselement (1) an einem Ende des Kabels (2) mit einem zentralen Leiter (3) mit einer den Leiter umhüllenden Isolation (4), zum Herstellen einer elektrischen Verbindung zwischen dem Leiter (3) und einem Federkontakt (6) eines piezoelektrischen Sensors (5). Das Verbindungselement ist entlang einer Achse (7) ausgestaltet und umfasst ein elektrisch leitendes Kontaktelement (8), welches im elektrischen Kontakt mit dem Leiter (3) steht, sowie einen das Kontaktelement (8) radial umhüllenden Isolator (9), sowie ein radial ausserhalb des Isolators (9) angeordnetes und vom Kontaktelement (8) elektrisch isoliertes Verschlusselement (10) zum Verbinden des Verbindungselements (1) mit einer entsprechenden Vorrichtung am Sensor (5). Erfindungsgemäss ist das Kontaktelement (8) stirnseitig als eine quer zur Achse (7) ausgerichtete und im Wesentlichen eben ausgestaltete Kontaktfläche (11) ausgestaltet, welche dafür vorgesehen ist, im verbundenen Zustand einen Punktkontakt zum Federkontakt (6) des Sensors (5) zu erstellen. Die Erfindung betrifft zudem eine Verwendung eines solchen Verbindungselements.

Description

Technisches Gebiet

[0001] Die Erfindung betrifft ein Kabel (2) mit einem Verbindungselement an einem Ende des Kabels mit einem zentralen Leiter mit einer den Leiter umhüllenden Isolation, zum Herstellen einer elektrischen Verbindung zwischen dem Leiter und einem piezoelektrischen Sensor, wobei das Verbindungselement entlang einer Achse ausgestaltet ist und ein elektrisch leitendes Kontaktelement umfasst, welches im elektrischen Kontakt mit dem Leiter steht, sowie einen das Kontaktelement radial umhüllenden Isolator, sowie ein radial ausserhalb des Isolators angeordnetes und vom Kontaktelement elektrisch isoliertes Verschlusselement zum Verbinden des Verbindungselements an eine dazu passende Vorrichtung am Sensor. Zudem betrifft die Erfindung die Verwendung eines solchen Sensors.

Stand der Technik

[0002] Piezoelektrische Sensoren sind bekannt und werden in einer Vielzahl von Anwendungen eingesetzt. Für die vorliegende Erfindung relevant sind im Besonderen piezoelektrische Druck- und Kraftsensoren, insbesondere in der Anwendung der Spritzgiesstechnik. Dabei werden solche Sensoren beispielsweise in Formplatten oder Einsätzen von Spritzgiesswerkzeugen eingebaut, um den Druck in den Kavitäten von Gussteilen beim Herstellprozess zu überwachen.

[0003] Die Verkabelung solcher Sensoren stellt ein grosses Problem dar, da die Platten, in denen die Sensoren jeweils eingebaut sind, oft in anderen Werkzeugplatten eingelegt werden, die modular austauschbar sind. Die Kabel verlaufen vom Sensor durch verschiedene Platten hindurch bis zu einem Stecker, von dem aus in der Regel eine weitere Verbindung zu einem Auswertegerät führt.

[0004] Beim Auswechseln der Kavitätsplatten oder der Formplatten müssen demnach die innen liegenden Kabel gelöst werden. Nun kommt es leider oft vor, dass die Kabel beschädigt werden. Manchmal werden die Kabel von den bedienenden Personen vergessen, so dass sie bei der Plattenentnahme zerreissen. Manchmal werden sie auch beim Wiedereinbau beschädigt, beispielsweise verklemmt oder abgeschert. Um das Problem zu lösen, sind in der WO 2009/052 641 verschiedene Sensoren und Kabel mit Federkontakten beschrieben, welche jeweils in einer Platte derart angeordnet sind, dass die Federkontakte an den Trennwänden liegen und beim Einbau automatisch zu einem Punktkontakt eines Anschlussteiles in der Nachbarplatte führen. Diese Anschlussteile sind beispielsweise Kontaktstäbe, welche die Funktion von Verlängerungsverbindungen wahrnehmen.

[0005] Nun sind nicht alle Platten der Spritzgiesswerkzeuge mit solchen Kontaktstäben und entsprechender Verkabelung versehen. Bei herkömmlicher Verlegung besteht daher nach wie vor das Risiko, die Sensorleitungen zu beschädigen, wodurch in der Regel der gesamte Sensor ausgetauscht werden muss.

Darstellung der Erfindung

[0006] Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Vorrichtung zu beschreiben, bei welcher ein Schaden bei einer Kabelbeschädigung eines piezoelektrischen Sensors kostengünstig behoben werden kann. Insbesondere soll die Vorrichtung auch beim Spritzgiessen eingesetzt werden können, ohne eine aufwändige einzelne Verkabelung der Werkzeugplatten vornehmen zu müssen.

[0007] Die Aufgabe wird gelöst durch die Merkmale der unabhängigen Patentansprüche.

[0008] Die der Erfindung zugrunde liegende Idee besteht darin, dass als Drucksensor ein aus der WO 2009/052 641 bekannter Sensor mit einem rückseitig angebrachten Federkontakt verwendet wird, an den ein einleitend beschriebenes Verbindungselement mit einem daran angebrachten Kabel angeschlossen wird, das bei Bedarf einfach vom Sensor gelöst und ersetzt werden kann. Das Verbindungselement ist erfindungsgemäss derart ausgestaltet, dass sein Kontaktelement stirnseitig als eine quer zur Achse ausgerichtete und im Wesentlichen eben ausgestaltete Kontaktfläche ausgestaltet ist, welche dafür vorgesehen ist, im verbundenen Zustand einen Punktkontakt zum Federkontakt des Sensors zu erstellen.

[0009] Ein derartiges Verbindungselement ist kostengünstig und gewährt einen sicheren Kontakt zum Federkontakt des Sensors, selbst wenn der Federkontakt durch eine Beschädigung etwas aus seiner Mittelachse versetzt wurde. Die Kontaktfläche verzeiht einen solchen Versatz und bietet auf seiner gesamten Fläche einen sicheren Kontakt zum Federkontakt. Sein Durchmesser ist erfindungsgemäss bevorzugt in der Grössenordnung von 10–35% des Gesamtdurchmessers des Verbindungselements.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

[0010] Im Folgenden wird die Erfindung unter Beizug der Zeichnungen näher erklärt. Die Referenzzeichen haben jeweils in allen Figuren dieselbe Bedeutung. Es zeigen <tb>Fig. 1<SEP>einen Sensor und ein erfindungsgemässes Verbindungselement mit einem Kabel, in geöffnetem Zustand; <tb>Fig. 2<SEP>den Sensor und das Verbindungselement mit Kabel gemäss Fig. 1 in geschlossenem Zustand; <tb>Fig. 3<SEP>denselben Sensor wie in Fig. 1 und ein erfindungsgemässes Verbindungselement mit einem abgeschirmten Kabel, in geöffnetem Zustand; <tb>Fig. 4<SEP>eine vergrösserte Darstellung des erfindungsgemässen Verbindungselements gemäss Fig. 3 .

Wege zur Ausführung der Erfindung

[0011] Die Fig. 1 zeigt in einer schematischen Darstellung einen axial ausgestalteten Sensor 5, beispielsweise einen piezoelektrischen Drucksensor 5 mit einer Achse 7 und mit einer Sensorspitze 17 an seinem ersten Ende und einem Federkontakt an seinem zweiten Ende. Axial zum Sensor 5 ausgerichtet ist ein Verbindungselement 1, welches teilweise im Schnitt dargestellt ist. An diesem ist ein Ende eines Kabels 2 angebracht, welches einen zentralen Leiter 3 mit einer Isolation 4 umfasst, welche den Leiter 3 umgibt. Zweck dieses Verbindungselementes ist es, eine elektrische Verbindung zwischen dem Leiter 3 und dem Federkontakt 6 des piezoelektrischen Sensors 5 herzustellen. Das Verbindungselement 1 ist ebenfalls axial ausgestaltet und umfasst ein elektrisch leitendes Kontaktelement 8, welches im elektrischen Kontakt mit dem Leiter 3 steht und vorzugsweise koaxial an diesem angebracht ist.

[0012] Zudem umfasst das Verbindungselement 1 einen das Kontaktelement 8 radial umhüllenden Isolator 9, sowie ein radial ausserhalb des Isolators 9 angeordnetes und vom Kontaktelement 8 elektrisch isoliertes Verschlusselement 10 zum Verbinden des Verbindungselements 1 an eine entsprechende Vorrichtung am Sensor 5.

[0013] Erfindungsgemäss ist das Kontaktelement 8 stirnseitig als eine quer zur Achse 7 ausgerichtete und im Wesentlichen eben ausgestaltete Kontaktfläche 11 ausgestaltet, welche dafür vorgesehen ist, im verbundenen Zustand einen Punktkontakt 12 zum Federkontakt 6 des Sensors 5 zu erstellen.

[0014] Fig. 2 zeigt dieselben Komponenten in verbundenem Zustand. Insbesondere ist der durch die Verbindung hergestellte Punktkontakt 12 zu sehen.

[0015] Durch die ebene Ausgestaltung der Kontaktfläche 11 des Kontaktelements 8 ist stets eine gute Kontaktierung gesichert, selbst wenn der Federkontakt 6 des Sensors versehentlich etwas beschädigt wurde und sich nicht mehr genau auf der Achse 7 des Sensors befindet, sondern axial etwas verschoben ist. Die ebene Ausgestaltung des Kontaktelements 8 erlaubt radiale Verschiebungen des Federkontakts 6, ohne dass der Kontakt dabei gefährdet wird.

[0016] Vorzugsweise sind die Isolation 4 und der Isolator 9 des Verbindungselements 1 hochisolierend ausgestaltet mit einem Isolationswiderstand von mindestens 10<12>Ohm. Dadurch ist gewährleistet, dass die Ladungssignale des piezoelektrischen Sensors ohne Ladungsverluste weitergeleitet werden können.

[0017] Solange das Kabel innerhalb eines metallischen Werkzeugs verläuft, ist es völlig ausreichend und ökonomisch, dass ein einziger Leiter 3 durch das Kabel 2 verläuft, weil die Masse über das Werkzeug geleitet werden kann.

[0018] Verläuft es aber auch ausserhalb einer metallischen Hülle, so ist eine Abschirmung notwendig, um die Ladungssignale vor störenden Feldern zu schützen.

[0019] Gemäss Fig. 3 wird daher in einer weiteren erfindungsgemässen Ausgestaltung der Erfindung ein Verbindungselement 1 vorgeschlagen, welches zusätzlich zu den bereits beschriebenen Merkmalen eine Abschirmung 13 umfasst, welche die Isolation 4 des Kabels 2 umhüllt und ihrerseits ebenso mit einer zweiten Isolation 14 umgeben ist. Vorzugsweise steht in diesem Fall die Abschirmung 13 mit dem Verschlusselement 10 im elektrischen Kontakt. Das hier verwendete abgeschirmte Kabel entspricht einem Koaxialkabel.

[0020] Fig. 4 zeigt eine vergrösserte Ansicht eines solchen erfindungsgemässen Verbindungselements (1) nach Fig. 3 .

[0021] Das Verschlusselement 10 muss derart ausgestaltet sein, dass es die Verbindung zum Sensor 5 gewährleisten kann, wobei es der Federkraft des Federkontaktes 6 nicht gelingen darf, das Verbindungselement 1 vom Sensor 5 wegzustossen. Es hat sich als geeignet erwiesen, das Verschlusselement 10 als Überwurfzylinder 15 auszugestalten, damit die Umgebung des Punktkontakts 12 vor Schmutz geschützt ist.

[0022] Der Sensor umfasst in der dargestellten Anordnung eine Dichtung 18, welche die Verbindung zusätzlich vor äusseren Einflüssen schützt. Sie hemmt zudem ein ungewolltes Öffnen der Verbindung, wenn der Überwurfzylinder 15 dichtend an diesem anliegt und darangeklemmt ist. Je nach Federkraft des Federkontaktes 6 könnte eine entsprechende Klemmwirkung bereits als Verschluss ausreichend sein, sodass der Überwurfzylinder 15 lediglich eine geeignete innere Klemmfläche aufweisen muss. Diese kann zusätzlich mit radial verlaufenden Rippen ausgestaltet sein.

[0023] Erfindungsgemäss kann das Verschlusselement 10 oder der Überwurfzylinder 15 auch als Überwurfmutter oder als Teil eines Bajonettverschlusses ausgestaltet sein, oder der Überwurfzylinder 15 ist mit einem Schnappverschluss versehen. Der Sensor 5 muss in diesem Fall entsprechend mit einem Gewinde oder mit dem entsprechend anderen Teil eines Bajonettverschlusses ausgestaltet sein oder eine geeignete Schnapppassung für den Schnappverschluss aufweisen.

[0024] In vielen Anwendungen der Messtechnik ist der Platz sehr eng für Verbindungen, dies trifft auch für die Spritzgiesstechnik zu. Daher ist es von Vorteil, Verbindungselemente mit kleinen Aussendurchmessern zu schaffen. Da der Aufbau des erfindungsgemässen Verbindungselements 1 sehr einfach ist, ist es ohne weiteres möglich, dieses mit einem grössten Aussendurchmesser von höchstens 6 mm herzustellen.

[0025] In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung kann der Federkontakt 6 auch am Verbindungselement 1 und das Kontaktelement 8 entsprechend am Sensor 5 angebracht sein. Der Vorteil an der hier dargestellten Version ist aber, dass so das Austauschteil, nämlich das beschädigte Kabel 2 mit seinem Verbindungselement 1, kostengünstiger ist als ein entsprechendes mit Federkontakt.

Bezugszeichenliste

[0026] <tb>1<SEP>Verbindungselement <tb>2<SEP>Kabel <tb>3<SEP>Leiter <tb>4<SEP>Isolation <tb>5<SEP>piezoelektrischer Sensor <tb>6<SEP>Federkontakt <tb>7<SEP>Achse <tb>8<SEP>Kontaktelement <tb>9<SEP>Isolator <tb>10<SEP>Verschlusselement <tb>11<SEP>Kontaktfläche <tb>12<SEP>Punktkontakt <tb>13<SEP>Abschirmung <tb>14<SEP>zweite Isolation <tb>15<SEP>Überwurfzylinder <tb>16<SEP>Aussendurchmesser <tb>17<SEP>Sensorspitze <tb>18<SEP>Dichtung

Claims (9)

1. Kabel mit einem Verbindungselement (1) an einem Ende des Kabels (2) mit einem zentralen Leiter (3) mit einer den Leiter umhüllenden Isolation (4), zum Herstellen einer elektrischen Verbindung zwischen dem Leiter (3) und einem Federkontakt (6) eines piezoelektrischen Sensors (5), wobei das Verbindungselement entlang einer Achse (7) ausgestaltet ist und ein elektrisch leitendes Kontaktelement (8) umfasst, welches im elektrischen Kontakt mit dem Leiter (3) steht, sowie einen das Kontaktelement (8) radial umhüllenden Isolator (9), sowie ein radial ausserhalb des Isolators (9) angeordnetes und vom Kontaktelement (8) elektrisch isoliertes Verschlusselement (10) zum Verbinden des Verbindungselements (1) mit einer dazu passenden Vorrichtung am Sensor (5), dadurch gekennzeichnet, dass das Kontaktelement (8) stirnseitig als eine quer zur Achse (7) ausgerichtete und im Wesentlichen eben ausgestaltete Kontaktfläche (11) ausgestaltet ist, welche dafür vorgesehen ist, im verbundenen Zustand einen Punktkontakt (12) zum Federkontakt (6) des Sensors (5) zu erstellen.

2. Kabel (2) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Isolation (4) hochisolierend ausgestaltet ist mit einem Isolationswiderstand von mindestens 10<12>Ohm.

3. Kabel (2) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Kabel (2) nur genau einen Leiter (3) umfasst.

4. Kabel (2) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Isolation (4) des Kabels mit einer Abschirmung (13) umhüllt ist, welche wiederum von einer zweiten Isolation (14) umhüllt ist.

5. Kabel (2) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Abschirmung (13) mit dem Verschlusselement (10) im elektrischen Kontakt steht.

6. Kabel (2) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Verschlusselement (10) als Überwurfzylinder (15) ausgestaltet ist.

7. Kabel (2) nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Überwurfzylinder (15) als Überwurfmutter oder als Teil eines Bajonettverschlusses ausgestaltet ist oder mit einem Schnappverschluss versehen ist.

8. Kabel (2) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Aussendurchmesser (16) des Verbindungselements höchstens 6 mm ist.

9. Verwendung eines Kabels nach einem der vorhergehenden Ansprüche in der Spritzgiesstechnik zum Herstellen einer elektrischen Verbindung zwischen einem Leiter (3) des Kabels (2) und einem Federkontakt (6) eines piezoelektrischen Sensors (5).