-
Die
Erfindung betrifft eine Meßvorrichtung nach
dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 oder 2.
-
Bei
der Meßvorrichtung
kann es sich um einen Sensor, wie einen induktiven Sensor, einen Drucksensor,
einen Wegsensor o. dgl., handeln. Solche Meßvorrichtungen dienen vor allem
zur direkten Messung von Betriebsparametern in einem Fluid. Beispielsweise
kann es sich dabei um Betriebsparameter in wasserführenden
Teilen von Hausgeräten, wie
Waschmaschinen oder Geschirrspülmaschinen, handeln.
-
Es
sind Meßvorrichtungen
zur Messung einer Meßgröße eines
Fluids mit einem Gehäuse
und mit einer im und/oder am Gehäuse
angeordneten Membran bekannt. Ein Signalgeber steht mit der Membran
in Wirkverbindung. Mit dem Signalgeber wirkt ein Signalaufnehmer
zur Erzeugung des Meßsignals
magnetisch zusammen. Es hat sich herausgestellt, daß solche
magnetisch beziehungsweise induktiv arbeitende Meßvorrichtungen,
die insbesondere auf Basis von Hall-Elementen und Magneten in der
Art eines Weg-Spannungs-Umsetzers arbeiten, den Nachteil aufweisen,
daß sie
durch äußere Magnetfelder
beeinflußt
werden, was wiederum deren Meßgenauigkeit
beeinträchtigt.
Außerdem
können Verzögerungen
und/oder Hystereeffekte bei der Verstellung der Membran, insbesondere
deren Rückstellung,
auftreten, was ebenfalls zur Beeinträchtigung der Meßgenauigkeit
führt.
Solche unerwünschten Rückstelleffekte
können
auch bei einem nicht-magnetisch arbeitenden Signalgeber sowie Signalaufnehmer
auftreten.
-
Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Meßvorrichtung derart auszugestalten,
daß diese vor
Beeinträchtigung
durch äußere Magnetfelder und/oder
Rückstelleffekte
der Membran weitgehend geschützt
ist.
-
Diese
Aufgabe wird bei einer gattungsgemäßen Meßvorrichtung durch die kennzeichnenden Merkmale
des Anspruchs 1 oder 2 gelöst.
-
Bei
der erfindungsgemäßen Meßvorrichtung ist
im und/oder am Gehäuse
eine Abschirmung für äußere Magnetfelder
angeordnet. Dadurch bleibt das magnetische Zusammenwirken von Signalaufnehmer
und Signalgeber im wesentlich unbeeinflußt von äußeren Magnetfeldern. Die Erfindung
schafft somit beispielsweise einen Drucksensor mit weichmagnetischer
Schirmung.
-
Bei
der erfindungsgemäßen Meßvorrichtung entsprechend
einer weiteren Ausführung
ist die Membran und/oder der Signalgeber mittels eines in der Art
einer Blattfeder ausgestalteten elastischen Elements rückstellbar.
Dadurch wird die Rückstellung der
Membran im wesentlichen von dem elastischen Element bewirkt, womit
durch die Membran gegebenenfalls bewirkte Fehleffekte ohne Auswirkung
bleiben.
-
Weitere
Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
-
In
einer einfachen und kostengünstigen
Ausgestaltung besteht der Signalgeber aus einem Permanentmagnet
sowie der Signalaufnehmer aus einem mit dem Permanentmagnet zusammenwirkenden
Hallsensor. Zweckmäßigerweise
ist der Permanentmagnet in einem Magnetadapter befestigt. Der Magnetadapter
steht seinerseits mit der Membran in Wirkverbindung, wobei bei einer
einfach zu montierenden Ausgestaltung ein Ansatz an der Membran über einen
Rand des Magnetadapters übergestülpt ist.
-
Zur
funktionssicheren Rückstellung
des Permanentmagneten und/oder der Membran wirkt das elastische
Element auf den Magnetadapter ein. Zwecks Kompaktheit kann das blattfederartige
elastische Element als flache Spiralfeder ausgebildet sein. In kostengünstiger
Weise läßt sich
die Blattfeder als Stanzteil aus Metall herstellen. Die Herstellung
läßt sich weiterhin
vereinfachen, wenn der aus Kunststoff bestehende Magnetadapter an
der Blattfeder durch Warmverstemmen befestigt ist. Um eine gute
Abdichtung zu gewährleisten,
ist die beispielsweise aus Silikon bestehende Membran auf die Blattfeder
gestülpt.
-
Es
bietet sich in weiterer, montagefreundlicher Ausgestaltung an, daß das Gehäuse aus
einem Gehäusekörper und
einem Gehäusedeckel
besteht, wobei der Gehäusedeckel
am Gehäusekörper im
wesentlichen abgedichtet eingerastet sein kann. Am Gehäuse, und
zwar bevorzugterweise am Gehäusedeckel,
kann eine Zuleitung für
das Fluid zur Membran angeordnet sein. Diese Zuleitung kann desweiteren
so angeordnet sein, daß das
Fluid über
die Zuleitung auf den Ansatz an der Membran einwirkt, der wiederum
direkt mit dem Magnetadapter zur Verstellung des Magneten zusammenwirkt.
Eine derartige Ausgestaltung zeichnet sich durch eine hohe Funktionssicherheit
aus.
-
Eine
besonders gute Eliminierung von magnetischen Störfeldern wird dadurch erreicht,
daß die Abschirmung
aus einem weichmagnetischen Metall besteht. In einer ersten Ausbildung
kleidet dazu die Abschirmung das Gehäuseinnere, in dem der Signalaufnehmer
sowie der Signalgeber befindlich sind, weitgehend vollständig aus.
Als Material für
die Abschirmung ist beispielsweise Mu-Metall geeignet. In einer
zweiten, etwas kostengünstigeren
Variante kann auf die zusätzliche
Auskleidung verzichtet werden, indem das Gehäuse aus einem Kunststoff, beispielsweise
einem thermoplastischen Polymer, besteht, wobei dem Kunststoff eine
weichmagnetische Komponente zugesetzt ist. Um die herkömmliche Herstellung
der Gehäuseteile
durch Spritzgießen
zu ermöglichen,
kann die weichmagnetische Komponente dem Kunststoffmaterial in Form
von Pulver und/oder Fasern zugesetzt werden. Es hat sich durch Versuche
ergeben, daß gute
Abschirmeffekte erzielt werden, wenn der Füllgrad der weichmagnetischen Komponente
größer als
20% des Kunststoffanteils beträgt.
Bei dem Material für
die weichmagnetische Komponente kann es sich beispielsweise um Eisen (Fe),
Eisen-Silizium (FeSi), Carbonyl-Eisen, Ferrite o. dgl. handeln.
-
Zusammenfassend
ist für
eine bevorzugte Ausführung
nachfolgendes festzustellen. Die Schirmung des Sensors gegen äußere, störende Magnetfelder
wird hier dadurch erreicht, daß dem
Polymer eine weichmagnetische Komponente, z. B. FeSi, mit einem
Füllgrad
von größer als
20% in Form von Pulver oder Fasern zugesetzt wird. Hierbei können vorteilhafterweise
die bisherigen Spritzgießwerkzeuge zur
Herstellung des Gehäuses
für den
Sensor verwendet werden.
-
Die
mit der Erfindung erzielten Vorteile bestehen insbesondere darin,
daß die
magnetische Fremdbeeinflussung für
die Meßvorrichtung
stark reduziert wird. Außerdem
können
Rückstellungenauigkeiten
der Membran weitgehend vermieden werden. Vorteilhafterweise wird
dadurch wiederum eine Steigerung der Meßgenauigkeit erreicht.
-
Ein
Ausführungsbeispiel
der Erfindung mit verschiedenen Weiterbildungen und Ausgestaltungen
ist in den Zeichnungen dargestellt und wird im folgenden näher beschrieben.
Es zeigen
-
1 einen
Drucksensor in perspektivischer Ansicht,
-
2 den
entlang der Linie 2-2 in 1 aufgeschnittenen Drucksensor
in perspektivischer Ansicht,
-
3 einen
ebenen Schnitt entlang der Linie 2-2 in 1,
-
4 ein
im Drucksensor befindliches elastisches Element als Einzelteil in
perspektivischer Ansicht und
-
5 eine
im Drucksensor befindliche Membran als Einzelteil in perspektivischer
Ansicht.
-
In 1 ist
eine Meßvorrichtung 1 zu
sehen, bei der es sich um einen Drucksensor für die im Waschbottich einer
Waschmaschine befindliche Waschflüssigkeit als Fluid handelt.
Zur Messung des vom Fluid ausgeübten
Druckes ist dieses über
eine Zuleitung 2 zum Drucksensor 1 zuführbar.
-
Wie
weiter in 3 zu sehen ist, besitzt der Drucksensor 1 ein
Gehäuse 3,
wobei im und/oder am Gehäuse 3 eine
Membran 4 angeordnet ist. Mit der Membran 4 steht
ein Signalgeber 5, bei dem es sich um einen Permanentmagneten
handeln kann, in Wirkverbindung. Im Gehäuse 3 befindet sich
ein mit dem Signalgeber 5 in magnetischer Zusammenwirkung
stehender Signalaufnehmer 6, bei dem es sich beispielsweise
um einen Hallsensor handelt. Der Signalaufnehmer 6, der
auf einer Leiterplatte 17 im Gehäuseinneren 16 des
Gehäuses 3 angeordnet
ist, erzeugt ein zur Stellung des Signalgebers 5, die entsprechend
der Auslenkung der Membran 4 aufgrund des in der Waschflüssigkeit
herrschenden Drucks eingenommen wird, korrespondierendes Signal,
aus dem wiederum der in der Waschflüssigkeit herrschende Druck
ermittelbar ist. Hierzu kann eine nicht weiter gezeigte Auswerteelektronik,
beispielsweise ein Mikroprozessor, auf der Leiterplatte 17 befindlich sein.
Der ermittelte Druck und/oder das vom Signalaufnehmer 6 erzeugte
Signal steht dann an einem Steckausgang 19 am Gehäuse 3 zur
Verfügung,
wobei dort ein Stecker 18 zur Weiterleitung der Signale an
der Leiterplatte 17 ansteckbar ist. Im und/oder am Gehäuse 3 ist
eine Abschirmung 7 für äußere Magnetfelder,
die nachfolgend noch näher
erläutert
ist, angeordnet, derart daß das
magnetische Zusammenwirken von Signalaufnehmer 6 und Signalgeber 5 im
wesentlich unbeeinflußt
von den in der Waschmaschine herrschenden äußeren Magnetfeldern ist.
-
Der
Permanentmagnet 5 ist in einem Magnetadapter 8 befestigt,
so daß der
auf die Membran 4 einwirkende Druck der Waschflüssigkeit
gleichzeitig den Magnetadapter 8 mitsamt dem Magneten 5 bewegt.
Zur Rückstellung
des Permanentmagneten 5 und/oder der Membran 4 wirkt
ein elastisches Element 9 auf den Magnetadapter 8 ein.
Das in 4 als Einzelteil gezeigte elastische Element 9,
an dem der Magnetadapter 8 angeordnet ist, ist blattfederartig
als flache Spiralfeder ausgebildet. Somit läßt sich die Blattfeder 9 kostengünstig als
Stanzteil aus Metall, beispielsweise aus Kupferberyllium, einem
Federstahl o. dgl. herstellen, indem in das scheibenförmige runde
Metallteil entsprechende spiralförmig
verlaufende Ausnehmungen 20 eingebracht werden. Außerdem ist
eine solche Spiralfeder 9 sehr kleinbauend, was wiederum
der Kompaktheit des Drucksensors 1 zugute kommt. Der Magnetadapter 8 besteht
aus Kunststoff und ist an der Blattfeder 9 befestigt, wie
anhand der 2 zu erkennen ist. Die Befestigung
des Magnetadapters 8 an der Blattfeder 9 kann
durch Warmverstemmen des Kunststoffs erfolgen.
-
Wie
bereits erwähnt,
steht der Magnetadapter 8 mit der Membran 4 in
Wirkverbindung. Hierfür weist
die Membran 4 einen Ansatz 10 auf, wobei dieser
Ansatz 10 an der Membran 4 über einen Rand 12 des
Magnetadapters 8 gemäß der 2 oder
der 3 übergestülpt ist.
Die Membran 4, die in 5 näher zu sehen
ist, besteht aus einem elastischen Material, beispielsweise aus
Silikon oder einem thermoplastischen Elastomer. Desweiteren ist
auch die Membran 4 auf die Blattfeder 9 gestülpt, wie
man der 2 oder der 3 entnimmt.
Damit dichtet die Membran 4 das Gehäuseinnere 16 des Drucksensors 1 gegen
die Waschflüssigkeit
ab. Die am Gehäuse 3 befindliche
Zuleitung 2 ermöglicht
es, daß die Waschflüssigkeit
zur Membran 4 gelangt. Dort wirkt die Waschflüssigkeit
auf den Ansatz 10 an der Membran 4 ein, und zwar
auf eine vertieft ausgestaltete, in 5 sichtbare
Druckfläche 11 am
Ansatz 10.
-
Gemäß 3 besteht
das Gehäuse 3 aus
einem Gehäusekörper 13 und
einem Gehäusedeckel 14.
Der im Bereich der Membran 4 angeordnete Gehäusedeckel 14 ist
am Gehäusekörper 13 befestigt, und
zwar am Gehäusekörper 13 mittels
Schnappverbindungen 15 im wesentlichen abgedichtet eingerastet.
Die Zuleitung 2 ist einstückig am Gehäusedeckel 14 angeordnet.
Die Abschirmung kann in einer ersten Ausgestaltung, die allerdings
nicht weiter gezeigt ist, aus einem weichmagnetischen Metall, beispielsweise
aus Mu-Metall bestehen und das Gehäuseinnere 16, in dem
der Signalaufnehmer 6 sowie der Signalgeber 5 befindlich
sind, auskleiden. Bevorzugter ist aufgrund der einfacheren sowie
kostengünstigeren Herstellung
eine zweite Ausgestaltung für
die Abschirmung 7, die aus 3 näher hervorgeht.
Hierbei besteht das Gehäuse 3,
aus einem Kunststoff, beispielsweise aus einem thermoplastischen
Polymer, wobei dem Kunststoff eine weichmagnetische Komponente als
Abschirmung 7 zugesetzt ist. Da das gesamte Gehäuse 3,
also sowohl der Gehäusekörper 13 als
auch der Gehäusedeckel 14 aus
Kunststoff mit einer weichmagnetischer Komponente 7, die
in 3 gestrichelt dargestellt ist, bestehen, ist das
Gehäuseinnere 16 weitgehend
vollständig
gegen die Einwirkung von äußeren Magnetfeldern
abgeschirmt.
-
Die
weichmagnetische Komponente 7 kann dem Kunststoffmaterial
in Form von Pulver und/oder Fasern zugesetzt sein. Damit läßt sich
das Kunststoffmaterial mit weichmagnetischer Komponente 7 wie
ein herkömmlicher
Thermoplast durch Spritzgießen
verarbeiten, womit der Gehäusekörper 13 sowie der
Gehäusedeckel 14 in
herkömmlicher
Weise herstellbar sind. Wie durch entsprechende Versuche herausgefunden
ist, erhält
man eine sehr gute magnetische Abschirmwirkung, wenn der Füllgrad der
weichmagnetischen Komponente 7 wenigstens 20% des Kunststoffanteils
beträgt.
Bei der weichmagnetischen Komponente 7 kann es sich um
Eisen (Fe), um Eisen-Silizium (FeSi), Carbonyl-Eisen, Ferrite o.
dgl. handeln.
-
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 Druck- und/oder
Pegelmessung als Meßgrößen eines
Fluids in der Labor- sowie in der chemischen Verfahrenstechnik eingesetzt
werden. Schließlich
kann die erfindungsgemäße Meßvorrichtung
auch als Wegsensor o. dgl. dienen.
-
- 1
- Meßvorrichtung/Drucksensor
- 2
- Zuleitung
- 3
- Gehäuse
- 4
- Membran
- 5
- Signalgeber/Permanentmagnet/Magnet
- 6
- Signalaufnehmer
- 7
- Abschirmung/weichmagnetische
Komponente
- 8
- Magnetadapter
- 9
- elastisches
Element/Blattfeder/Spiralfeder
- 10
- Ansatz
(an Membran)
- 11
- Druckfläche (an
Ansatz)
- 12
- Rand
(von Magnetadapter)
- 13
- Gehäusekörper
- 14
- Gehäusedeckel
- 15
- Schnappverbindung
- 16
- Gehäuseinneres
- 17
- Leiterplatte
- 18
- Stecker
- 19
- Steckausgang
- 20
- Ausnehmung
(in Blattfeder)