DE102008042720B4

DE102008042720B4 - Sensorgehäuse

Info

Publication number: DE102008042720B4
Application number: DE102008042720.9A
Authority: DE
Inventors: Ralf Siegler; Michael Becker
Original assignee: IFM Electronic GmbH
Current assignee: IFM Electronic GmbH
Priority date: 2007-10-12
Filing date: 2008-10-09
Publication date: 2015-05-21
Anticipated expiration: 2028-10-10
Also published as: DE102008042720A1; US20090095075A1

Abstract

Sensorgehäuse (1), aufweisend wenigstens einen ersten Rohrabschnitt (4; 9), dadurch gekennzeichnet, dass der Rohrabschnitt (4; 9) aus metallischem Glas geformt ist und dass der erste Rohrabschnitt (4; 9) zylindrisch ist, wobei der Rohrabschnitt (4; 9) ein Außengewinde trägt.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Sensorgehäuse, das wenigstens einem Rohrabschnitt aufweist, sowie ein Sensorgerät, das ein derartiges Gehäuse aufweist.
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.
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.
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.
Aus der DE 10 2007 024 866 A1 ist ein induktiver Magnetsensor mit einem Streukörper und einem Joch bekannt, wobei der Streukörper und das Joch jeweils einen inneren Hohlraum aufweisen können, eine kreiszylindrische Form haben und der Streukörper u. a. auch aus einem metallischen Glas geformt sein kann.
Informationen zur Beschaffenheit und den Vorteilen von amorphen Metallen sowie deren Verwendung bei einem Magnetsensor offenbart die EP 0 471 865 A1 sowie das aus ihr hervorgegangene europäische Patent EP 0 959 330 B1 . Weitere Ausführungen zur Verwendung von amorphem Metall macht die DE 10 2004 012 672 A1 und die US 2006/0083941 A1 .
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist, diese Probleme des Standes der Technik zu beheben.
Zu dem Zweck wird vorgeschlagen, den Rohrabschnitt aus metallischem Glas zu formen und dass der erste Rohrabschnitt zylindrisch ist, wobei der Rohrabschnitt ein Außengewinde trägt.
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.
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.
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.
Formteile aus solchen Legierungen können eine Härte von 380°Vickers oder sogar 450°Vickers und mehr erreichen.
Bei den meisten Anwendungen ist der erste Rohrabschnitt zylindrisch.
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.
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.
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.
Um eine Beeinträchtigung des Gewindes durch den Formgrat völlig zu vermeiden, ist es wünschenswert, dass die Facette einen Kern des Außengewindes schneidet.
Da die Formgrate normalerweise paarweise entstehen, ist das Außengewinde zweckmäßigerweise an wenigstens zwei einander diametral gegenüberliegenden Stellen durch ausgesparte Facetten unterbrochen.
Das metallische Glas ist auch zur Fertigung von Sensorgehäusen geeignet, bei denen der Rohrabschnitt einen rechteckigen Querschnitt hat.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
Insbesondere kann es sich bei dem Rohrabschnitt lediglich um einen Fortsatz an einem hohlen Grundkörper des Gehäuses handeln.
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.
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.
Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die beigefügten Figuren. Es zeigen:
1, 2 und 3 jeweils perspektivische Ansichten eines erfindungsgemäßen Sensorgehäuses;
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;
5 eine Draufsicht auf das Sensorgehäuse und zwei zu seiner Herstellung verwendete Formelemente;
6 eine Draufsicht auf ein Sensorgehäuse gemäß einer abgewandelten Ausgestaltung;
7 einen zu 4 analogen Schnitt durch ein an einer Trägerplatte montiertes Sensorgehäuse gemäß einer Variante der Erfindung;
8 einen induktiven Näherungssensor in perspektivischer, aufgeschnittener Ansicht gemäß der Erfindung;
9 einen schematischen Schnitt durch einen Füllstandssensor mit einem Gehäuse gemäß der vorliegenden Erfindung; und
10 einen optischen Sensor mit einem Gehäuse gemäß der vorliegenden Erfindung.
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.
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.
Die Facetten 16, 18 könnten auch entfallen, ohne die Verdrehsicherheit maßgeblich zu beeinträchtigen.
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.
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.
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.
Signal- und Versorgungsanschlüsse der Sensorbaugruppe 22 verlaufen auf einem flexiblen Leiterplattenstreifen 30.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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 Zr_41,2Ti_13,8Cu_12,5Ni₁₀Be_22,5 und Zr_56,2Ti_13,8Nb_5,0Cu_6,9Ni_5,6Be_12,5. 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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.

Claims

Sensorgehäuse (1), aufweisend wenigstens einen ersten Rohrabschnitt (4; 9), dadurch gekennzeichnet, dass der Rohrabschnitt (4; 9) aus metallischem Glas geformt ist und dass der erste Rohrabschnitt (4; 9) zylindrisch ist, wobei der Rohrabschnitt (4; 9) ein Außengewinde trägt.
Sensorgehäuse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das metallische Glas eine Legierung auf Grundlage von Titan und Zirkonium ist.
Sensorgehäuse nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Legierung von 30 bis 57 Atom-% Zirkonium und von 5 bis 60 Atom-% Titan aufweist.
Sensorgehäuse nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass das metallische Glas eine oder mehrere unter Kupfer, Nickel, Niob, Beryllium ausgewählte Legierungskomponenten aufweist.
Sensorgehäuse nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das metallische Glas von 40 bis 42 Atom-% Zirkonium, von 13 bis 15 Atom-% Titan, von 11 bis 14 Atom-% Kupfer, von 9 bis 11 Atom-% Nickel und von 20 bis 25 Atom-% Beryllium enthält.
Sensorgehäuse nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das metallische Glas von 55 bis 58 Atom-% Zirkonium, von 13 bis 15 Atom-% Titan, von 6 bis 8 Atom-% Kupfer, von 4 bis 7 Atom-% Nickel, von 4 bis 6 Atom-% Niob und von 10 bis 15 Atom-% Beryllium enthält.
Sensorgehäuse nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens der erste Rohrabschnitt (4; 9) eine Härte von wenigstens 380°Vickers, vorzugsweise von wenigstens 450°Vickers aufweist.
Sensorgehäuse nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Rohrabschnitt (4; 9) wenigstens lokal eine Oberflächenrauigkeit von weniger als Rz = 6,3 µm, vorzugsweise von nicht mehr als Rz = 4,0 µm, aufweist.
Sensorgehäuse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass am Umfang des Rohrabschnitts (4; 9) wenigstens eine Facette (15–20) gebildet ist.
Sensorgehäuse nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Außengewinde an wenigstens einer Stelle des Umfangs des Rohrabschnitts (4; 9) durch eine Facette (15–20) unterbrochen ist.
Sensorgehäuse nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Facette (15–20) einen Kern des Außengewindes schneidet.
Sensorgehäuse nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, dass das Außengewinde an wenigstens zwei einander diametral gegenüber liegenden Stellen durch ausgesparte Facetten (15, 17; 19, 20) unterbrochen ist.
Sensorgehäuse nach Anspruch 10 oder 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Breite der Facette (15–20) weniger als 45% des Durchmessers des Rohrabschnitts (4; 9) beträgt.
Sensorgehäuse nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Rohrabschnitt (2) einen rechteckigen Querschnitt hat.
Sensorgehäuse nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Rohrabschnitt (2; 4; 9) wenigstens lokal eine Wandstärke von unter 0,7 mm, vorzugsweise unter 0,6 mm aufweist.
Sensorgehäuse nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein in dem Rohrabschnitt (2; 4; 9) aufgenommenes Einsatzteil (31; 24; 44; 72) an einer Innenfläche des Rohrabschnitts (2; 4; 9) durch einen Dichtring (28; 36; 46; 73) abgedichtet ist.
Sensorgehäuse nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass die von dem Dichtring (28; 36; 46; 73) berührte Innenfläche des Rohrabschnitts (2; 4; 9) in dessen Längsrichtung eben ist.
Sensorgehäuse nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Rohrabschnitt (2; 4) an wenigstens einem Ende einstückig mit einer Stirnwand (3; 64) verbunden ist.
Sensorgehäuse nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Rohrabschnitt (4; 9) von einem hohlen Grundkörper (2) des Gehäuses (1) ausgeht.
Sensorgehäuse nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, dass der Grundkörper (2) an einer von dem ersten Rohrabschnitt (4) abgewandten Seite durch einen Deckel (31) verschlossen ist.
Sensorgehäuse nach Anspruch 19 oder 20, dadurch gekennzeichnet, dass der Grundkörper (2) in einer ersten zur Längsrichtung des Rohrabschnitts (4; 9) orthogonalen Raumrichtung eine größere Ausdehnung aufweist als in einer zweiten Raumrichtung, die zu der Längsrichtung und der ersten Raumrichtung orthogonal ist, und dass an dem Rohrabschnitt (4; 9) gebildete Facetten (15, 17, 19, 20) sich in der zweiten Raumrichtung erstrecken.
Sensorgehäuse nach einem der Ansprüche 19 bis 21, dadurch gekennzeichnet, dass von dem Grundkörper (2) ein zweiter mit einem Außengewinde versehener Rohrabschnitt (9; 4) ausgeht und dass Facetten (15, 17, 19, 20) der zwei Rohrabschnitte (9; 4) sich in einer Raumrichtung erstrecken, die zu den Längsachsen beider Rohrabschnitte (9; 4) orthogonal ist.
Sensorgerät mit einem Sensorgehäuse nach einem der vorhergehenden Ansprüche und wenigstens einem Sensorelement und/oder einer Auswerteschaltung für ein Sensorsignal im Inneren des Sensorgehäuses.
Sensorgerät nach Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet, dass ein in dem Rohrabschnitt (4) aufgenommenes Einsatzteil (24) ein für eine Wechselwirkung des in dem Gehäuse untergebrachten Sensorelements transparentes Fenster (29; 66; 75) umfasst.
Sensorgerät nach Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet, dass ein in dem Rohrabschnitt (4) aufgenommenes Einsatzteil ein Messstab (72) eines Füllstandssensors, ein Kondensatormodul eines kapazitiven Sensors oder ein Spulenmodul (67, 70) eines induktiven Sensors ist.
Sensorgerät nach Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet, dass ein in dem Rohrabschnitt (9) aufgenommenes Einsatzteil (44) eine Durchführung für ein Ausgangssignal, ein Steuersignal oder für Betriebsenergie des Sensorelements (22) und/oder der Auswerteschaltung umfasst.