-
Stand der Technik
-
Bei
Drucksensoren, die z. B. an Tanks von Kraftfahrzeugen zum Einsatz
kommen, werden zur einfacheren Montage des Drucksensors Formdichtungen
eingesetzt. Diese ermöglichen
nicht nur die Abdichtung der mechanischen Schnittstelle zwischen dem
Drucksensor und dessen Einbauöffnung
in einer Wand, sondern auch die Befestigung des Drucksensors am
Einbauort. Durch die Verwendung einer Formdichtung kann eine aufwändige Montage
des Drucksensors über
eine Befestigungslasche vermieden werden. Aus
US 5,317,924 geht ein Drucksensor hervor,
der mittels einer Formdichtung in einer Einbauöffnung befestigt wird. Der
Drucksensor umfasst einen Sensorkopf und einen an diesem ausgebildeten
schlanken Sensorstutzen, der von einem Kanal durchzogen ist. An
dem dem Sensorkopf abweisenden Ende des Sensorstutzens befindet
sich ein in einem größeren Durchmesser
ausgebildeter Sensorfuß.
Bei der Montage der Formdichtung auf den Sensorstutzen wird eine
Durchgangsöffnung
der Formdichtung so weit aufgeweitet, dass der Sensorfuß am unteren
Ende des Sensorstutzens die Durchgangsöffnung der aus elastischem
Material gefertigten Formdichtung passiert und nach Passage des
Sensorfußes
die Formdichtung formschlüssig
auf dem Sensorstutzen des Drucksensors gemäß
US 5,317,924 aufgenommen ist. Die
Formdichtung gemäß
US 5,317,924 weist einen
an der Unterseite verbreiterten Bund sowie mehrere an ihrer Außenumfangsfläche ausgebildete
Dichtlippen auf.
-
Nachteilig
bei dem aus
US 5,317,924 bekannten
Drucksensor ist der Umstand, dass aufgrund des in einem vergrößerten Durchmesser
am unteren Ende des Sensorstutzens ausgebildeten Stempelfußes der
Sensorstutzen selbst kaum gratfrei hergestellt werden kann. Dies
ergibt sich daraus, dass das im Allgemeinen als Einbauteil im Wege
des Kunststoffspritzgießverfahrens
gefertigte Sensorbauteil mit Sensorkopf Sensorstutzen und Sensorfuß aus zwei Formhälften entformt
werden muss und sich zwangsläufig
ein Hinterschnitt zwischen dem lang ausgeführten Sensorstutzen und dem
in einem größeren Durchmesser
ausgebildeten Sensorfuß ergibt.
Bei der Montage des Drucksensors mit auf den Sensorstutzen aufgeschobener
Formdichtung in die Einbauöffnung,
z. B. am Tank eines Kraftfahrzeugs, besteht die Gefahr, dass bei
Passage des in einem vergrößerten Durchmesser
ausgebildeten Überstandes
am unteren Ende der Formdichtung diese auf dem schlank ausgeführten Sensorstutzen
zusammengeschoben wird. Ist die aus elastischem Material gefertigte
Formdichtung am Sensorstutzen zusammengeschoben, ist die Einbauöffnung,
z. B. am Tank eines Kraftfahrzeugs, nur unzureichend abgedichtet.
Die aus
US 5,317,924 bekannte
Lösung
einer Befestigung eines Drucksensors mit einer Formdichtung in einer
Einbauöffnung
stellt angesichts der obenstehend skizzierten Nachteile keinen voll
befriedigenden Zustand dar.
-
Offenbarung
der Erfindung
-
Der
vorliegenden Erfindung liegt angesichts der skizzierten Nachteile
der Lösung
des Standes der Technik die Aufgabe zugrunde, einen Drucksensor bereitzustellen,
bei dem die zur Montage und Demontage erforderliche Kraft begrenzt
ist und der eine Einbauöffnung
hinsichtlich seiner Einbaulänge
zuverlässig
abdichtet.
-
Erfindungsgemäß wird ein
Drucksensor vorgeschlagen, an dessen Sensorstutzen eine Formdichtung
formschlüssig
aufnehmbar ist, wobei am Umfang des schlank ausgebildeten Sensorstutzens mindestens
eine ringförmig
verlaufende Ausnehmung ausgebildet ist. Über diese mindestens eine ringförmig verlaufende
Ausnehmung am Sensorstutzen kann die Formdichtung, die mit einem
komplementär
zur ringförmig
am Sensorstutzen verlaufenden Ausnehmung ausgebildeten Wulst an
ihrer Innenseite ausgebildet ist, am Sensorstutzen axial gehalten
werden. Der bevorzugt mit dem Drucksensorgehäuse einstückig als Kunststoffspritzgussteil
gefertigte Sensorstutzen kann dadurch an seiner Außenumfangsfläche gratfrei
hergestellt werden, so dass die geforderte Abdichtwirkung erreicht
wird. In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel
wird am Sensorstutzen eine weitere ringförmig verlaufende Ausnehmung
hergestellt, die, in axialer Richtung des Sensorstutzens gesehen,
unterhalb der bereits erwähnten ringförmig verlaufenden
Ausnehmung liegt. Durch die weitere, zweite an der Umfangsfläche des
Sensorstutzens ausgeführte
ringförmige
Ausnehmung wird erreicht, dass das flexible, nachgiebige Material, aus
dem die Formdichtung hergestellt wird, bei der Montage des Drucksensors
in der Einbauöffnung
in diese zweite ringförmige
Ausnehmung verdrängt wird.
Da das flexible Dichtungsmaterial der Formdichtung bei der Montage
und der dadurch erzeugten Radialkräfte in diese ausweichen kann,
lässt sich eine
signifikante Herabsetzung der Montagekraft erzielen. Die zuerst
genannte, mindestens eine ringförmige
Ausnehmung kann sowohl einen rechteckigen, einen dreieckförmigen oder
auch einen angeschrägten
Querschnitt aufweisen, zu dem der Wulst an der Innenseite der Formdichtung
komplementär
ausgebildet ist. Zur einfacheren Montage der Formdichtung am Sensorstutzen
des Drucksensors kann der Wulst an der Innenseite der Formdichtung
angeschrägt sein.
Ferner ist am Sensorstutzen eine Schulter ausgebildet, die die mindestens
eine ringförmig
verlaufende Ausnehmung begrenzt, so dass die Formdichtung insbesondere
bei einer Demontage des Drucksensors an diesem abgestützt ist
und nicht vom Sensorstutzen abrutscht.
-
Die
im bevorzugten Ausführungsbeispiel
am Sensorstutzen ausgebildete zweite ringförmig verlaufende Ausnehmung
befindet sich bevorzugt im Bereich des größten Durchmessers der Formdichtung. In
diesem Bereich wird bei der Montage des Drucksensors im vormontierten
Zustand, d.h. mit aufgebrachter Formdichtung, das größte Volumen
des Dichtungsmaterials, welches beim Montieren des Drucksensors
mit aufgeschobener Formdichtung in die zweite ringförmig verlaufende
Ausnehmung des Sensorstutzens verdrängt. Dadurch lässt sich
eine signifikante Herabsetzung der Montagekraft des Drucksensors
erreichen. Ist der Drucksensor mit daran aufgenommener Formdichtung
in der Einbauöffnung
aufgenommen, so legt sich ein in vergrößertem Durchmesser ausgebildeter Überstand
an der dem Sensorkopf abweisenden Seite der Formdichtung an die
Unterseite der die Einbauöffnung
begrenzenden Wand eines Tanks oder eines Behälters an, so dass der Drucksensor
durch die Formdichtung am Montageort gehalten und die Einbauöffnung abgedichtet
ist. Wird der Drucksensor demontiert oder tritt im Inneren eines
Tanks z.B. ein höherer
Druck auf, so liegt die Formdichtung mit ihrem Überstand, bedingt durch den
Hinterschnitt an der Einbaustelle, am Umfang der Einbauöffnung an.
Wird die Demontagekraft beziehungsweise der angelegte Druck erhöht, dehnt sich
das Dichtungsmaterial der Formdichtung in die Länge und gleitet am Stutzen
entlang.
-
Um
einen Einbau des Drucksensors mit vormontierter Formdichtung an
Einbauöffnungen
zu ermöglichen,
die eine unterschiedliche axiale Länge haben, ist die Formdichtung
an der Außenseite
bevorzugt mit mehreren Dichtlippen versehen. Durch die Dichtlänge der
Formdichtung ist gewährleistet, dass
immer mindestens zwei Dichtlippen am Innendurchmesser der Einbauöffnung verbleiben,
die darüber
hinaus durch den an der Unterseite der Formdichtung ausgebildeten Überstand
abgedichtet wird. Dadurch ist die Formdichtung und damit der in
dieser geführte
Sensorstutzen des Drucksensors stets am Innendurchmesser der Einbauöffnung abgestützt, wodurch
ein Verkippen und sich dadurch bedingt einstellende Undichtigkeiten
wirksam ausgeschlossen werden.
-
Zeichnung
-
Anhand
der Zeichnung wird die Erfindung nachstehend eingehender beschrieben.
Es zeigt:
-
1 eine
Explosionsdarstellung von erfindungsgemäß vorgeschlagenem Sensorstutzen,
diesen umgebender Formdichtung und der Einbauöffnung an einem Behälter, wie
z. B. einem Kraftfahrzeugtank,
-
2 die
Montage des Drucksensors mit vormontierter Formdichtung in einer
Einbauöffnung,
-
3 die
Demontage des Drucksensors mit Formdichtung aus der Einbauöffnung,
-
4 eine
Ausführungsvariante
des Sensorstutzens,
-
5 eine
Formdichtung zur Montage auf einem Sensorstutzen gemäß der Darstellung
in 4.
-
Ausführungsbeispiele
-
Der
Darstellung gemäß 1 ist
eine Explosionszeichnung des Sensorstutzens, der elastisch ausgebildeten
Formdichtung sowie der Einbauöffnung
zu entnehmen.
-
Aus
der Darstellung gemäß 1 geht
hervor, dass der nicht vollständig
dargestellte Drucksensor 10 einen schlank ausgebildeten
Sensorstutzen 12 aufweist, der symmetrisch zu seiner Symmetrieachse 22 von
einem Sensorkanal 20 durchzogen ist. Der Drucksensor 10 samt
Sensorstutzen 12 wird bevorzugt im Wege des Kunststoffspritzgießverfahrens als
einstückiges
Bauteil hergestellt. An der Umfangsfläche des Sensorstutzens 12 wird
mindestens eine ringförmig
verlaufende Ausnehmung 24 sowie bevorzugt eine weitere
zweite ringförmig
verlaufende Ausnehmung 28 geformt. Die mindestens eine
erste ringförmig
verlaufende Ausnehmung 24 wird von einer Schulter 26 an
der Umfangsfläche
des Sensorstutzens 12 begrenzt. In axialer Richtung gesehen,
ist die Länge
der mindestens einen ersten ringförmig verlaufenden Ausnehmung 24 am
Sensorstutzen 12 größer bemessen
als die Länge
der bevorzugt am Sensorstutzen 12 ausgebil deten weiteren
zweiten ringförmig
verlaufenden Ausnehmung 28. An der Stirnseite des Sensorstutzens 12 ist
in der Darstellung gemäß 1 eine
Stutzenverrundung 30 angebracht. Anstelle dieser Stutzenverrundung 30 kann an
der Stirnseite im Bereich der Öffnung
des Sensorkanals 20 auch eine Anschrägung oder dergleichen vorgesehen
sein, um das Fügen
einer Formdichtung 32 mit dem Sensorstutzen 12 zu
erleichtern.
-
1 ist
darüber
hinaus ein Schnitt durch die Formdichtung 32 zu entnehmen.
Die Formdichtung 32 ist symmetrisch zur Symmetrieachse 22 ausgebildet
und weist an ihrer Oberseite, d. h. an dem einem Sensorkopf zuweisenden
Ende, einen Bund 46 auf. An der Außenseite der Formdichtung 32 gemäß der Darstellung
in 1 verläuft
eine Außendichtfläche 38,
an der eine Anzahl von Dichtlippen ausgebildet ist. Die Außendichtfläche 38 erstreckt
sich an der Außenseite
der Formdichtung 32 über
eine Dichtlänge 48,
so dass Einbauöffnungen 14 unterschiedlicher axialer
Länge zuverlässig abgedichtet
werden können.
An der Unterseite der Formdichtung 32 gemäß der Darstellung
in 1 ist ein Überstand 42 in
einem Durchmesser 44 ausgebildet, der den Außendurchmesser
der Außendichtfläche 38 in
der Formdichtung 32 übersteigt.
An der Außenseite
des Überstandes 42 wiederum
ist eine Einführschräge 40 ausgeführt, welche
das Einführen
des Drucksensors 10, an dessen Sensorstutzen 12 die
Formdichtung 32 ausgebildet ist, in eine Einbauöffnung 14 erleichtert.
-
Aus
der Darstellung gemäß 1 geht
zudem eine in einer Behälterwand 16 ausgeführte Einbauöffnung 14 hervor,
die an einem Ende eine Fase 18 aufweist und symmetrisch
zur Symmetrieachse 22 ausgebildet ist. An der Innenseite
der Formdichtung 32 ist ein wulstförmiger Vorsprung 34 ausgebildet,
der einen Innendurchmesser 36 aufweist. Die Geometrie des
wulstförmigen
Vorsprungs 34 an der Innenseite der Formdichtung 32 ist
komplementär zur
mindestens einen ersten ringförmig
am Sensorstutzen 12 verlaufenden Ausnehmung 24 ausgeführt. Bei
der Montage der Formdichtung 32 am Sensorstutzen 12 greift
der wulstförmige
Vorsprung 34 in die mindestens eine erste ringförmig verlaufende
Ausnehmung 24 am Umfang des Sensorstutzens 12 ein und
fixiert die Formdichtung 32 auf diese Weise am Umfang des
Sensorstutzens 12. Die in einem bevorzugten Ausführungsbeispiel
des Sensorstutzens 12 an dessen Umfang ausgebildete weitere
zweite ringförmig
verlaufende Ausnehmung 28 liegt bevorzugt in dem Bereich,
in dem an einer Innenfläche 50 der Formdichtung 32 ihr
größter Durchmesser
liegt.
-
Der
Darstellung gemäß 2 ist
die Montage des Drucksensors gemäß der Explosionsdarstellung
in 1 in einer Einbauöffnung eines Behälters, wie
z. B. eines Kraftfahrzeugtanks, zu entnehmen.
-
Aus
der Darstellung gemäß 2 geht
hervor, dass die Formdichtung 32 am Sensorstutzen 12 durch
Eingreifen des wulstförmigen
Vorsprungs 34 mit Innendurchmesser 36 in die mindestens
eine ringförmig
verlaufende Ausnehmung 24 am Sensorstutzen 12 gehalten
ist. Durch diese formschlüssige Verbindung
zwischen der Formdichtung 32 und dem Sensorstutzen 12 wird
ein axiales Wandern der Formdichtung 32 am Sensorstutzen 12 verhindert. Der
Bund 46 wird im montierten Zustand der Formdichtung 32 auf
die Oberseite der Wand 16 gedrückt. Die Montagerichtung, in
welche der vormontierte Drucksensor 10 samt an dessen Sensorstutzen 12 aufgenommener
Formdichtung 32 in die Einbauöffnung 14 eingeschoben
wird, ist durch den Pfeil 52 gekennzeichnet. Eine Reduktion
der Montagekraft wird bei dem erfindungsgemäß vorgeschlagenen Drucksensor 10 dadurch
erreicht, dass dem Überstand 42 der
Formdichtung 32 gegenüberliegend
am Umfang des Sensorstutzens 12 bevorzugt eine weitere,
zweite ringförmig
verlaufende Ausnehmung 28 ausgebildet ist. In diese kann
das elastische Material der Formdichtung 32 nach deren
Montage in der Einbauöffnung
verdrängt
werden, so dass die in Montagerichtung 52 beim Montieren
des Drucksensors 10 in der Einbauöffnung 14 auftretenden
Radialkräfte
begrenzt werden. Nach Durchtreten der Einbauöffnung in der Wand 16 dehnt
sich das elastische Material der Formdichtung 32 radial
nach außen
aus und nimmt seine ursprüngliche
Gestalt an. Der Überstand 42 nimmt
wieder seinen ursprünglichen
Außendurchmesser 44 an,
so dass sich zwischen der Unterseite der Wand 16 und der
Oberseite des Überstandes 42 ein
Hinterschnitt einstellt (vergleiche Darstellung gemäß 3).
-
Aus
der Darstellung gemäß 2 geht
hervor, dass in der in 2 dargestellten Montageposition
des Drucksensors 10 die an der Außendichtfläche 38 vorgesehenen Dichtlippen
an der Wand der Einbauöffnung 14 anliegen
und diese abdichten. Zudem liegt der Bund 46 der Formdichtung 32 auf
der Oberseite der Wand 16 auf. Ein einfaches Fügen des Sensorstutzens 12 mit
der Formdichtung 32 wird dadurch begünstigt, dass der Sensorstutzen 12 an
seinem dem Sensorkopf abweisenden Ende mit einer Verrundung 30 oder
auch einer Einführschräge versehen
sein kann, um eine Beschädigung
der Formdichtung 32 beim Fügen mit dem Sensorstutzen 12 zu
vermeiden. Ein leichtes Fügen
der Formdichtung 32 in der Einbauöffnung 14 wird zudem
dadurch begünstigt,
dass unterhalb des Überstandes 42 an
der Formdichtung 32 eine Einführschräge 40 ausgebildet ist,
welche zusammenwirkend mit der Fase 18 an der Oberseite
der Einbauöffnung 14 die
Montage des vormontierten Drucksensors 10, d. h. der auf
den Drucksensor 12 aufgeschobenen und formschlüssig fixierten
Formdichtung 32, in der Einbauöffnung 14 erleichtert.
-
3 zeigt
den in 2 im montierten Zustand dargestellten Drucksensor
bei einer Demontage.
-
Der
Darstellung gemäß 3 geht
hervor, dass der Überstand 42 der
Formdichtung 32 aufgrund des Hinterschnittes an der Unterseite
der Wand 16, in der die Einbauöffnung 14 ausgeführt ist, anliegt.
Des Weiteren ist die Einbauöffnung 14 in
der Wand 16 durch in diesem Beispiel drei an der Wand der
Einbauöffnung 14 anliegende
Dichtlippen der Außendichtfläche 38 der
Formdichtung 32 abgedichtet. Dieser Zustand tritt dann
auf, wenn der Drucksensor 10 aus der Einbauöffnung 14 demontiert
werden soll oder im Inneren des durch die Wand 16 begrenzten Behälters ein
höherer
Druck herrscht als auf der Außenseite
des durch die Wand 16 begrenzten Behälters. Wird die Demontagekraft
von außen
beziehungsweise der im Inneren des Behälters anliegende Druck weiter
erhöht,
dehnt sich das Dichtungsmaterial der Formdichtung 32 axial
in die Länge
und gleitet auf der Umfangsfläche
des Sensorstutzens 12 entlang. Ein Abrutschen der Dichtung
von der Umfangsfläche
des Sensorstutzens 12 wird durch die formschlüssige Verbindung
zwischen dem wulstartigen Vorsprung 34, der in die mindestens
eine erste am Umfang des Sensorstutzens 12 eingebrachte
Ausnehmung 24 hineinragt, vermieden. Soll der Drucksensor 10 aus
der Einbauöffnung 14 demontiert
werden, so wird die Formdichtung 32 bei der Demontage gedehnt
und gleitet entlang des Sensorstutzens 12. Ist der Drucksensor 10 so
weit zurückgezogen,
dass sich die Formdichtung 32, die noch durch den Überstand 42 an
der Behälterwand
verhakt ist, am Ende des Sensorstutzens 12 befindet, kann
die Formdichtung 32 ausweichen und der Überstand 42 wird freigegeben.
Die zur Demontage des Drucksensors 10 erforderliche Kraft
hängt somit
unter anderem von der Länge
des Sensorstutzens 12 ab.
-
Wie
aus der Darstellung gemäß 3 ersichtlich
ist, ist sichergestellt, dass die Formdichtung 32 stets
mit mindestens zwei an der Außendichtfläche 38 über die
Dichtlänge 38 verteilt
angeordneten Dichtlippen an der Begrenzungswand der Einbauöffnung 14 anliegt.
Dadurch ist sichergestellt, dass der Drucksensor stets am Innendurchmesser
der Einbauöffnung 14 abgestützt ist
und ein Verkippen und eine daraus resultierende Undichtigkeit ausgeschlossen
ist. Zwar ist zur Demontage des Drucksensors 10 gemäß der Darstellung
in 3 eine axiale Zugkraft auf den Drucksensor auszuüben, jedoch
ist diese begrenzt, da das Volumen des nachgiebigen Materials der
Formdichtung 32 ausweichen kann.
-
Aus
der Darstellung gemäß 3 geht
zudem hervor, dass durch die Axialerstreckung der Dichtlänge 48 in
Bezug auf die Außendichtfläche 38 die
Einbauöffnungen 14 abgedichtet
werden können, die
in verschieden dicken Wänden 16 ausgeführt sind.
Aufgrund der Anordnung der Dichtlippen entlang der Außendichtfläche 38 in
axialer Richtung gesehen liegen stets zwei Dichtflächen an
der Begrenzungswand der Einbauöffnung 14 an.
-
Der
Darstellung gemäß 4 ist
eine Ausführungsvariante
des Sensorstutzens zu entnehmen.
-
Aus
der Darstellung gemäß 4 geht
hervor, dass der Sensorstutzen 12, der von dem Druckkanal 20 durchzogen
ist, noch mit einer gerundeten, mindestens einen Ausnehmung 60 gefertigt
werden kann, die in ihrem oberen Bereich oberhalb der Schulter 26 eine
Schräge
aufweist und mit einer Rundung in die Schulter 26 übergeht.
Demgegen über
ist die bevorzugt am Drucksensor 10 ausgebildete, zweite
ringförmig
verlaufende Ausnehmung 28 analog zu der Ausführungsvariante
des Sensorstutzens 12 gemäß der Darstellung in 1 gefertigt.
Der erfindungsgemäß vorgeschlagene
Sensorstutzen 12 des Drucksensors 10 kann im Bereich
seiner Umfangsfläche
gratfrei hergestellt werden, bei der Entformung aus dem Kunststoffspritzgießwerkzeug
auftretende Grate verlaufen innerhalb der Ausnehmungen 24, 28 beziehungsweise 60.
Eine mögliche
Leckage entlang eines Grates über
die gesamte Länge der
Formdichtung 32 kann durch diese Lösung vermieden werden.
-
5 ist
eine Ausführungsvariante
der Formdichtung zu entnehmen, welche an dem in 4 dargestellten
Sensorstutzen befestigbar ist.
-
Die
in 5 dargestellte Formdichtung 32 weist
oberhalb der Innenfläche 50 einen
verrundeten wulstförmigen
Vorsprung 62 auf, der komplementär zur gerundeten, eine Einführschräge aufweisenden, mindestens
einen ersten ringförmig
verlaufenden Ausnehmung im Sensorstutzen 12 ausgebildet
ist. An der Außendichtfläche 38 sind
in der Darstellung gemäß 5 mehrere
Dichtlippen ausgebildet. Die Formdichtung 32 gemäß der Darstellung
in 5 weist ebenfalls den Überstand 42 auf, der
in dem Durchmesser 44 ausgebildet ist, welcher den Durchmesser
der Außendichtfläche 38 der
Formdichtung 32 übersteigt.
Der gerundet ausgebildete, wulstförmige Vorsprung ist mit Bezugszeichen 62 gekennzeichnet
und liegt in axialer Richtung gesehen oberhalb der durch Bezugszeichen 50 identifizierten
Innenfläche
der Formdichtung 32. Der Überstand 42 der Formdichtung 32 gemäß der Darstellung
in 5 weist ebenfalls die Einführschräge 40 an dem der Einbauöffnung 14 zuweisenden
Ende zur Erleichterung der Montage auf.