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Die
vorliegende Erfindung betrifft ein Sensorgehäuse, das wenigstens
einem Rohrabschnitt aufweist, sowie ein Sensorgerät, das
ein derartiges Gehäuse aufweist.
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Ein
solcher Rohrabschnitt kann herkömmlicherweise, zum Beispiel
bei einem Sensorgehäuse das aus
US-D 442 563 S oder
US-D 470 462 S bekannten
Typs, zur Montage des Sensorgehäuses in einer Trägerplatte
dienen, indem der ein Gewinde tragende Rohrabschnitt in ein Fenster
der Trägerplatte eingeschoben und mit Hilfe einer aufgeschraubten Mutter
befestigt wird, und/oder als Durchlassöffnung für
ein Messsignal, das von einem im Sensorgehäuse untergebrachten
Sensorelement erfasst werden soll.
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Um
ein günstiges Verhältnis zwischen Empfindlichkeit
des Sensorelements und Platzbedarf des Sensorgehäuses zu
erreichen, ist es an sich wünschenswert, die Wandstärke
des Rohrabschnitts zu minimieren. Mit aus Kunststoff spritzgeformten
Gehäusen ist dieses Ziel nicht optimal erreichbar, da eine
recht hohe Wandstärke erforderlich ist, um dem Gehäuse
die zu seiner Befestigung erforderliche mechanische Festigkeit zu
verleihen. Durch Tiefziehen von Metall ist es zwar an sich möglich,
einen dünnwandigen, festen Rohrabschnitt herzustellen,
nicht aber, diesen auch noch mit einem Gewinde zu versehen. Metallgusstechniken
erlauben zwar die Abformung eines Gewindes, ergeben jedoch üblicherweise
Oberflächen, die nachträglich geglättet
werden müssen, wenn eine Dichtung an ihnen dicht anliegen soll.
Insbesondere wenn eine solche Dichtung zwischen der Innenfläche
des Rohrabschnitts und einem darin eingefügten Einsatzteil
wirksam sein soll, muss die Innenfläche des Rohrs nachträglich
poliert werden, oder eine Nut, die die Dichtung aufnimmt, muss spanabhebend
an der Rohrinnenfläche gebildet werden, so dass derartige
Gehäuse kaum wirtschaftlich sind.
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Um
ein Sensorgehäuse der oben beschriebenen Art verdrehsicher
in einer Trägerplatte zu verankern, muss der Rohrabschnitt
einen unrunden Außenquerschnitt haben. Eine Abweichung
des freien Innenquerschnitts von der runden Form beeinträchtigt
aber dessen Nutzungsmöglichkeiten. Es tritt daher das Problem
auf, dass es zwar einerseits wünschenswert ist, die Abweichung
des Außenquerschnitts von der runden Form möglichst
klein zu halten, dass aber die Belastung, der die unrunde Außenform
durch ein externes Drehmoment lokal ausgesetzt ist, um so größer
ist, je kleiner die Abweichung von der Rundform ist. Die kleine
Abweichung erfordert daher, um eine wirksame Verdrehsicherung zu bieten,
ein hohes Maß an Festigkeit und damit eine hohe Wandstärke
des Rohrabschnitts, was wiederum auf Kosten des nutzbaren Innenquerschnitts
geht.
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Aufgabe
der vorliegenden Erfindung ist, diese Probleme des Standes der Technik
zu beheben.
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Zu
dem Zweck wird vorgeschlagen, den Rohrabschnitt aus metallischem
Glas zu formen.
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In
den letzten Jahren sind metallische Gläser, auch als amorphe
Legierungen bezeichnet, bekannt geworden, die aufgrund ihrer nichtkristallinen Struktur
eine deutlich höhere Härte aufweisen als kristalline
Legierungen von ähnlicher Zusammensetzung. Um einen Festkörper
aus metallischem Glas zu erhalten, muss eine Schmelze so schnell
abgekühlt werden, dass sie erstarrt, bevor sich Kristalle
bilden können. Diese Voraussetzung ist durch Verarbeitung der
Voraussetzung ist beim Gießen erfüllbar, sofern die
Dicke des Gussteils nicht zu hoch ist. Die metallischen Gläser
erfüllen daher in idealer Weise die die Forderung nach
hoher Härte bei geringer Wandstärke. Während
beim Gießen herkömmlicher Metalle sich beim Auskühlen
in der Form Kristalle bilden, die zu einer rauen Oberflächenstruktur
des Gussteils führen, auch wenn die Innenflächen
der Form poliert sind, ist dies bei metallischen Gläsern
nicht der Fall. Daher können, eine geeignete Oberflächenqualität der
Form vorausgesetzt, beim Abformen metallischer Gläser sehr
glatte Oberflächen erhalten werden, die ohne Nachbearbeitung
geeignet sind, um in Kontakt mit einem elastischen Dichtring zu
dichten.
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Um
eine zuverlässige Dichtwirkung zu erzielen, sollte der
Rohrabschnitt wenigstens lokal, vorzugsweise im Inneren, eine Oberflächenrauigkeit
von weniger als Rz = 6,3 μm, vorzugsweise von 4,0 μm oder
darunter, aufweisen.
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Dies
und darüber hinaus eine hohe Korrosionsbeständigkeit
ist mit metallischen Glaslegierungen auf Grundlage von Zirkonium
und Titan erreichbar. Bevorzugt sind Anteile an Zirkonium von 30
bis 57 Atom-% und an Titan von 13 bis 40 Atom-%. Als weitere Legierungsbestandteile
können Kupfer, Nickel, Niob, und/oder Beryllium enthalten
sein. Besonders geeignet sind Legierungen mit 40 bis 42 Atom-% Zirkonium,
13 bis 15 Atom-% Titan, 11 bis 14 Atom-% Kupfer, 9 bis 11 Atom-%
Nickel und 20 bis 25 Atom-% Beryllium, oder mit 55 bis 58 Atom-%
Zirkonium, 13 bis 15 Atom-% Titan, 6 bis 8 Atom-% Kupfer, 4 bis
7 Atom-% Nickel, 4 bis 6 Atom-% Niob und 10 bis 15 Atom-% Beryllium.
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Formteile
aus solchen Legierungen können eine Härte von
380°Vickers oder sogar 450°Vickers und mehr erreichen.
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Bei
den meisten Anwendungen ist der erste Rohrabschnitt zylindrisch.
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Der
zylindrische Rohrabschnitt kann an seinem Umfang mit wenigstens
einer Facette versehen sein, um bei Montage in einem Fenster einer
Trägerplatte oder dergleichen eine Verdrehsicherung zu
bilden.
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Die
hohe Härte des metallischen Glases ermöglicht
eine wirksame Verdrehsicherung auch bei geringer Breite der Facette.
So kann die Breite der Facette auf unter 40% des Durchmessers des
Rohrabschnitts beschränkt bleiben, im Vergleich zu einem Verhältnis
von typischerweise ca. 50% bei einem Kunststoffgehäuse.
Die Facette muss daher nicht tief in den Rohrquerschnitt hineinreichen,
und der maximal erreichbare Innenquerschnitt ist durch die Facette
nur wenig eingeschränkt.
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Für
die Montage in einem Fenster kann der Rohrabschnitt zweckmäßigerweise
mit einem Außengewinde versehen sein. Auch in diesem Fall
kann eine Facette, die das Außengewinde an wenigstens einer
Stelle des Rohrabschnitts unterbricht, als Verdrehsicherung dienen.
Eine mögliche weitere Funktion der Facette ergibt sich
aus der Tatsache, dass ein solches Außengewinde zweckmäßigerweise
jeweils mit Hilfe von wenigstens zwei Formwerkzeugen abgeformt wird,
die sich jeweils über maximal die Hälfte des Umfangs
des Rohrabschnitts erstrecken. Indem die Stoßfläche
zwischen diesen Formwerkzeugen jeweils auf die Facette oder zumindest
angrenzend an diese platziert wird, kann erreicht werden, dass ein an
der Stoßfläche der Formwerkzeuge entstehender Formgrat
die Qualität des Gewindes nicht oder allenfalls wenig beeinträchtigt.
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Um
eine Beeinträchtigung des Gewindes durch den Formgrat völlig
zu vermeiden, ist es wünschenswert, dass die Facette einen
Kern des Außengewindes schneidet.
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Da
die Formgrate normalerweise paarweise entstehen, ist das Außengewinde
zweckmäßigerweise an wenigstens zwei einander
diametral gegenüberliegenden Stellen durch ausgesparte
Facetten unterbrochen.
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Das
metallische Glas ist auch zur Fertigung von Sensorgehäusen
geeignet, bei denen der Rohrabschnitt einen rechteckigen Querschnitt
hat.
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Der
Rohrabschnitt hat vorzugsweise auf seinem gesamten Umfang, bei Vorhandensein
eines Außengewindes aber wenigstens lokal, gegebenenfalls
zumindest im Bereich der Facetten, eine Wandstärke von
unter 0,7 mm und besser noch unter 0,6 mm.
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Ein
in dem Rohrabschnitt aufgenommenes Einsatzteil kann an einer Innenfläche
des Rohrabschnitts durch einen Dichtring abgedichtet sein. Dabei
ist die von dem Dichtring berührte Innenfläche des
Rohrabschnitts vorzugsweise in dessen Längsrichtung eben
und insbesondere hinterschneidungsfrei. So ist es möglich,
die Innenfläche einschließlich der von dem Dichtring
berührten Fläche mit Hilfe eines Formwerkzeugs
zu formen, welches nach Verfestigung des metallischen Glases lediglich
in Längsrichtung aus dem Rohrabschnitt herausgezogen werden
muss.
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Ein
in dem Rohrabschnitt aufgenommenes Einsatzteil umfasst zweckmäßigerweise
ein für eine Wechselwirkung eines in dem Gehäuse
untergebrachten Sensorelements transparentes Fenster. Dieses Fenster
kann im Falle eines induktiven oder kapazitiven Sensors aus einem
beliebigen Dielektrikum, im Falle eines optischen oder eines Mikrowellensensors
vorzugsweise aus einem Glas oder Kunststoff, und im Falle eines
Magnetsensors zusätzlich zu den oben genannten Möglichkeiten
auch aus einem nicht magnetischen Metall bestehen.
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Es
kann aber auch das Einsatzteil selbst ein Kondensatormodul eines
kapazitiven Sensors oder ein Spulenmodul eines induktiven Sensors
sein; ferner kann es sich auch um einen Messstab eines Füllstandssensors
handeln.
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Der
besagte Rohrabschnitt oder ein zweiter an demselben Sensorgehäuse
vorgesehener Rohrabschnitt kann auch dazu dienen, als Einsatzteil
eine Durchführung für ein Ausgangssignal, ein
Steuersignal oder für Betriebsenergie eines in dem Gehäuse untergebrachten
Sensorelements aufzunehmen.
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Der
Rohrabschnitt kann an wenigstens einem Ende einstückig
mit einer Stirnwand verbunden sein. Dabei kann sich die Stirnwand
von einer Umfangswand des Rohrabschnitts radial nach innen erstrecken,
um dessen Innenraum abzuschließen; in diesem Fall kann
der Innenraum des Sensorgehäuses im Wesentlichen durch
das Innere des Rohrabschnitts gegeben sein. Sie kann sich aber auch
radial nach außen erstrecken, zum Beispiel um eine Montageschulter
für das Sensorgehäuse zu bilden, oder um einen Übergang
zu einem zweiten Gehäuseabschnitt zu schaffen.
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Insbesondere
kann es sich bei dem Rohrabschnitt lediglich um einen Fortsatz an
einem hohlen Grundkörper des Gehäuses handeln.
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Um
die Herstellung des Rohrabschnitts und des Grundkörpers
in einem Abformverfahren zu vereinfachen, kann der Grundkörper
in einer ersten zur Längsrichtung des Rohrabschnitts orthogonalen Raumrichtung
eine größere Ausdehnung aufweisen als in einer
zweiten Raumrichtung, die zu der Längsrichtung und der
ersten Raumrichtung orthogonal ist, und an dem Rohrabschnitt gebildete
Facetten erstrecken sich vorzugsweise in der zweiten Raumrichtung,
um eine Abformung des Rohrabschnitts und des Grundkörpers
mit Hilfe von in der zweiten Raumrichtung beweglichen Formen zu
vereinfachen.
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Wenn
von dem Grundkörper ein zweiter mit einem Außengewinde
versehener Rohrabschnitt ausgeht, erstrecken sich Facetten der zwei
Rohrabschnitte zweckmäßigerweise in einer Raumrichtung, die
zu den Längsachsen beider Rohrabschnitte orthogonal ist.
Auch dies dient einer Vereinfachung des Abformens der Rohrabschnitte
mit Hilfe von in der zu den Längsachsen orthogonalen Raumrichtung
beweglichen Formen.
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Weitere
Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden
Beschreibung von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme
auf die beigefügten Figuren. Es zeigen:
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1, 2 und 3 jeweils
perspektivische Ansichten eines erfindungsgemäßen
Sensorgehäuses;
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4 einen
auseinander gezogenen Schnitt durch das Sensorgehäuse,
eine zum Einbau in dem Sensorgehäuse vorgesehene Sensorbaugruppe,
einen Deckel und eine Steckverbinderbuchse in auseinander gezogener
Darstellung;
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5 eine
Draufsicht auf das Sensorgehäuse und zwei zu seiner Herstellung
verwendete Formelemente;
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6 eine
Draufsicht auf ein Sensorgehäuse gemäß einer
abgewandelten Ausgestaltung;
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7 einen
zu 4 analogen Schnitt durch ein an einer Trägerplatte
montiertes Sensorgehäuse gemäß einer
Variante der Erfindung;
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6 einen
induktiven Näherungssensor in perspektivischer, aufgeschnittener
Ansicht gemäß der Erfindung;
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9 einen
schematischen Schnitt durch einen Füllstandssensor mit
einem Gehäuse gemäß der vorliegenden
Erfindung; und
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10 einen
optischen Sensor mit einem Gehäuse gemäß der
vorliegenden Erfindung.
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1 bis 3 sind
jeweils perspektivische Ansichten ein und desselben Sensorgehäuses 1. Das
aus einem metallischen Glas spritzgeformte Sensorgehäuse 1 hat
einen im Wesentlichen quaderförmigen Grundkörper 2 mit
einer vorderen Wand 3, von der zentral ein Rohrabschnitt
mit Außengewinde, im Folgenden auch als Gewindestutzen 4 bezeichnet,
absteht, Längswänden 5, 6 und
Querwänden 7, 8, von denen eine, 8,
einen zweiten Gewindestutzen 9 trägt, dessen Durchmesser
kleiner als der des Gewindestutzens 4 ist. Eine der vorderen
Wand 3 gegenüber liegende Rückseite 10 des
Grundkörpers 2 ist offen. Der Grundkörper 2 kann
daher auch als ein Rohrabschnitt mit rechteckigem Querschnitt aufgefasst
werden, der an einem Ende durch die vordere Wand 3 abgeschlossen
ist. Zwei Durchgänge 11 für Befestigungsschrauben
erstrecken sich oberhalb und unterhalb des Gewindestutzens 4 zwischen
den Längswänden 5, 6. Abweichend
von einer exakten Quaderform des Grundkörpers 2 verbinden zwei schräge
Facetten 12 die vordere Wand 3 mit den Querwänden 7, 8.
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Am
Außenumfang des Gewindestutzens 4 sind in einem
Winkelabstand von 90° vier ebene Facetten 15 bis 18 gebildet,
wobei die Facetten 15, 17 auf einer von den Längsachsen
der Gewindestutzen 4, 9 aufgespannten Symmetrieebene
des Grundkörpers 2 senkrecht stehen und die Facetten 16, 18 parallel
zu dieser verlaufen. Bei Montage des Gewindestutzens 4 in
einem Fenster einer Trägerplatte bewirken die Facetten 15–18 eine
Verdrehsicherung. Die Breite der Facetten beträgt jeweils
ca. 7 mm bei einem nominellen Gewindedurchmesser von 18 mm. Aufgrund
der hohen Härte des metallischen Glases gewährleisten
diese Facetten einen ähnlich wirksamen Verdrehschutz wie
deutlich breitere Facetten bei einem herkömmlichen Gehäusematerial.
Mit der geringen Breite ist ein relativ großer Abstand
zwischen den sich paarweise diametral gegenüber liegenden Facetten 15, 17 bzw. 16, 18 verbunden,
der einen großen Innenquerschnitt des Gewindestutzens 4 erlaubt.
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Die
Facetten 16, 18 könnten auch entfallen, ohne
die Verdrehsicherheit maßgeblich zu beeinträchtigen.
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Der
Gewindestutzen 9 weist zu der Symmetrieebene senkrechte
Facetten 19, 20 auf. Wie insbesondere im Vergleich
der 1 und 2 zu erkennen ist, reichen die
zur Symmetrieebene parallelen Facetten 16, 18 nicht
bis in den Gewindekern des Gewindestutzens hinein, so dass sie aus
einer Mehrzahl von einzelnen Planflächen an den einzelnen Zähnen
des Gewindes bestehen, während die zur Symmetrieebene senkrechten
Facetten 15, 17, 19, 20 jeweils
in den Gewindekern hineinreichen und so eine sich über
die gesamte Länge des Gewindestutzens 4 bzw. 9 hinweg
durchgehend erstreckende Planfläche bilden. Ein sich eventuell
aufgrund von Fertigungsungenauigkeit auf den Facetten 15, 17, 19, 20 erstreckender
Formgrat 21 kann daher nur schwerlich mit dem Innengewinde
einer auf den Gewindestutzen 4 oder 9 aufgeschraubten
(nicht dargestellten) Mutter in Kontakt kommen, so dass sich die ineinander
greifenden Gewindezähne von Gewindestutzen und Mutter auf
einer großen Fläche berühren und die
am Gewinde auftretenden Kräfte somit gleichmäßig
verteilt in die Gewindestutzen 4, 9 eingeleitet
werden.
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4 zeigt
schematisch den Aufbau eines vollständigen Sensors mit
dem in den 1 bis 3 dargestellten
Gehäuse 1. Das Gehäuse 1 ist vorgesehen,
um eine Sensorbaugruppe 22 aufzunehmen, die hier ein in
etwa quaderförmiges Basismodul 23, einen in den
Gewindestutzen 4 eingreifenden zylindrischen Abschnitt 24 sowie,
an einer von dem zylindrischen Abschnitt abgewandten Rückseite des
Basismoduls 23, Schalter 25 und Betriebsstatusanzeigeelemente
wie etwa Leuchtdioden 26 trägt. Der zylindrische
Abschnitt 24 hat an seinem vom Basismodul 23 abgewandten
Ende eine umlaufende Nut 27, in der ein O-Ring 28 aufgenommen
ist. Wenn der zylindrische Abschnitt 24 in den Gewindestutzen 4 eingeführt
ist, dichtet der O-Ring 28 an der Innenfläche
des Gewindestutzens 4.
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Die
Stirnseite des zylindrischen Abschnitts 24 ist durch ein
lichtdurchlässiges Fenster 29 gebildet, hinter
dem in Innern des Abschnitts 24 als Sensorelement eine
Fotodiode untergebracht ist. Zusätzlich kann in dem Abschnitt 24 eine
durch das Fenster 29 nach außen abstrahlende Lichtquelle
wie etwa eine Leuchtdiode vorgesehen sein, so dass die Fotodiode
von einem Gegenstand vor dem Fenster 29 reflektiertes Licht
erfasst. Selbstverständlich können auch beliebige
andere Sensorelemente wie etwa kapazitive oder induktive Näherungssensoren
als Sensorelemente in dem Abschnitt 24 untergebracht sein, wobei
in diesem Fall das Gehäuse bis zu dem Abschnitt 24 zweckmäßigerweise
aus einem Dielektrikum oder einem nicht ferromagnetischen Metall
besteht.
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Signal
und Versorgungsanschlüsse der Sensorbaugruppe 22 verlaufen
auf einem flexiblen Leiterplattenstreifen 30.
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Ein
aus Kunststoff geformter Deckel 31 umfasst im Wesentlichen
eine die offene Rückseite 10 des Gehäuses 1 überdeckende
Platte 32 und entlang der Wände der Platte 32 umlaufende
Wände 33, 34, 35. Ein Fenster 38 in
der Platte 32 ist von zwischen die Wände 33 eingreifenden
Stegen 39 begrenzt. In der unteren Wand 35 ist
eine Öffnung 42 gebildet. Die untere Wand 35 und
einer der Stege 39 begrenzen eine Nische 53.
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Entlang
der Wände 33, 34, 35 erstreckt
sich eine einen Dichtring 36 unterstützende Schulter 37 in einer
unter spitzem Winkel zu der Platte 32 orientierten Ebene.
Die schräge Orientierung der Schulter 35 erlaubt,
den Deckel 31 mit parallel zur Rückseite 10 orientierter
Platte 32 an das Sensorgehäuse 1 anzustecken,
da so der Dichtring 34 nicht auf seiner gesamten Länge
gleichzeitig zwischen die Wände 33, 34, 35 des
Deckels 31 und die Wände 5 bis 8 des Sensorgehäuses 1 eingepresst
werden muss.
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Wenn
der Deckel 31 bis zum Anschlag auf das Sensorgehäuse 1 aufgedrückt
ist, berühren die Stege 39 die Rückseite
des Basismoduls und fixieren es so im Gehäuse 1.
Der Leiterplattenstreifen 30 ist in der Nische 53 aufgenommen.
Eine Nut 40 des Deckels 31 fluchtet mit zur Querwand 7 benachbarten Löchern 41 in
den Längswänden 5, 6, und die Öffnung 42 in
der unteren Wand 35 fluchtet mit dem Gewindestutzen 9.
Die Schalter 25 sind in das Fenster 38 des Deckels 31 eingerückt
und von außen betätigbar. Die Leuchtdioden 26 liegen
einem Spalt zwischen der oberen Wand 34 und einem der Stege 39 gegenüber,
so dass sie einen transparenten Einsatzkörper 43 beleuchten
können, der einen oberen Rand der Platte 32 bildet.
Ein von den Leuchtdioden 26 angezeigter Betriebszustand
ist auf diese Weise außen am Sensorgehäuse 1 ablesbar.
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Ein
zum Einfügen in den Gewindestutzen 9 vorgesehenes
Steckverbinderteil 44 umfasst einen im Wesentlichen zylindrischen,
auf einer Schulter einen Dichtring 46 tragenden Kunststoffkörper 45,
in dem Kontaktstifte 47 eingelassen sind. Die Kontaktstifte 47 sind
mit Leiterbahnen eines flexiblen Leiterplattenstreifens 48 verbunden.
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Nach
dem Zusammenfügen von Gehäuse 1, Sensorelement 22 und
Deckel 31 wird zunächst das freie Ende des Leiterplattenstreifens 30 durch
die Öffnung 42 und den Gewindestutzen 9 herausgezogen und
dann mit dem Leiterplattenstreifen 48 kontaktiert. Anschließend
wird der Kunststoffkörper 45 in den Gewindestutzen 9 eingeführt,
wobei der Dichtring 46 an der Innenseite des Gewindestutzens 9 abdichtet. Der
Kunststoffkörper 45 rückt dabei in die Öffnung 42 der
Wand 35 des Deckels 31 ein und verriegelt diesen.
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Eine
vollständige Verriegelung und Fixierung des Deckels 31 wird
durch Einstecken von (nicht gezeigten) Stiften durch die Löcher 41 des
Sensorgehäuses 1 in die Nut 40 des Deckels 31 erreicht.
Zur Fixierung des Kunststoffkörpers 45 können
darüber hinaus kurze Bolzen in Löcher 49 des
Gewindestutzens 9 und mit diesen fluchtende Vertiefungen 50 des Kunststoffkörpers 45 eingepresst
sein.
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5 veranschaulicht
schematisch die Herstellung des Sensorgehäuses 1.
Das Sensorgehäuse 1 ist in einer Draufsicht auf
seine offene Rückseite zu sehen; rechts und links von ihm
sind zwei Teile 51, 52 einer zur Herstellung verwendeten
Form zu sehen. Die Durchgänge 11 formende Stifte 54 legen
die Bewegungsrichtung der Formteile 51, 52 beim
Entformen fest. Die Formteile 51, 52 berühren
einander beim Abformen entlang der Symmetrieebene des Grundkörpers 2,
so dass Formgrate an den Gewindestutzen 4, 9 nur
auf dieser Symmetrieebene, jeweils auf den Facetten 15, 17, 19, 20 entstehen
können.
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Zum
Formen des Sensorgehäuses 1 werden Legierungen
auf Grundlage von Zirkonium und Titan eingesetzt, die unter den
Bezeichnungen Liquidmetal I Alloy und Liquidmetal II Alloy von der
Firma Liquidmetal Technologies, Inc., Lake Forest, CA, USA vertrieben
werden. Geeignete Legierungen sind insbesondere Zr41,2Ti13,8Cu12,5Ni10Be22,5 und Zr56,2Ti13,8Nb5,0Cu6,9Ni5,6Be12,5. Diese
Legierungen haben die Besonderheit, bei Erhitzen eine Schmelze von
temperaturabhängiger Zähigkeit und bei ausreichend
schneller Abkühlung aus der Schmelze einen amorphen Festkörper
von hoher Härte zu bilden. Die amorphe, glasartige Natur
des Festkörpers führt dazu, dass das abgeformte
Gehäuse praktisch frei von der für den Metallguss
typischen kristallisationsbedingten körnigen Oberflächenstruktur
ist, so dass der fertige Formkörper mit einer Oberflächenrauigkeit von
weniger als Rz = 5,3 μm der Form entnommen werden kann.
Für die Wände 5 bis 8 des Grundkörpers 2 genügt
bei Verwendung dieser Legierungen eine Wandstärke von 0,5
mm bei Kantenlängen der Wände zwischen 15 und
50 mm. Die Facetten 15, 17, 19, 20 haben
an ihrer dünnsten Stelle jeweils eine Wandstärke
von 0,55 mm oder darunter.
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6 zeigt
eine Draufsicht auf die vordere Wand 3 eines Sensorgehäuses
gemäß einer geringfügig abgewandelten
Ausgestaltung der Erfindung. Bei dieser Abwandlung sind an den Gewindestutzen 4 jeweils
beiderseits der Symmetrieebene Facetten 15, 15' bzw. 17, 17' geformt,
die an der Symmetrieebene unter einem sehr stumpfen Winkel aufeinander treffen.
Die Facetten 15, 17 sind von einem gleichen Formteil
geformt, die Facetten 15', 17' von einem anderen.
Die Nichtparallelität der Facetten 15 und 17 bzw. 15' und 17' erleichtert
das Entformen des fertigen Gehäuses; ansonsten hat diese
Ausgestaltung im Wesentlichen die gleichen Wirkungen und Vorteile wie
die mit Bezug auf 1 bis 5 beschriebene.
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7 zeigt
einen Schnitt durch ein Sensorgehäuse 1 gemäß einer
Variante der Erfindung, montiert in einer Öffnung einer
Trägerplatte 60. Der in die Trägerplatte 60 eingesteckte
Rohrabschnitt 4 des Gehäuses 1 hat nur
zwei einander diametral gegenüberlegende Facetten 15, 17,
wie auch in 5 gezeigt. Um das Sensorgehäuse 1 drehfest
zu halten, hat auch die Öffnung der Trägerplatte 60 die
Form eines Kreises, vermindert um zwei einander diametral gegenüberliegende,
zu den Facetten 15, 17 komplementäre
Segmente. Der Rohrabschnitt 4 ist gewindefrei und an der
Platte 60 mit Hilfe eines aufgesteckten Rings 61 gehalten.
Der Ring 61 hat eine starre Grundplatte 62 und
eine daran umlaufend befestigte elastische Lippe 63. Eine
zentrale Öffnung der Lippe 63 ist kleiner als
der Durchmesser des Rohrabschnitts 4, so dass die Lippe 63 beim
Aufstecken verbogen wird und von außen gegen den Rohrabschnitt 4 drückt.
Ein Zurückweichen des Sensorgehäuses 1 von
der Trägerplatte 60 würde zu einer verstärkten Durchbiegung
der Lippe 63 führen, der sich die Lippe 63 widersetzt.
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8 zeigt,
entlang einer Symmetrieebene aufgeschnitten, einen induktiven Näherungssensor als
ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung. Ein aus
Glasmetall geformtes Gehäuse 1 umfasst im Wesentlichen
einen zylindrischen Rohrabschnitt 4, der an einem Ende
durch eine mit ihm einteilige Stirnwand 64 verschlossen
ist. In der so gebildeten becherartigen Hohlform ist eine nicht
im Detail dargestellte Auswerteschaltung 65 untergebracht,
die mit einem die offene Vorderseite des Gehäuses 1 ausfüllenden
Sensorelement verbunden ist. Das Sensorelement umfasst, von der
Umgebung durch einen in das Gehäuse 1 eingreifenden
Deckel 66 abgeschirmt, einen flachzylindrischen Ferritkern 67,
an dessen Vorderseite eine Ringnut gebildet ist, und eine in die
Ringnut eingefügte, mit der Auswerteschaltung 64 über
durch einen Schlitz 68 des Ferritkerns 67 verlaufende
Kabel 69 verbundene Spule 70. Da bei der hier
gezeigten Ausgestaltung das Gehäuse 1 sich längs
um den Ferritkern 67 bis zu dessen Vorderseite erstreckt,
fungiert es gleichzeitig als eine Abschirmung, die das Magnetfeld
der Spule 70 auf den Raum unmittelbar vor dem Sensorgehäuse 1 beschränkt.
Selbstverständlich sind auch Ausgestaltungen möglich,
bei denen die Spule 70 aus dem Gehäuse 1 aus
amorphem Metall übersteht und dadurch ein sich auch in
radialer Richtung ausbreitendes Magnetfeld erzeugt.
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In
an sich bekannter Weise kann der gezeigte induktive Näherungssensor
auch zu einem Magnetfeldsensor weiterentwickelt werden, indem benachbart
zu der Spule 70 ein Körper aus weichmagnetischem
Material angeordnet wird, der die Spule 70 bedämpft.
Der weichmagnetische Körper kann zum Beispiel ein im Rohrabschnitt 4 benachbart
zum Ferritkern 67 angeordneter massiver weichmagnetischer Körper,
eine weichmagnetische Beschichtung am Rohrabschnitt 4 oder,
bei geeigneter Werkstoffwahl, der Rohrabschnitt 4 selbst
sein.
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9 zeigt
einen schematischen Schnitt durch einen Füllstandssensor
mit einem Gehäuse 1 gemäß der
vorliegenden Erfindung. Das Gehäuse 1 hat einen
in etwa quaderförmigen Grundkörper 2,
der als ein oben offener und unten einteilig durch eine Stirnwand 64 abgeschlossener
Rohrabschnitt aufgefasst werden kann. Von der Stirnwand 64 geht
ein zylindrischer Rohrabschnitt 4 aus. Ein sich ins Innere des
Grundkörpers 2 erstreckender Teil des Rohrabschnitts 4 fixiert
zusammen mit einem von oben eingreifenden Deckel 31 eine
Platine 71, die eine Auswerteschaltung des Sensors trägt.
Ein unterer Teil des Rohrabschnitts 4 durchsetzt eine Wand 60 eines Behälters,
dessen Füllstand überwacht werden soll.
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Ein
Messstab 72 ist von unten in den Rohrabschnitt 4 eingeschoben
und darin mit Hilfe von in Nuten des Messstabs 72 verankerten
Dichtringen 73, durch Klebung oder in anderer Weise dicht
fixiert. Der in der Figur nicht dargestellte innere Aufbau des Messstabes 72 ist
abhängig von der zur Messung verwendeten, an sich bekannten
Technologie. Im Falle eines kapazitiven Füllstandssensors
sind Kondensatorplatten in Form von elektrisch leitfähigen
Folien axial gestaffelt an der Innenseite einer zylindrischen äußeren
Hülle des Messstabs 72 angeordnet, und die Arbeitsweise
der Messschaltung beruht auf der Abhängigkeit der Kapazität
von jeweils durch eine der Kondensatorplatten und einen den Füllstandssensor
aufnehmenden Behälter gebildeten Kondensatoren von der
Anwesenheit oder Nichtanwesenheit eines zu erfassenden Mediums in
dem Behälter. Um ein starkes, gut auszuwertendes Messsignal
zu erhalten, ist es wünschenswert, die Kondensatorplatten
groß machen zu können, und Voraussetzung dafür
ist ein großer Durchmesser des Messstabes 72.
Um die Kondensatorplatten anbringen zu können, sollte der
Durchmesser des Messstabes aber nirgends größer
sein als in seinem in dem Rohrabschnitt 4 gehaltenen Bereich.
Daher ist ein großer Innendurchmesser des Rohrabschnitts 4 wünschenswert.
Um diese bei gegebenen Abmessungen der Behälteröffnung
zu erreichen, ist es zweckmäßig, wenn wenigstens
der Rohrabschnitt 4, vorzugsweise das gesamte Sensorgehäuse 1,
aus den oben erwähnten Glasmetalllegierungen gefertigt
ist, die bei geringen Wandstärken eine hohe Festigkeit
aufweisen.
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Ähnliche Überlegungen
gelten für Füllstandssensoren, die nach anderen
Prinzipien arbeiten, etwa solche, bei denen Sender und Empfänger für
eine akustische oder elektromagnetische Schwingung in dem Sensorgehäuse 1 untergebracht
sind, der Sender die Schwingung in den Messstab hinein emittiert,
der als ein füllstandsabhängig verlustbehafteter
Wellenleiter für die Schwingung fungiert, und ein füllstandsabhängig
gedämpftes Echo der Schwingung von dem Empfänger
aufgezeichnet wird.
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Ein
Beispiel eines optischen Sensors ist in 10 im
Schnitt dargestellt. Bei dem in der Figur aufgeschnitten gezeigten
Rohrabschnitt kann es sich um den Rohrabschnitt 4 eines
Gehäuses vom in 1 bis 3 gezeigten
Typs oder des becherartigen Gehäuses der 8 handeln.
Ein Ende des Rohrabschnitts 4 ist durch eine Sammellinse 75 dicht verschlossen.
Auf der optischen Achse der Sammellinse 75 liegen hintereinander
eine Lichtquelle 76 wie etwa eine Leuchtdiode und ein Lichtsensorelement 77,
zum Beispiel eine Fotodiode. Die Linse 75 bündelt
das Licht der Quelle 76 zu einem Strahl 78. Wenn ein
zu erfassendes Objekt 79 in den Strahl 78 gerät, reflektiert
es Licht zurück zur Linse 75. Nur wenn das reflektierende
Objekt 79 innerhalb eines durch die Brennweite der Linse 75 und
die innere Geometrie des Sensors vorgegebenen Entfernungsbereichs
vor der Linse 75 liegt, trifft das zur Linse reflektierte
Licht auf das Sensorelement 77. Aufgrund des exakt axialsymmetrischen
Aufbaus des Sensors der 10 ist die
Erfassung des Objekts 79 unabhängig davon, ob es
diffus reflektiert und die gesamte Oberfläche der Sammellinse 75 ausleuchtet,
oder ob es spiegelnde Flächen aufweist, die jeweils nur
auf einen Teil der Linsenoberfläche Licht zurückwerfen.
Die Verwendung des metallischen Glases für den Rohrabschnitt 4 ermöglicht
auch hier bei gegebenen Außenmaßen des Rohrabschnitts 4 und
trotz eventuellem Vorhandenseins einer verdrehsichernden Facette 15 einen großen
freien Querschnitt des Rohrabschnitts 4 und damit eine
hohe Empfindlichkeit des Sensors.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- - US 442563
S [0002]
- - US 470462 S [0002]