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Die
Erfindung betrifft eine Meßvorrichtung
für ein
zu messendes Medium nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
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Bei
der Meßvorrichtung
kann es sich um einen Sensor, wie einen Drucksensor, einen Wegsensor
o. dgl., handeln. Solche Meßvorrichtungen
dienen vor allem zur direkten Messung von Betriebsparametern in
einem Fluid, beispielsweise in wasserführenden Teilen von Hausgeräten.
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Es
sind Meßvorrichtungen
mit einem Gehäuse
und mit einer im und/oder am Gehäuse
angeordneten, mit dem Medium in Kontakt bringbaren Membran bekannt.
Ein Signalgeber steht mit der Membran in Wirkverbindung. Mit dem
Signalgeber wirkt ein Signalaufnehmer zur Erzeugung eines Meßsignals
für das
Medium zusammen. Es hat sich herausgestellt, daß die Gefahr der mechanischen
Beschädigung
der Membran durch im Fluid befindliche Partikel besteht. Besonders
empfindlich ist die Membran eines Drucksensors für die Messung von geringen
Drücken
in verschmutzten Fluiden. Desweiteren ist die Membran einer Alterung
durch Ablagerungen der im Fluid befindlichen Partikel ausgesetzt.
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Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Meßvorrichtung derart auszugestalten,
daß die Membran
vor solchen Beschädigungen
und/oder Alterungen weitgehend geschützt ist.
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Diese
Aufgabe wird bei einer gattungsgemäßen Meßvorrichtung durch die kennzeichnenden Merkmale
des Anspruchs 1 gelöst.
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Bei
der erfindungsgemäßen Meßvorrichtung ist
die Membran wenigstens teilweise von einer Abdeckung, insbesondere
in der Art einer Abdeckkappe, umgeben. Die Abdeckung ist mit wenigstens
einer Öffnung,
bevorzugterweise jedoch mit mehreren Öffnungen in der Art von Löchern, Durchbrüchen o. dgl.,
versehen, so daß das
umgebende Medium über die
in der Abdeckung angebrachte Öffnung
mit der Membran direkt in Kontakt steht. Die siebartige Ausgestaltung
der Abdeckung gestattet daher eine Weiterleitung des Fluiddrucks
zur Membran, wobei jedoch störende
Partikel in dem Medium zurückgehalten
werden.
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Mit
anderen Worten läßt sich
auch feststellen, daß über der
empfindlichen Membrane eine stabile Kappe angebracht ist, die die
Membrane seitlich überragt
und unterhalb des Randes Öffnungen
zum Weiterleiten des Fluiddruckes zur Membran hat. Dadurch ist vorteilhafterweise
ein wirksamer Schutz gegen mechanische Beschädigungen und Alterungen durch
Verschmutzungen, Ablagerungen o. dgl. aus dem Fluid gegeben.
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Die
Erfindung stellt somit vorteilhafterweise eine beschädigungs-
und/oder ablagerungsgeschützte
Meßvorrichtung
bereit, womit deren Funktionssicherheit sowie Lebensdauer gesteigert
ist. Weitere Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
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In
einer einfachen und kostengünstigen
Ausgestaltung ist der Signalgeber in der Art eines Stößels an
der Membran angeordnet sowie ein Permanentmagnet am Stößel befestigt.
Zweckmäßigerweise
wirkt eine Feder, beispielsweise eine Blattfeder, auf den Stößel zur
Rückstellung
des Stößels und/oder
der Membran ein. Der Signalaufnehmer kann aus einem mit dem Permanentmagnet
zusammenwirkenden Hallsensor bestehen.
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Das
Gehäuse
der Meßvorrichtung
kann der einfachen Montierbarkeit halber in etwa zylinderförmig ausgestaltet
sein, wobei wenigstens ein Absatz an der Mantelfläche des
Zylinders angeordnet sein kann. Die Membran ist zweckmäßigerweise
am Gehäuse
an der Deckelfläche
des Zylinders, und zwar an dem einen Ansatz aufgesteckt, angeordnet.
Zum Schutz vor Eindringen des Fluids in das Gehäuseinnere besitzt das Gehäuse an der
der Membran zugewandten Deckelfläche
des Zylinders eine geschlossene Wandung. Zweckmäßigerweise besitzt die Wandung
des Gehäuses
eine der Membran abgewandte Ausbauchung, wobei der Stößel in die
Ausbauchung hineinragt, so daß das
Gehäuseinnere auch
im Bereich des Signalgebers vor dem Eindringen des Fluids geschützt ist.
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Zweckmäßigerweise
dient eine Leiterplatte zur Aufnahme von elektrischen Bauteilen,
wobei die spannungsführende
Leiterplatte geschützt
im Inneren des Gehäuses
befindlich ist. Der Signalaufnehmer ist ebenfalls auf der Leiterplatte
angeordnet, und zwar derart daß der
Signalaufnehmer der Ausbauchung zugewandt ist. Der Effektivität für die Erzeugung
des Meßsignals
halber ist der Signalgeber an der dem Signalaufnehmer zugewandten
Seite des Stößels angeordnet.
Desweiteren bietet es sich an, daß ein aus dem Gehäuse herausragender
Anschlußstecker
für Zuleitungen
an der Leiterplatte ansteckbar ist.
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Eine
einfache Montage der Meßvorrichtung ist
dadurch geben, daß das
Gehäuse
in einem Durchlaß an
einem das Fluid als Medium aufnehmenden Behälter eingebaut ist. Der Einbau
erfolgt dabei derart, daß der
die Abdeckung und/oder die Membran aufweisende Teil des Gehäuses in
den Behälter
hineinragt. Die Membran ist vorteilhafterweise im Behälter vollständig von
der Abdeckung umgeben, derart daß das Medium lediglich über die Öffnung Zutritt
zur Membran hat. Um eine sichere Abdichtung am Einbauort der Meßvorrichtung
im Hausgerät
zu gewährleisten,
ist eine Dichtung für
den Durchlaß an
dem anderen Ansatz des Gehäuses
angeordnet.
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Zur
einfachen Befestigung kann die Abdeckkappe verrastend am Gehäuse befestigt
sein. Dabei kann die Abdeckkappe die Membran seitlich überragen. Öffnungen
für die
Weiterleitungen des Fluiddrucks zur Membran sind unterhalb des Randes
in der Abdeckkappe angeordnet, so daß die Oberfläche der
Membran weitgehend abgedeckt und folglich geschützt ist.
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In
einer weiteren Ausgestaltung überragt
der Rand der Abdeckkappe die Seitenwände, in denen die Öffnungen
befindlich sind, was den Schutz vor Eindringen von Fremdkörpern weiter
verbessert. In noch einer weiteren Ausgestaltung ist die Meßvorrichtung
in einer vertieften Mulde des Behälters montiert, derart daß die Öffnungen
in der Abdeckkappe unterhalb des Behälterbodens in der Mulde befindlich sind,
womit der Zutritt von Fremdkörpern
weiter erschwert ist. In nochmals einer weiteren Ausgestaltung sind
im Behälter
Fremdkörper
abhaltende Abschirmrippen angebracht, die so weit zum Rand der Abdeckkappe
hochgezogen sind, daß Gegenstände nicht
seitlich durch die Öffnungen
in der Abdeckkappe zur Membran dringen können. Die Abschirmrippen können radial
um die Kappe Schlitze und/oder Unterbrechungen aufweisen, derart
daß die
Abschirmrippen nicht durchgängig
geschlossen sind. In abermals weiterer Ausgestaltung sind Fremdkörper abhaltende
Abschirmwände
am Gehäuse
der Meßvorrichtung,
und zwar bevorzugterweise an der geschlossenen Wandung der Deckelfläche des
Zylinders, angebracht, die so weit zum Rand der Abdeckkappe hochgezogen
sind, daß Gegenstände nicht seitlich
durch die Öffnungen
in der Abdeckkappe zur Membran dringen können. In abermaliger weiterer Ausgestaltung
ist die Abdeckkappe auf das Gehäuse aufsteckbar,
wobei die aufgesteckte Abdeckkappe gleichzeitig zur Fixierung der
Membran und/oder zur Abdichtung des Raumes unterhalb der Membran dient.
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Diese
weiteren Ausgestaltungen zeichnen sich auch durch nachfolgende Merkmale
aus. In Erweiterung der erfindungsgemäßen Lösung überragt der Kappenrand die
Seitenwände,
in denen die Öffnungen
zum Weiterleiten des Fluiddruckes sitzen. In Erweiterung der erfindungsgemäßen Lösung wird der
Sensor in einer vertieften Mulde des Fluidbehälters montiert, so daß die Öffnungen
zum Weiterleiten des Fluiddruckes unterhalb des Behälterbodens
liegen. In Erweiterung der erfindungsgemäßen Lösung werden im Fluidbehälter Abschirmrippen
angebracht, die so weit zum Kappenrand hochgezogen sind, daß Gegenstände nicht
seitlich durch die Öffnungen
in der Kappe zur Membran dringen können. In Erweiterung der erfindungsgemäßen Lösung werden
diese Abschirmwände
im Gehäuse
des Sensors angebracht. In Erweiterung der erfindungsgemäßen Lösung sind
die Abschirmrippen nicht durchgängig
geschlossen, sondern haben radial um die Kappe Schlitze oder Unterbrechungen.
In einer anderen Erweiterung der erfindungsgemäßen Lösung ist die Kappe auf dem
Drucksensor aufsteckbar. In einer abermaligen Erweiterung der erfindungsgemäßen Lösung dient
die aufgesteckte Kappe gleichzeitig zur Fixierung der Membrane und
der Abdichtung des Raumes unterhalb der Membrane.
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Empfindliche
Drucksensoren für
Fluide werden beispielsweise zur direkten Flüssigkeitspegelmessung, z. B.
in Haushalt-Waschgeräten,
wie Waschmaschinen und Geschirrspülern, eingesetzt. Dabei wirkt
die Flüssigkeit
auf eine flexible Membran, deren Bewegung im Sensor in ein elektrisches
Ausgangssignal gewandelt wird. Wegen den sehr geringen Meßdrücken, den
beengten Platzverhältnissen und
den Kosten muß die
Membran relativ klein und dabei sehr weich sein. Solche Membranen
sind mechanisch sehr gegen Fremdkörper empfindlich, wie sie beispielsweise
in Waschmaschinen öfter
zwischen Trommel und Laugenbehälter
gelangen können.
Ein Loch in der Membran läßt Flüssigkeit
ins Geräteinnere
und zu den elektrischen Teilen gelangen, was unbedingt verhindert
werden muß.
Wegen der Einbaulage im tiefsten Punkt der Flüssigkeitsbehälter und
den starken Verschmutzungen der Waschflüssigkeiten setzen sich ungeschützte Membranen schnell
zu und die Meßgenauigkeit
des Drucksensors gerät
außerhalb
der Toleranzen. Die mit der Erfindung erzielten Vorteile bestehen
insbesondere darin, daß vorstehende
Nachteile beseitigt werden.
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Die
an der Membran der Meßvorrichtung
angebrachte Kappe schützt
die Meßmembran
gegen Fremdkörper
und Niederschläge.
Der Fluiddruck kann dabei durch die seitlichen Durchbrüche der Kappe
ungehindert zur Membran gelangen. Gegen starre Fremdkörper, die
seitlich durch die Kappenöffnungen
zur Membran gelangen könnten,
helfen die Abschirmrippen, die vom Gehäuse des Drucksensors oder an
dem den Drucksensor aufnehmenden Teil des Flüssigkeitsbehälters so
weit hochgezogen sind, daß die
Fremdkörper
nicht eindringen können. Um
Ablagerungen nicht anzustauen und sie wieder abfließen zu lassen,
sind die Abschirmwände
mit Schlitzen versehen.
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Die
Erfindung stellt somit einen beschädigungs- und ablagerungsgeschützten Sensor
bereit. Es handelt sich vorteilhafterweise um eine Low-Cost-Lösung für Sensoren
zur Pegelmessung in schmutz- und/oder fremdkörperbelasteten Flüssigkeiten,
beispielsweise in Waschmaschinen und Geschirrspülern, womit die Erfindung besonders
zur Anwendung bei kostensensitiven Haushaltsgeräten geeignet ist.
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Ausführungsbeispiele
der Erfindung mit verschiedenen Weiterbildungen und Ausgestaltungen sind
in den Zeichnungen dargestellt und werden im folgenden näher beschrieben.
Es zeigen
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1 einen
Querschnitt durch einen Drucksensor für ein Hausgerät,
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2 einen
Querschnitt durch einen Drucksensor gemäß einer weiteren Ausführung,
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3 einen
Querschnitt durch einen Drucksensor gemäß einer noch weiteren Ausführung,
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4 eine
Draufsicht auf den Drucksensor aus 3 in Richtung
IV,
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5 einen
Querschnitt entlang der Linie 5–5
in 6 durch einen Drucksensor gemäß einer abermals weiteren Ausführung und
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6 einen
Schnitt entlang der Linie 6–6
in 5.
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In 1 ist
eine Meßvorrichtung 1 für ein zu messendes
Medium zu sehen. Bei der Meßvorrichtung 1 handelt
es sich um einen Drucksensor für
die im als Behälter 2 ausgestalteten
Waschbottich einer Waschmaschine befindliche, lediglich schematisch angedeutete
Waschflüssigkeit
als Fluid 3, wobei die Waschflüssigkeit 3 das zu
messende Medium darstellt. Die Meßvorrichtung 1 ist
mittels einer Dichtung 5 abgedichtet in einem Durchlaß 4 des
Waschbottiches 2 derart eingesetzt, daß die Meßvorrichtung 1 in die
im Waschbottich 2 befindliche Waschflüssigkeit 3 hineinragt.
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Die
Meßvorrichtung 1 besitzt
ein Gehäuse 6, wobei
im und/oder am Gehäuse 6 eine
mit der Waschflüssigkeit 3 in
Kontakt stehende Membran 7 angeordnet ist. Mit der Membran 7 steht
ein Signalgeber 8, bei dem es sich um einen Permanentmagneten
handeln kann, in Wirkverbindung. Im Gehäuse 6 befindet sich
ein mit dem Signalgeber 8 in Zusammenwirkung stehender
Signalaufnehmer 9, bei dem es sich beispielsweise um einen
Hallsensor handelt. Der Signalaufnehmer 9 erzeugt ein zur
Stellung des Signalgebers 8, die entsprechend der Auslenkung der
Membran 7 aufgrund des in der Waschflüssigkeit 3 herrschenden
Drucks eingenommen wird, korrespondierendes Meßsignal, aus dem wiederum der
in der Waschflüssigkeit 3 herrschende
Druck ermittelbar ist.
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In
der Waschflüssigkeit 3 befinden
sich Fremdkörper 10,
Ablagerungen, Gegenstände
o. dgl., die vom Waschvorgang herrühren. Um die empfindliche Membran 7 vor
dadurch hervorgerufenen Beschädigungen
zu schützen,
ist die Membran 7 wenigstens teilweise von einer Abdeckung 11,
die in der Art einer Abdeckkappe ausgebildet sein kann, umgeben.
Damit ragt der Teil des Gehäuses 6,
der die Abdeckung 11 und/oder die Membran 7 aufweist,
mitsamt der Abdeckung 11 und/oder der Membran 7 in die
Waschflüssigkeit 3 im
Waschbottich 2 hinein, wobei die empfindliche Membran 7 von
der Abdeckung 11 geschützt
ist. Die Abdeckung 11 ist jedoch mit wenigstens einer Öffnung 12 zur
Weiterleitung des Fluiddrucks versehen. Bevorzugterweise ist die
Abdeckung 11 allerdings mit mehreren Öffnungen 12 in der
Art von Löchern,
Durchbrüchen
o. dgl., versehen, wie in 1 gezeigt
ist. Aufgrund dieser siebartigen Ausgestaltung steht die Waschflüssigkeit 3 als
das umgebende Medium über
die in der Abdeckung 11 angebrachte Öffnung 12 mit der
Membran 7 direkt in Kontakt, während jedoch der schädliche Zutritt
von Fremdkörpern 10 zur
Membran 7 wirksam verhindert ist.
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Das
Gehäuse 6 ist
in etwa zylinderförmig ausgestaltet,
wobei die Mantelfläche
des Zylinders zwei Absätze 26, 27 aufweist.
Die Membran 7 ist am Gehäuse 6 an der Deckelfläche des
Zylinders am Ansatz 27 aufgesteckt angeordnet. Das Gehäuse 6 besitzt
an der der Membran 7 zugewandten Deckelfläche des
Zylinders eine geschlossene Wandung 28, womit das Innere
des Gehäuses 6 weitgehend
abgedichtet ist. Die Dichtung 5 ist am Ansatz 26 des
Gehäuses 6 angeordnet.
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Der
aus einem Permanentmagneten bestehende Signalgeber 8 ist
mittels eines Art von Stößels 13 an
der Membran 7 befestigt, indem die Membran 7 am
Stößel 13 angesteckt
ist. Falls gewünscht,
kann der Stößel 13 auch
einstückig
mit der Membran 7 ausgebildet sein, was jedoch nicht weiter
gezeigt ist. Auf den Stößel 13 wirkt
eine am Gehäuse 6 befestigte,
als Blattfeder 17 ausgebildete Feder zur Rückstellung
des Stößels 13 mitsamt
der Membran 7 ein. Die Wandung 28 des Gehäuses 6 besitzt
eine der Membran 7 abgewandte Ausbauchung 14.
Der Stößel 13 mitsamt
dem Signalgeber 8 reicht dabei in die Ausbauchung 14 am
Gehäuse 6 hinein.
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Der
Signalaufnehmer 9 ist in der Nähe der Ausbauchung 14 auf
einer Leiterplatte 15 angeordnet, und zwar so daß der Signalgeber 8 dem
Signalaufnehmer 9 zugewandt ist. Die Spannungszuführung zum
Signalaufnehmer 9 erfolgt in bekannter Weise durch Leiterbahnen
auf der Leiterplatte 15. Mit der Leiterplatte 15 steht
ein aus dem Gehäuse 6 herausragender
Steckanschluß 16 für die elektrischen Zuleitungen
zur Meßvorrichtung 1 in
Verbindung, und zwar indem der Anschlußstecker 16 an der
Leiterplatte 15 ansteckbar ist.
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Die
Abdeckkappe 11 ist mittels eines in 5 sichtbaren
Rasthakens 18 verrastend am Gehäuse 6 befestigt und überragt
die Membran 7 seitlich, womit die Membran 7 vollumfänglich geschützt ist.
Die Öffnungen 12 sind
unterhalb des Randes in der Abdeckkappe 11 angeordnet,
so daß die
Frontfläche
der Membran 7 vollständig
von der Abdeckkappe 11 abgedeckt ist. Dadurch ist die Membran 7 im
Behälter 2 vollständig von
der Abdeckung 11 umgeben, wobei die Waschflüssigkeit 3 lediglich über die Öffnungen 12 Zutritt
zur Membran 7 hat.
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In
einer weiteren Ausführung,
die in 2 zu sehen ist, überragt der Rand 19 der
Abdeckkappe 11 die Seitenwände 20, in denen die Öffnungen 12 befindlich
sind. Dadurch wird eine Verstärkung
der Schutzwirkung durch die Abdeckkappe 11 bewirkt. Der
Sensor 1 ist in einer vertieften Mulde 21 des
Behälters 2 montiert,
derart daß die Öffnungen 12 in
der Abdeckkappe 11 unterhalb des Behälterbodens 22 in der
Mulde 21 liegen.
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Wie
näher aus 3 hervorgeht,
können
im Behälter 2 Abschirmrippen 23 angebracht
sein. Die Abschirmrippen 23 sind so weit zum Rand 19 der
Abdeckkappe 11 hochgezogen, daß in der Waschflüssigkeit 3 befindliche
Gegenstände
nicht seitlich durch die Öffnungen 12 in
der Abdeckkappe 11 zur Membran 7 dringen können. Die
Abschirmrippen 23 sind nicht durchgängig geschlossen, sondern weisen
radial um die Abdeckkappe 11 Schlitze 24 und/oder
Unterbrechungen auf, wie der 4 zu entnehmen
ist, damit eventuelle Ablagerungen nicht angestaut werden.
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Gemäß 5 und 6 sind
Abschirmwände 25 am
und/oder im Gehäuse 6 des
Sensors 1, und zwar an der Wandung 28 angebracht.
Die Abschirmwände 25 sind
so weit zum Rand 19 der Abdeckkappe 11 hochgezogen,
daß Gegenstände nicht
seitlich durch die Öffnungen 12 in
der Abdeckkappe 11 zur Membran 7 dringen können. Die
Abdeckkappe 11 ist am Ansatz 27 auf das Gehäuse 6 aufsteckbar.
Die aufgesteckte Abdeckkappe 11 dient gleichzeitig zur Fixierung
der Membran 7 und/oder zur Abdichtung des Raumes unterhalb
der Membran 7, wie man anhand der 5 erkennt.
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Die
Erfindung ist nicht auf die beschriebenen und dargestellten Ausführungsbeispiele
beschränkt. Sie
umfaßt
vielmehr auch alle fachmännischen
Weiterbildungen im Rahmen der durch die Patentansprüche definierten
Erfindung. So kann ein solcher Drucksensor 1 auch an sonstigen
Hausgeräten,
beispielsweise einer Geschirrspülmaschine,
Verwendung finden. Im übrigen
kann ein solcher Drucksensor 1 nicht nur für Hausgeräte sondern
auch in sonstigen Anwendungen, beispielsweise zur Pegelmessung in
der chemischen Verfahrenstechnik eingesetzt werden.
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- 1
- Meßvorrichtung/Drucksensor/Sensor
- 2
- Waschbottich/Behälter
- 3
- Waschflüssigkeit/Fluid
- 4
- Durchlaß (im Waschbottich)
- 5
- Dichtung
- 6
- Gehäuse
- 7
- Membran
- 8
- Signalgeber
- 9
- Signalaufnehmer
- 10
- Fremdkörper
- 11
- Abdeckung/Abdeckkappe
- 12
- Öffnung (in
Abdeckung)
- 13
- Stößel
- 14
- Ausbauchung
- 15
- Leiterplatte
- 16
- Steckanschluß/Anschlußstecker
- 17
- Blattfeder
- 18
- Rasthaken
- 19
- Rand
(an Abdeckkappe)
- 20
- Seitenwand
(von Abdeckkappe)
- 21
- Mulde
- 22
- Behälterboden
- 23
- Abschirmrippe
- 24
- Schlitz
(in Abschirmrippe)
- 25
- Abschirmwand
- 26,
27
- Absatz
(am Gehäuse)
- 28
- (geschlossene)
Wandung (von Gehäuse)