CN103547914A - 传感器构件壳体 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种传感器构件壳体（10），该传感器构件壳体包括至少一个带有管壁（39）的管区段，其中，该管壁具有开口（16）而该管区段具有直径（D）以及第一端部和第二端部（12.1、12.2）。其特征在于，第一端部和/或第二端部具有弯边（14.1、14.2），从而使得该直径朝向管区段的第一端部和/或第二端部逐渐变细至端部直径（DE）。

Description

传感器构件壳体
技术领域
本发明涉及一种传感器构件壳体，该传感器构件壳体包括带有管壁的管区段，其中，该管壁具有开口而该管区段具有一直径和第一端部与第二端部，以及涉及一种用于制作传感器构件壳体的方法和一种具有传感器构件壳体、用于容纳和/或传导液态或气态介质的装置。
背景技术
在现有技术中使用不同种类的传感器、例如温度传感器，以便于探测介质（例如液体或气体）的物理特性。其物理特性（例如温度）应被感测的介质例如在管道系统中被引导或被保存在容器、例如油箱中。
迄今为止，用于快速探测物理量（例如温度）的传感器处于馈通件（Durchführung）的靠近介质、也就是说靠近液体或者气体的一侧上。
以这种类型布置的传感器置于介质（也就是说液体或者气体）中。如果是涉及在其中构建一定的压力的系统，那么传感器也置于压力下。当介质是侵蚀性介质（例如酸）和/或在系统中存在高压力时，此类布置是尤其有问题的。在这样的情况中，对于传感器在馈通件上的所谓的介质侧的布置须使用昂贵的特殊传感器。
在介质侧布置的传感器的其他缺点在于：在故障的情形中以上述方式布置的传感器非常难接近或甚至不可接近。同样地，调校仅能以高的耗费实现。
替选于传感器在介质侧的布置的是，传感器、例如温度传感器也可布置在容器的外壁处，例如在油箱或管道上。
然而，对于在介质之外的布置产生如下问题，即，其涉及到测量准确度。另一问题在于，当传感器布置在例如管道或油箱的外壁上时温度变化仅可非常不准确地被检测。对此的原因是管道或者油箱的大的热质量，所述热质量引起高的惯性，并且不允许检测非常快速地进行的温度变换。
作为在管道或者油箱的外壁上的布置的替代，传感器也可以在特殊的传感器壳体内被装入到管道中，其中，在传感器壳体中传感器布置在背离介质的侧面上。
这种类型的布置例如在US 5,367,264中进行描述。
由US 5,367,264已知的传感器基本上用于在两种物质混合的情形中确定一种物质的体积比。由US 5,307,264尤其已知一种传感器，借助该传感器可以在管中测量流经的介质的温度或者其准确的成分。
由US 2005/0121323A1已知另一传感器，借助该传感器能确定在油中的添加剂或污染物的浓度。
根据US 2005/0121323A1的传感器包括一种壳体件，该壳体件以如下方式与管道相连，即，电极被壳体件密闭地容纳。温度测量在US2005/0121323A1中未被公开，其它类型的传感器同样未被公开。
由US 2010/0186501A1已知一种带有传感器构件的装置，包括呈管状的传感器构件壳体。传感器构件壳体具有管壁和至少一个通入管壁中的开口，用于传感器构件的馈通件可通入该开口中。作为传感器构件尤其是使用通入传感器构件壳体中的内管。如果传感器构件壳体以其形状作为外管处于某一势能上而设计为传感器构件的内管处于另一势能上，则使得能够进行电容式测量，其实现对穿过传感器构件的介质成分的说明。
根据US 2010/0186501的传感器构件壳体由圆形的毛坯通过切削加工（例如通过车削或铣削）制作。然而，借助于车削过程和铣削过程来制作根据US 2010/0186501A1的传感器构件壳体是非常复杂的。此外产生由毛坯件至成品件的直至75%的高的材料损失。管端部且尤其是该端部的例如在推进燃料管道处的接口的设计方案也是有问题的。
发明内容
因此本发明的任务是，描述一种传感器构件壳体，该传感器构件壳体尤其用于带有传感器构件的装置，借助该传感器构件壳体可克服现有技术中的、先前所描述的尤其在US 2010/0186501 A1的形式中的缺点。尤其是阐述一种传感器构件壳体，其具有最小的制造成本且可被可靠地接合到端部上、例如后续的管道上、优选为推进燃料管道上。
根据本发明，该任务通过一种传感器构件壳体来实现，其包括带有管壁的管区段，其中，该管壁具有开口而管区段具有一直径和第一端部与第二端部。此外作如下设置，即，第一端部和/或第二端部具有弯边，该弯边通过包括成型（Umformen）步骤的制作工艺制作，从而使得直径朝向管区段的第一端部和/或第二端部逐渐变细。带有弯边的这种类型的设计方案允许如下，即，根据本发明的传感器构件壳体能以简单的类型和方式被装入到管道分支、例如推进燃料管道中，其中，通过弯边确保由管道至传感器构件壳体的过渡的密封性。
优选地，用于传感器构件的馈通件，例如用于电容式测量的内管，如在US 2010/0186501 A1中详细描述的那样被引导穿过传感器构件壳体的开口。US 2010/0186501 A1的公开内容被完全包括到本申请中。
在特别简单的实施方式中，馈通件被引导穿过开口。该馈通件可具有增强构件，其中，增强构件与传感器构件壳体通过硬焊相连。
馈通件优选可多件式地实施且具有杯状物、玻璃或玻璃陶瓷材料和构件、尤其是增强构件。
增强构件的使用具有如下优点，即，对于传感器构件壳体和增强部分可以使用不同的材料。用于传感器构件壳体和增强构件的材料可以被选择为不同，而且以如下方式选择，即，使材料匹配且适合。因此例如有利的是，传感器构件壳体匹配于流经穿过传感器构件壳体的介质、尤其是待检测的介质。
与之相反，增强构件可包括尤其是具有高强度的材料。用于增强构件的材料优选由耐腐蚀的材料构成且优选适合于牢固的可靠的最佳的装嵌，对于传感器构件壳体而言尤其可使用相对薄壁的管材料，这相对现有技术引起材料节省，因为例如在US 2010/0186501中所描述的对多余的材料的车掉或铣去是不必要的。也就是说，在馈通件的区域中对于传感器构件而言需要的较大的壁厚通过增强构件提供。
接合在经弯边的端部处的管道的过度套接例如通过设置在传感器构件壳体的管壁处的加厚部来防止。该加厚部在实际中充当用于经由弯边被推到传感器构件壳体上的接合管道的止挡。
弯边的制作包括成型过程，例如通过镦锻的成型。该制作可仅通过成型（例如通过镦锻）实现或该成型在通过铣削进行加工（例如倒角）之后而执行。但优选的是，该制作仅通过成型，因为，由此制造成本相对现有技术可被降低。
通过成型过程，材料在其密度上被改变。
尤其是可以在穿过构件的磨削纹理中辨认出制作过程。
如果构件根据现有技术通过机加工工艺（例如车削）制作，那么结构线/流线基本上平行地伸展且在相同的方向上显示。构件如果通过镦锻或者成型而成形（也就是说弯边通过成型工艺制作），那么结构线通过成型过程被弯曲。因此，通过冶金磨削纹理可推断出制作工艺。
通过使在成型之后在构件中的力线被弯曲，提高了在构件中的强度，这引起尤其是在将燃料管道推到传感器构件上的情形中，相比现有技术更可靠地避免了传感器构件在以上述方法制作的弯边的区域中的装配损伤。
作为用于传感器构件壳体的材料，优选使用钢、尤其是普通钢（例如St35、St37、St38）以及优质钢或者说由于其高的耐腐蚀性而不生锈的钢或NiFeCo合金或者NiFe合金或先前所列举的材料的组合。然而，由于材料的良好的耐腐蚀性的优质钢的使用是特别优选的，其中，因此附加的电镀过程是不必要的。
除了传感器构件壳体之外，本发明还说明了一种用于制作这种类型的传感器构件壳体的方法，该方法尤其是相对于用于借助于车削和铣削过程制作传感器构件壳体的方法（如在US 2010/0186591 A1中公开的那样）具有特别容易的可制作性。
在根据本发明的方法的情形中，首先提供带有管壁的管区段。管区段通过例如切割焊接管或无缝管而获得。该管包括带有处在0.3mm与1.5mm之间、优选在0.5mm与1.0mm之间的范围中的壁厚的管壁。例如1.3mm的壁厚的上限的原因在于，较厚的壁只能非常困难地通过成型技术来加工，尤其是用于成型过程（例如镦锻）的力消耗太大。例如0.3mm的管壁厚的下限的原因在于，带有过小的壁厚的管不具有用于成型过程的足够的强度且可能起皱或者撕裂。
通过打孔而成的开口被引入到管壁中，该开口尤其是用于传感器构件的馈通件，且在管区段的第一端部和/或第二端部中通过简单的成型制作弯边，其中，管区段的直径在第一端部和第二端部的区域中降低。该成型过程基本上是镦锻过程，在其中通过逐渐变细制作弯边。通过根据本发明的方法尤其是可获得高的材料节省且实现低成本的制作。此外，在管端部处的弯边能够以简单的类型和方式通过成型制作。通过在管端部处的弯边使得可以实现，将传感器构件壳体接合到常规的燃料管道处，而不损伤燃料管道的连接器或者接合件的密封圈、例如O型密封圈。也就是说，通过根据本发明的弯边避免了燃料管道在根据本发明的传感器构件壳体上的接合区域中的不密封。
特别优选的是，为了防止被安装到传感器构件壳体上的后续的管道的过度套接，管壁又通过成型、尤其通过镦锻设有加厚部。
特别优选的是，把例如用于处于传感器构件壳体中的传感器构件（例如内管）的馈通件被装入到开口中，且以简单的类型和方式通过硬焊使馈通件与传感器构件壳体相连。
除了传感器构件壳体和用于制作其本身的方法之外，本发明还涉及一种用于容纳和/或传导液态或气态介质的、带有根据本发明的传感器构件壳体和传感器构件的装置。该装置的特征在于，其包括带有用于经改善地接合燃料管道的弯边的、根据本发明的传感器构件壳体。在带有根据本发明的传感器构件壳体的装置的情形中，传感器构件在壳体中以如下方式被定心，即，传感器构件（尤其呈管状形式）的定心通过呈管状的传感器构件壳体的外径实现。
与此相反，在根据US 2010/0186591 A1的装置的情形中定心通过外管（此处为传感器构件壳体）的内径实现。然而，对于这种类型的定心不可制作弯边，因为带有弯边的定心对于这种类型的定心而言极其困难。
附图说明
下面，借助实施例对本发明进行描述，但本发明不局限于此。
其中：
图1a-1d示出了一种装置，其带有根据本发明的传感器构件壳体、馈通件、以及处在传感器构件壳体中的呈管状的传感器构件；
图2示出了根据现有技术的装置；
图3a-3b示出了穿过借助于成型工艺制作的构件或者构件的部分的冶金磨削纹理，
图4a-4b示出了穿过借助于机加工工艺制作的构件或者构件的部分的冶金磨削纹理。
具体实施方式
在图1a至1d中显示了一种用于容纳和/或引导液态或气态介质的带有传感器构件100的装置，该传感器构件根据本发明被放入到传感器构件壳体10中。图1a显示了穿过此类型装置1的纵剖面图。传感器构件壳体10具有圆环形的横截面，其在图1b中的平面B-B中示出。
圆环形的管横截面的直径为D。根据本发明作如下规定，即，传感器构件壳体10在第一端部12.1以及第二端部12.2的区域中具有弯边14.1或者14.2。弯边12.2在图1c中详细示出。在弯边时，传感器构件壳体10的管区段的第一端部12.1或者第二端部12.2被镦锻，例如利用成型工具，直径由在管中间的区域中的直径D降低到在管端部（12.1、12.2）处的直径DE。虽然当前在第一端部12.1处的直径DE与在第二端部12.2处的直径DE相符，但这不是必须强制的，而是也可实现不同的直径。
管壁39的壁厚为dw。管壁39的厚度优选处在0.3mm至1.5mm的范围中。
在当前实施例中，开口16被引入到传感器构件壳体10的壁厚为dw的管壁39中，开口16优选通过打孔穿过管壁39的壁厚dw制作。在当前实施例中，玻璃金属馈通件被引入到通过打孔制作的开口16中。玻璃金属馈通件包括壳体件，该壳体件当前构造成杯状物40的形式，但并不局限于此（例如在US 2010/0186501 A1中所描述的那样），US2010/0186501 A1的公开内容在本申请书中被完全包括。杯状物40优选是金属件，其被装嵌到管壁39的开口16中。在杯状物40与开口16之间的玻璃材料以42表示。因为用于装嵌的管的壁厚dw是不够的，所以根据本发明馈通件在优选的实施方式中包括被放置到管壁39上的构件、尤其是增强构件44。增强构件44可具有与管壁39相同的材料，然而非必须。换句话说，优选以如下方式选择传感器构件的材料，即，该材料适合于流经传感器构件的或待检测的介质。增强构件的材料适合于牢固可靠且最佳地与玻璃材料或者玻璃陶瓷材料42装嵌。附加的构件、尤其是增强构件44优选通过硬焊与管壁39相连。例如用于温度传感器（未显示）的第一导线50被插入到馈通件的被装嵌的杯状物40中。如在US 2010/0186501 A1中描述的那样，馈通件的杯状物40又与呈内管形式的传感器构件100传导式地相连。杯状物40与可被处于某一势能上的导线52相连。那么，当管壁39例如被接地而杯状物40且进而内管100处在势能上时，在传感器构件壳体的管壁39与内管之间可施加势能差或者电压。在外管与内管之间的势能差是用于对流动穿过内管的液体或气体进行电容式测量的基础。那么，由电容值或者电容值的变化可推断哪种材料或者介质流动穿过呈管状的传感器构件100。通过将传感器构件100设计成带有相对外管平行的面的内管，电容面被明显增大且对在呈管状的传感器区段中的流动介质进行的电容式测量得到改善。可设想如下介质为能够借助在图1a中示出的装置被测量的介质：
天然气、氢气、氮气、氧气、内燃机的废气、工业过程气体、液化石油气、空气、水、尤其海水、油（尤其是用于发动机、变速器应用和液压装置应用）、醇（尤其是甲醇和乙醇）、汽油燃料和柴油燃料、菜油、甲酯、航空用涡轮机燃料、尿素和尿素溶液、氟化氢。
为了防止接合到第一和第二端部12.1、12.2处的燃料管道的过度套接，传感器构件壳体的管的管壁39具有环绕的加厚部30.1、30.2。环绕的加厚部30.1在图1d中详细示出。
如由图1d得知的那样，加厚部在维持管直径的情形下同样可通过对管壁的镦锻以非常简单的类型和方式制作。
在图1b中示出了穿过根据图1a的装置沿着直线B-B的横截面。
导线52可被清楚地辨认出，该导线传导式地接合到杯状物40处，该杯状物又与实施成内管的传感器构件相连，从而在传感器构件100处可施加势能。馈通件的杯状物40利用玻璃材料42被装嵌到开口中和被装嵌到放置在开口上的附加的构件或者增强构件44中。由此，导线52与管壁10电气分开。管壁10例如可接地，从而实现了在作为内管的传感器构件100与管形状的传感器构件壳体10（也就是外管10）之间的电容式测量。
图2显示了一种用于容纳或引导气态或液态介质的呈管状的装置的实施方式，根据现有技术、如在公开内容在本申请中被包括的US2010/0186501 A1中描述的那样的，该装置带有传感器构件壳体310和传感器构件300。在图1a-1d中相同的构件被赋以增加了200的附图标记。与根据图1a-1d的设计方案相反，在现有技术中传感器构件壳体由整料铣削和车削。与构造为传感器构件的内管300传导式相连的杯状物340装嵌到通入管壁中的开口316中。因此，玻璃材料342直接贴靠在管壁的突起370与杯状物340之间。装嵌部以附图文字342表示。管壁的厚度为RS，突起370的厚度为RH。在当前情况中，管壁RS的厚度小于突起370的厚度。这以如下方式实现，即，由带有厚度RH的毛坯通过切削加工制作带有用于管壁的厚度为RS的管子，这是高成本的且与高的材料消耗相连。通过切削加工，在传感器构件壳体310的管壁上提供加厚部330.1、330.2。与本发明相反，在传感器构件壳体310的端部314.1、314.2处不提供在较长的区段上延伸的弯边，因此不能实现接合管道的、尤其是流体管道的、优选为燃料管道的密封的接合。经由到管壁中的直接的装嵌，根据图2的装置同样以如下方式被表征，即，杯状物340与构造为传感器构件的内管300直接相连。内管300具有非常小的壁厚，优选在0.3mm至1.0mm的范围中的壁厚。与传感器区段相连的内管300在构造为管的传感器构件壳体310的至少一半的长度L上延伸。通过内管300的引入可实现不同的优点。因此内管用于在呈管状的传感器构件中存在分层的流动而不产生流动破坏。此外，与布置在杯状物中的温度感应器（未显示）直接接触的热表面被明显加宽或者加大。这又改善了对流动穿过呈管状的传感器构件的介质的温度测量的精度。对于电容式测量而言，外管处于某一势能上而内管处于另一势能上。以该类型和方式可实现进行电容式测量，其给出穿过装置的介质的成分的说明。通过带有相对外管平行的表面的内管的设计方案，电容表面被明显增大且在装置中对流动介质的电容式测量被改善。例如在现有技术中所描述的那样的内管的尺寸，也能够以带有先前所描述的优点的方式被选择用于装入在本发明中的呈内管形式的传感器构件100（在图1a-1d中）。
在图3a-3b中显示了穿过以成型工艺制作的根据本发明的构件10（如在图1a-1d中示出的那样）的部段的冶金磨削纹理的原理图。这些原理图是不按比例的且仅原理性地显示了在经成型的构件的情形中的流线的伸展，与在图1a-1d相同的构件以相同的附图标记表示。
如由根据图3a-3b的冶金磨削纹理得知的那样，根据本发明方法制作的构件具有结构线/流线1500，所述流线在区域1600中通过成型过程被弯曲。特别出众的是用于环绕的加厚部30.1、30.2的结构线/流线的弯曲，如在图3b中显示的那样，所述结构线/流线通过在区域1600中的成型过程被弯曲。
与此相反，图4a-4b显示了根据US 2010/0186501 A1的借助机加工工艺而制作的构件300（其尤其地是车削件）的冶金磨削纹理的原理图。结构线/流线2000又被画出。结构线/流线2000基本上是平行的且在相同的方向上显示。该原理图也不是按比例的且仅原理性地显示了在通过车削和铣削制作的构件的情形中的流线的伸展。在根据图4b的加厚部的区域中的结构线/流线2000的伸展上的区别再次是特别明显的。相对根据图3b的经成型的构件的区别是明显的。
利用本发明，首次提供一种相对US 2010/0186501 A1形式的现有技术的、简单且以较少材料损失制作的传感器构件壳体，并且提供用于确定被引导穿过呈管状的设有传感器构件的传感器构件壳体的、液态或气态的介质成分的装置。尤其是实现了，以简单的类型和方式通过包括至少一步成型过程的方法而制作的弯边在流体管道、尤其燃料管道处的密封接合。通过借助于成型过程而制造的弯边可以相对例如纯切削加工获得显著的材料节省。相反于在根据切削方法制作的构件的情形中的平行延伸的流线，通过包括至少一个成型过程的方法而制作的构件在截面中具有由于成型引起的弯曲的结构线/流线。由此有利的是，成型的构件在弯边的区域中可以具有高于切削加工而成的构件的刚度，由此避免材料损伤，例如在将燃料管道推到弯边上的情形中。本发明的其他优点在于，传感器构件壳体和增强构件在优选实施方式中可由不同的材料制作，其中，传感器构件壳体的材料匹配于待检测的介质而增强构件的材料适合于牢固的可靠的且最佳的装嵌。
本发明参照确定的实施例进行说明，而许多其它的变化方案和修改方案和其它的应用对于专业人士而言是显而易见的。因此，本发明不局限于如其在说明书中所记录的那样的特定的公开内容。

Claims (10)

1.一种传感器构件壳体（1），其包括
-至少一个带有管壁（39）的管区段，其中，所述管壁（39）具有开口（16），而
-所述管区段具有直径（D）以及第一端部和第二端部12.1、12.2，
其特征在于，
所述第一端部和/或第二端部（12.1、12.2）具有弯边（14.1、14.2），从而使得所述直径（D）朝向所述管区段的第一端部和/或第二端部（12.1、12.2）逐渐变细至端部直径（DE），其中，所述弯边通过成型过程、尤其是镦锻来制作。
2.根据权利要求1所述的传感器构件壳体，其特征在于，所述至少一个开口（16）容纳用于传感器构件的馈通件，其中，所述用于所述传感器构件（100）的馈通件与所述管壁（39）相连，尤其是通过钎焊连接或熔焊连接相连。
3.根据权利要求1至2之一所述的传感器构件壳体，其特征在于，所述开口（16）容纳用于传感器构件的馈通件，且所述馈通件包括玻璃材料或玻璃陶瓷材料（42）、和/或构件（44）尤其是增强构件，所述构件优选由适合于与所述玻璃材料或玻璃陶瓷材料42牢固且最佳地装嵌的材料构成，其中，所述构件（44）、尤其所述增强构件（44）与所述管壁（39）通过钎焊连接或熔焊连接相连。
4.根据权利要求1-3中任一项所述的传感器构件壳体，其特征在于，所述管壁（39）此外具有至少一个通过成型来制作的加厚部（30.1、30.2）。
5.根据权利要求1-4中任一项所述的传感器构件壳体，其特征在于，所述传感器构件（100）是用于电容式测量的管区段、尤其是内管，或光学传感器。
6.根据权利要求1-5中任一项所述的传感器构件壳体，其特征在于，所述传感器构件壳体（1）优选以适合于流经所述传感器构件壳体（1）和/或待检测的介质的方式来选择，和/或优选由下列材料之一或由此的组合构成：钢、优质钢、NiFeCo合金、NiFe合金。
7.用于制作根据权利要求1-6中任一项所述的传感器构件壳体的方法，其中
-提供带有直径（D）和管壁（39）的管区段，并且所述方法特征在于，
-尤其是通过打孔把至少一个开口（16）引入到所述管壁（39）中，并且在管区段的第一端部和/或第二端部（12.1、12.2）处通过成型以如下方式制作弯边（14.1、14.2），即，使得所述管区段的直径（D）减小。
8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，使所述管壁（39）通过成型、尤其是镦锻而设有加厚部（30.1、30.2）。
9.根据权利要求8-9中任一项所述的方法，其特征在于，将用于传感器构件（100）的馈通件与所述管壁（39）相连。
10.用于容纳和/或传导液态或气态介质的装置，其特征在于，所述装置具有带有传感器构件（100）的根据权利要求1-6中任一项所述的传感器构件壳体（10），并且所述液态或气态介质尤其是下列介质中的其中一种：天然气、氢气、氮气、氧气、内燃机和废气、工业过程气体、液化石油气、空气、水、尤其是海水、油、尤其是用于发动机的油、变速器应用和液压装置应用的油、醇、尤其甲醇和乙醇、汽油燃料和柴油燃料、菜油、甲酯、航空用涡轮机燃料、尿素和尿素溶液、氢氟碳化物。
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