DE102008003283A1

DE102008003283A1 - Füllstandssensor

Info

Publication number: DE102008003283A1
Application number: DE200810003283
Authority: DE
Original assignee: Marquardt GmbH
Current assignee: Marquardt GmbH
Priority date: 2008-01-05
Filing date: 2008-01-05
Publication date: 2009-07-09

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Sensor (8), insbesondere einen Füllstandssensor, mit einem Gehäuse (1), wobei im und/oder am Gehäuse (1) ein Schwingungserzeugungselement (5), insbesondere für Ultraschallschwingungen, angeordnet ist. Das Schwingungserzeugungselement (5) strahlt Schwingungen in ein das Gehäuse (1) umgebendes Ausbreitungsmedium, wie Luft, ab. Der Sensor (8) weist ein Anpassungselement (9) zur Anpassung der Impedanz des Schwingungserzeugungselements (5) an die Impedanz des Ausbreitungsmediums auf, wobei das Anpassungselement (9) ein Teil des Gehäuses (1) ist.

Description

Die Erfindung betrifft einen Sensor nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
Solche Sensoren werden als Füllstandssensor eingesetzt und dienen zur Erkennung des maximalen Füllstands, beispielsweise in einem Naß- und/oder Trockensauger.
Ein derartiger Sensor ist aus der DE 10 2005 056 895 A1 bekannt. Der Sensor besitzt ein Gehäuse, wobei im und/oder am Gehäuse ein Schwingungserzeugungselement für Ultraschallschwingungen angeordnet ist. Das Schwingungserzeugungselement strahlt Schwingungen in die das Gehäuse umgebende, als Ausbreitungsmedium dienende Luft ab. Zur Anpassung der Impedanz des Schwingungserzeugungselements an die Impedanz des Ausbreitungsmediums ist dem Schwingungserzeugungselement ein Anpassungselement aus Epoxydharz zugeordnet. Bei dem Anpassungselement handelt es sich um ein zusätzliches Einzelteil. Somit ist der Sensor komplex und aufwendig ausgestaltet.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, den Sensor einfacher auszugestalten.
Diese Aufgabe wird bei einem gattungsgemäßen Sensor durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.
Beim erfindungsgemäßen Sensor ist das Anpassungselement ein Teil des Gehäuses. Insbesondere ist damit ein Luftultraschallelement für einen Sensor mit vollständigem thermoplastischen Gehäuse geschaffen. Über das Luftultraschallelement in dem vollständig thermoplastischen Gehäuse wird eine Ultraschallwelle ausgesendet und deren definierte Reflexion von der gegenüberliegenden Behälterwand des Saugers ausgewertet. Bei Unterbrechung der Meßstrecke tritt eine Laufzeitänderung für Flüssigkeiten im Behälter und eine Dämpfung bei Feststoffen sowie Schäumen im Behälter auf. Diese Änderung des Signals kann dann zur Regelung der Saugerelektronik dienen. Weitere Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
Für eine vereinfachte Montage ist das Gehäuse in etwa topfförmig mit einem Boden ausgestaltet. Das Schwingungserzeugungselement ist im Inneren des Gehäuses am Boden befestigt. Dabei ist der Boden des Gehäuses als Anpassungselement ausgestaltet. Eine besonders gute Angleichung der Impedanzen für eine weitgehend verlustfreie Einkopplung der Schwingungen in das Ausbreitungsmedium ergibt sich dann, wenn die Dicke des Bodens in etwa ein Viertel der Wellenlänge der erzeugten Schwingung beträgt.
Zweckmäßigerweise besteht das Gehäuse einstückig aus thermoplastischem Kunststoff. Der einfachen und kostengünstigen Herstellbarkeit halber handelt es sich bei dem thermoplastischen Kunststoff um Polyacetal (POM).
Bei dem Schwingungserzeugungselement kann es sich um ein Piezoelement handeln. Am Boden des Gehäuses kann ein Metallteil, insbesondere ein Kupferteil, zur elektrischen Kontaktierung des Schwingungserzeugungselements angeordnet sein, womit eine aufwendige Verkabelung des Schwingungserzeugungselements entfällt. Die Fertigung des Sensors wird dann weiter vereinfacht, indem das Schwingungserzeugungselement mittels elektrisch leitfähigem Klebstoff auf dem Metallteil befestigt ist.
An der dem Boden gegenüberliegenden Seite des Gehäuse befindlichen Öffnung kann eine Leiterplatte zur Aufnahme von elektrischen und/oder elektronischen Komponenten angeordnet sein. Die Leiterplatte nimmt beispielsweise die Komponenten der Ansteuerungs- und/oder Auswerte-Elektronik für den Sensor auf. Es bietet sich dann an, daß die Leiterplatte die Öffnung des Gehäuses ver- und/oder abschließt. In einfacher Weise läßt sich mittels Kontaktfedern eine elektrische Verbindung zwischen der Leiterplatte und dem Schwingungserzeugungselement herstellen. Dabei kontaktiert die eine Kontaktfeder die dem Boden abgewandte Seite des Schwingungserzeugungselements direkt. Die andere Kontaktfeder kontaktiert einen das Schwingungserzeugungselement umgebenden Beschwerungsring aus Metall. Der Beschwerungsring ist der einfachen Montage halber mittels eines leitfähigen Klebstoffs auf dem Metallteil befestigt.
Die mit der Erfindung erzielten Vorteile bestehen insbesondere darin, daß ein Einzelteil eingespart wird, indem das Gehäuse selbst das Anpaßelement bzw. die Anpaßschicht bildet. Aufgrund der gleichen Materialien des Gehäuses und der Anpaßschicht für das Ultraschallelement kann ein einziges Kunststoffspritzteil angefertigt werden, was zu einer erhebliche Kostenreduzierung führt. Damit ist der Sensor in preissensitiven Bereichen, wie im Haushaltsgerätesektor, beispielsweise für Sauger, einsetzbar.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung mit verschiedenen Weiterbildungen und Ausgestaltungen ist in den Zeichnungen dargestellt und wird im folgenden näher beschrieben. Es zeigen
1 einen Schnitt durch einen Sensor und
2 ein schematisches Blockschaltbild für die Elektronik des Sensors.
In 1 ist ein Sensor 8 zu sehen, der als Füllstandssensor im Behälter eines Naß- und/oder Trockensaugers einsetzbar ist. Der Sensor 8 besitzt ein Gehäuse 1, das weitgehend einstückig aus thermoplastischem Kunststoff besteht. Beispielsweise kann Polyacetal (POM) als Kunststoff Verwendung finden. Im und/oder am Gehäuse 1 ist ein Schwingungserzeugungselement 5 angeordnet. Das Schwingungserzeugungselement 5 erzeugt Schwingungen, die in ein das Gehäuse 1 umgebendes Ausbreitungsmedium abgestrahlt werden. Vorliegend handelt es sich bei Schwingungserzeugungselement 5 um ein Piezoelement, das Ultraschallschwingungen erzeugt, die wiederum in die als Ausbreitungsmedium dienende Luft des Behälters des Saugers abgestrahlt werden. Ein Anpassungselement 9 dient zur Anpassung der Impedanz, d. h. der der Ausbreitung der Schwingungen entgegenwirkenden Widerstände, des Schwingungserzeugungselements 5 an die Impedanz des Ausbreitungsmediums, so daß eine weitgehend verlustfreie Einkopplung der Schwingungen vom Schwingungserzeugungselement 5 auf das Ausbreitungsmedium unter Vermeidung von Reflektionen am Grenzübergang erzielt wird. Das Anpassungselement 9 ist als ein Teil des Gehäuses 1 ausgestaltet.
Das Gehäuse 1 ist in etwa topfförmig mit einem Boden 9 ausgestaltet. Das Schwingungserzeugungselement 5 ist im Inneren 10 des Gehäuses 1 am Boden 9 befestigt. In diesem Fall ist der Boden 9 gleichzeitig als das Anpassungselement 9 ausgestaltet. Bevorzugterweise beträgt die Dicke des Bodens 9 in etwa ein Viertel der Wellenlänge der erzeugten Schwingung, um eine weitgehende Angleichung der Impedanzen zu erzielen.
Zur elektrischen Kontaktierung des Schwingungserzeugungselements 5 ist am Boden 9 des Gehäuses 1 ein Metallteil 2 angeordnet, das beispielsweise aus Kupfer besteht. Das Schwingungserzeugungselement 5 ist durch eine Verklebung 3 auf dem Metallteil 2 befestigt. Damit eine elektrische Verbindung ermöglicht ist, bietet sich für die Verklebung 3 ein elektrisch leitfähiger Klebstoff an.
Das topfförmige Gehäuse 1 weist an der dem Boden 9 gegenüberliegenden Seite eine Öffnung auf. An der Öffnung ist eine Leiterplatte 6 zur Aufnahme von elektrischen und/oder elektronischen Komponenten angeordnet, wobei die Leiterplatte 6 die Öffnung des Gehäuses 1 verschließt. Beispielsweise können sich auf der Leiterplatte 6 die elektrischen und/oder elektronischen Komponenten für eine in 2 gezeigte Steuereinheit 11 des Sensors 8 befinden. Wie weiter der 2 zu entnehmen ist, steuert die Steuereinheit 11 eine analoge Ansteuerungselektronik 12 für den Betrieb des Schwingungserzeugungselements 5. Das Schwingungserzeugungselement 5 kann in bekannter Weise gleichzeitig als Wandlerelement für das im Behälter reflektierte Signal dienen, wobei es sich dann anbieten kann, auch die analoge Auswerteeelektronik 13 für den Füllstand auf der Leiterplatte 6 anzuordnen.
Wie wiederum in 1 zu sehen ist, wird mittels Kontaktfedern 7 eine elektrische Verbindung zwischen der Leiterplatte 6 und dem Schwingungserzeugungselement 5 hergestellt. Die eine Kontaktfeder 7 kontaktiert direkt die dem Boden 9 abgewandte Seite des Schwingungserzeugungselements 5, an der sich ein elektrischer Anschluß befindet. Die andere Kontaktfeder 7 kontaktiert einen das Schwingungserzeugungselement 5 umgebenden Beschwerungsring 4. Der Beschwerungsring 4 ist wiederum mittels eines leitfähigen Klebstoffs 3 auf dem Metallteil 2 befestigt, womit eine elektrische Verbindung zu dem dem Boden zugewandten elektrischen Anschluß am Schwingungserzeugungselement 5 hergestellt ist.
Die Erfindung ist nicht auf das beschriebene und dargestellte Ausführungsbeispiel beschränkt. Sie umfaßt vielmehr auch alle fachmännischen Weiterbildungen im Rahmen der durch die Patentansprüche definierten Erfindung. So kann ein solcher Sensor 1 auch an sonstigen Hausgeräten, beispielsweise einer Wasch- oder Geschirrspülmaschine, Verwendung finden. Im übrigen kann ein solcher Sensor 1 nicht nur für Hausgeräte sondern auch in sonstigen Anwendungen, beispielsweise zur Pegelmessung in der Labor- sowie in der chemischen Verfahrenstechnik eingesetzt werden.

1: Gehäuse
2: Metallteil
3: Verklebung/(leitfähiger) Klebstoff
4: Beschwerungsring
5: Schwingungserzeugungselement
6: Leiterplatte
7: Kontaktfeder
8: Sensor
9: Anpassungselement/Boden (von Gehäuse)
10: Inneres (von Gehäuse)
11: Steuereinheit
12: Ansteuerungselektronik
13: Auswerteelektronik

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

- DE 102005056895 A1 [0003]

Claims

Sensor, insbesondere Füllstandssensor, mit einem Gehäuse (1), mit einem im und/oder am Gehäuse (1) angeordneten Schwingungserzeugungselement (5), insbesondere für Ultraschallschwingungen, wobei das Schwingungserzeugungselement (5) Schwingungen in ein das Gehäuse (1) umgebendes Ausbreitungsmedium, wie Luft, abstrahlt, und mit einem Anpassungselement (9) zur Anpassung der Impedanz des Schwingungserzeugungselements (5) an die Impedanz des Ausbreitungsmediums, dadurch gekennzeichnet, daß das Anpassungselement (9) ein Teil des Gehäuses (1) ist.
Sensor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse (1) in etwa topfförmig mit einem Boden (9) ausgestaltet ist, daß vorzugsweise das Schwingungserzeugungselement (5) im Inneren (10) des Gehäuses (1) am Boden (9) befestigt ist, und daß weiter vorzugsweise der Boden (9) des Gehäuses (1) als Anpassungselement (9) ausgestaltet ist, wobei insbesondere die Dicke des Bodens (9) in etwa ein Viertel der Wellenlänge der erzeugten Schwingung beträgt.
Sensor nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse (1) einstückig aus thermoplastischem Kunststoff besteht, und daß es sich vorzugsweise bei dem thermoplastischen Kunststoff um Polyacetal (POM) handelt.
Sensor nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß es sich bei dem Schwingungserzeugungselement (5) um ein Piezoelement handelt, daß vorzugsweise am Boden (9) des Gehäuses (1) ein Metallteil (2), insbesondere bestehend aus Kupfer, zur elektrischen Kontaktierung des Schwingungserzeugungselements (5) angeordnet ist, und daß weiter vorzugsweise das Schwingungserzeugungselement (5) mittels elektrisch leitfähigem Klebstoff (3) auf dem Metallteil (2) befestigt ist.
Sensor nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß an der dem Boden (9) gegenüberliegenden Seite des Gehäuses (1) befindlichen Öffnung eine Leiterplatte (6) zur Aufnahme von elektrischen und/oder elektronischen Komponenten angeordnet ist, wobei insbesondere die Leiterplatte (6) die Öffnung des Gehäuses (1) verschließt, daß vorzugsweise mittels Kontaktfedern (7) eine elektrische Verbindung zwischen der Leiterplatte (6) und dem Schwingungserzeugungselement (5) hergestellt ist, daß weiter vorzugsweise die eine Kontaktfeder (7) die dem Boden (9) abgewandte Seite des Schwingungserzeugungselements (5) direkt kontaktiert, daß noch weiter vorzugsweise die andere Kontaktfeder (7) einen das Schwingungserzeugungselement (5) umgebenden Beschwerungsring (4) kontaktiert, und daß nochmals weiter vorzugsweise der Beschwerungsring (4), insbesondere mittels eines leitfähigen Klebstoffs (3) auf dem Metallteil (2) befestigt ist.