DE102011119323A1

DE102011119323A1 - Sensor

Info

Publication number: DE102011119323A1
Application number: DE102011119323A
Authority: DE
Inventors: Dietmar Weisser; Markus SCHEITER
Original assignee: Marquardt Mechatronik GmbH
Current assignee: Marquardt Mechatronik GmbH
Priority date: 2010-11-29
Filing date: 2011-11-25
Publication date: 2012-05-31
Also published as: CN103282755B; WO2012072232A3; WO2012072232A2; US20130291646A1; CN103282755A; US9267859B2

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Messvorrichtung zur Messung einer Messgröße eines Fluids, insbesondere einen Sensor, wie einen Drucksensor (1) oder einen Wegsensor. Die Messvorrichtung weist ein Gehäuse (2), eine im und/oder am Gehäuse (2) angeordnete Membran (8) und ein in der Art einer Blattfeder ausgestaltetes elastisches Element (9) zur Rückstellung der Membran (8) auf. Mit der Membran (8) und/oder dem elastischen Element (9) steht ein Signalgeber (10) in Wirkverbindung und mit dem Signalgeber (10) wirkt ein Signalaufnehmer (11) zusammen. Das elastische Element (9) ist an dessen Rand (14), und zwar insbesondere lediglich an Teilen des Randes (14), am Gehäuse (2) befestigt.

Description

Die Erfindung betrifft eine Messvorrichtung nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
Bei der Messvorrichtung kann es sich um einen Sensor, wie einen Drucksensor, einen Wegsensor o. dgl., handeln. Solche Messvorrichtungen dienen vor allem zur Messung einer Messgröße eines Fluids, beispielsweise zur Wasserstandsmessung in Waschmaschinen, Geschirrspülern, Nass- und/oder Trockensaugern oder in sonstigen wasserführenden Teilen von Hausgeräten. Insbesondere handelt es sich bei diesen Messvorrichtungen um Drucksensoren für niedrige Drücke, nämlich beispielsweise kleiner als 3.500 Pa (Pascal).
Es sind derartige Messvorrichtungen mit einem Gehäuse und mit einer im und/oder am Gehäuse angeordneten Membran bekannt. Im Gehäuse befindet sich ein elastisches Element zur Rückstellung der Membran. Ein Signalgeber steht mit der Membran und/oder mit dem elastischen Element in Wirkverbindung. Mit dem Signalgeber wirkt ein Signalaufnehmer zur Erzeugung des Messsignals zusammen. Es hat sich herausgestellt, dass äußere Einflüsse auf die Messvorrichtung sich störend auf das elastische Element übertragen können, was wiederum zu einer Verfälschung des Messsignals führen kann.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Messvorrichtung derart weiterzuentwickeln, dass die Qualität des Messsignals verbessert ist. Insbesondere soll ein stabiles mechanisches Messsystem geschaffen werden, welches möglichst unabhängig von äußeren Einflüssen arbeitet.
Diese Aufgabe wird bei einer gattungsgemäßen Messvorrichtung durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.
Bei der erfindungsgemäßen Messvorrichtung ist das elastische Element an dessen Rand, und zwar insbesondere lediglich an Teilen des Randes, am Gehäuse gehalten und/oder am Gehäuse befestigt. Dadurch ist eine Entkopplung der Aufhängung beziehungsweise der Befestigung des elastischen Elements von dem eigentlichen Federelement geschaffen, so dass das Federelement frei schwingen kann. Aufgrund der Entkopplung können sich störende äußere Einflüsse nicht auf das Federelement auswirken, womit vorteilhafterweise Verfälschungen des Messsignals verhindert sind. Mit anderen Worten schafft die Erfindung eine mechanische Entkopplung der Außenkonturen der Messvorrichtung von dem eigentlichen mechanischen Messsystem durch eine gefederte Aufhängung. Weitere Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
Zur Reduktion der Einbauhöhe der Messvorrichtung bietet es sich an, dass das elastische Element in der Art einer scheibenförmigen Blattfeder ausgestaltet ist. Zweckmäßigerweise besitzt die Blattfeder eine im wesentlichen kreisförmige Gestalt, die im wesentlichen zur Gestalt der Membran korrespondiert. Eine besonders hohe Rückstellkraft lässt sich beim elastischen Element dadurch erzielen, indem die Blattfeder ein vom Zentrum zum Randbereich der Blattfeder spiralförmig verlaufendes Federelement aufweist. Dadurch ist eine kompakte Ausgestaltung mit großer Federkraft gewährleistet.
In einfacher Ausgestaltung kann am Randbereich des elastischen Elements wenigstens eine Fahne zur Halterung und/oder zur Befestigung des elastischen Elements befindlich sein. Bevorzugterweise sind drei Fahnen am elastischen Element angebracht, die gleichmäßig über den Umfang am Rand des elastischen Elements angeordnet sind, womit eine stabile Auflage des elastischen Elements am Gehäuse gewährleistet ist. Für eine besonders stabile Befestigung kann die Fahne durch Verkleben am Gehäuse befestigbar sein. Desweiteren kann die Fahne eine Kerbe aufweisen, um eine genügende Aufnahme von Klebstoff durch entsprechendes Einfließen in die Kerbe beim Verkleben sicherzustellen. Zweckmäßigerweise weist die Fahne zwei einander gegenüberliegende Kerben auf, was eine besonders dauerhafte Verklebung sicherstellt. In kostengünstiger Weise lässt sich das elastische Element als ein Stanz- und/oder Biegeteil aus Metall herstellen, wobei sich die Fahne in einfacher Weise an das elastische Element anprägen sowie gegebenenfalls zweckentsprechend abbiegen lässt. In einfacher Art und Weise kann das elastische Element mitsamt der Fahne in einem entsprechenden Werkzeug als ein Stanz-Biege-Teil hergestellt werden.
In einer einfachen und kostengünstigen Ausgestaltung besteht der Signalgeber aus einem Magnet. Der Signalaufnehmer besteht aus einem Positionssensor, der das vom Magneten erzeugte Magnetfeld detektiert. Bei dem Positionssensor kann es sich um einen Hallsensor handeln. Es bietet sich an, den Signalgeber am elastischen Element, und zwar insbesondere in dessen Zentrum, anzuordnen. Um eine Verschiebung zwischen dem Magnet und der Feder zu verhindern, ist zweckmäßigerweise der Signalgeber mit dem elastischen Element verklebt.
Um die empfindlichen Teile der Messvorrichtung vor schädlichen Einflüssen weitgehend zu schützen, können die Membran und das elastische Element sowie der Signalgeber und der Signalaufnehmer im Inneren des Gehäuses angeordnet sein. Das Gehäuse weist dann einen Anschlussstutzen zur Zuführung des zu messenden Fluids zur Membran auf.
Die mit der Erfindung erzielten Vorteile bestehen insbesondere darin, dass störende äußere Einflüsse nicht auf das elastische Element, und zwar insbesondere nicht auf das Federelement, übertragen werden. Damit werden Verfälschungen des Messsignals durch äußere Einflüsse verhindert und die Qualität des Messsignals gesteigert.
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 einen Schnitt durch den Drucksensor entlang der Linie 2-2 in 1,
3 einen vergrößerten Detailausschnitt aus 2 im Randbereich des elastischen Elements des Drucksensors,
4 das elastische Element des Drucksensors als Einzelteil in perspektivischer Darstellung,
5 die Draufsicht auf das elastische Element aus 4 und
6 die Wirkungsweise des elastischen Elements in einer Prinzipskizze.
In 1 ist ein Drucksensor 1 zu sehen, der als Messvorrichtung zur Messung einer Messgröße eines Fluids, und zwar vorliegend des Drucks einer Flüssigkeit in einem Hausgerät, dient. Der Drucksensor 1 besitzt ein Gehäuse 2, an dem ein Anschlussstutzen 3 für die Zuführung der zu messenden Flüssigkeit angeordnet ist, sowie einen Steckanschluss 4 zum Anschluss der elektrischen Zuleitungen. Mittels einer am Gehäuse 2 befindlichen Verrastung 5 ist der Drucksensor 1 im Hausgerät montierbar. Das Gehäuse 2 schließlich umfasst gemäß 2 einen Sockel 6 sowie einen Deckel 7.
Wie weiter der 2 zu entnehmen ist, ist im und/oder am Gehäuse 2 eine Membran 8 angeordnet, auf die die Flüssigkeit über den Anschlussstutzen 3 einwirkt. Entsprechend dem in der Flüssigkeit herrschenden Druck wird die Membran 8 durchgebogen. Auf die Membran 8 wirkt ein im Gehäuse 2 befindliches elastisches Element 9 als Feder zur Rückstellung der Membran 8 ein. Mit der Membran 8 und/oder dem elastischen Element 9 steht ein Signalgeber 10 in Wirkverbindung, womit der Signalgeber 10 entsprechend der Durchbiegung der Membran 8 verstellt wird. Mit dem Signalgeber 10 wirkt wiederum ein Signalaufnehmer 11 zusammen, der ein zur Verstellung des Signalgebers 10 korrespondierendes Signal erzeugt. Der Signalgeber 10 sowie der Signalaufnehmer 11 sind im Inneren des Gehäuses 2 angeordnet.
Der Signalgeber 10 besteht aus einem Magnet, und zwar aus einem Dauermagneten. Der Magnet 10 ist am elastischen Element 9 befestigt, und zwar mit dem elastischen Element 9 in dessen Zentrum 13 (siehe 5) verklebt. Der Signalaufnehmer 11 besteht aus einem Positionssensor, der an der der Membran 8 gegenüberliegenden Seite des Signalgebers 10 im Gehäuse 2 auf einer Leiterplatte 12 angeordnet ist. Zur Zusammenwirkung mit dem Magneten 10 bietet sich insbesondere ein Hallsensor als Positionssensor 11 an, der das vom Magneten 10 entsprechend dessen Verstellung erzeugte Magnetfeld detektiert. Vorliegend ist der Positionssensor 11 als integrierter Schaltkreis ausgestaltet, der die Auswerte-Elektronik enthält, so dass das zur Verstellung des Signalgebers 10 korrespondierende Signal entsprechend umgewandelt am Steckanschluss 4 als Messsignal für den in der Flüssigkeit herrschenden Druck zur Verfügung steht.
Die im wesentlichen kreisförmige Membran 8 besteht aus einem Elastomer, beispielsweise aus Silikon. Die Feder 9 besteht aus Metall, beispielsweise aus einem Federstahl. Die ebenfalls im wesentlichen kreisförmige Feder 9 ist in der Art einer scheibenförmigen Blattfeder ausgestaltet, wie anhand der 4 zu erkennen ist, und weist ein vom Zentrum 13 zum Randbereich 14 der Blattfeder 9 spiralförmig verlaufendes Federelement 15 auf. Wie man weiter in 2 sieht, ist das elastische Element 9 an dessen Rand 14, und zwar an Teilen des Randes 14, am Gehäuse 2 gehalten und/oder befestigt. Dadurch ist eine Entkopplung der durch die Halterung und/oder die Befestigung der Teile des Randes 14 bewirkten Aufhängung 16 des elastischen Elementes 9 von dem eigentlichen Federelement 15 geschaffen, wie in 6 prinzipiell dargestellt ist, so dass das Federelement 15 frei schwingen kann. Äußere Störeinflüsse können sich somit nicht negativ auf das Federelement 15 auswirken.
Die Aufhängung 16 ist als eine Fahne 17, die durch Verkleben am Gehäuse 2 befestigbar ist, ausgestaltet. Entsprechend der 2 ist die Fahne 17 mittels eines Klebstofftropfens 19 am Deckel 7 befestigt. Die Aufhängung 16 des elastischen Elements 9 im Gehäuse 2 durch den Klebstofftropfen 19 an der Fahne 17 ist im Detail in 3 näher zu sehen. Wie man weiter der 5 entnimmt, befindet sich am Randbereich 14 des elastischen Elements 9 wenigstens eine Fahne 17 zur Befestigung des elastischen Elements 9 am Gehäuse 2. Zwecks symmetrischer sowie wirkungsvoller Aufhängung 16 befinden sich vorliegend jedoch drei solcher Fahnen 17, die jeweils um 120° voneinander beabstandet sind, am Randbereich 14 des elastischen Elements 9. Wie bereits erwähnt besteht das elastische Element 9 aus Metall. Es bietet sich somit an, das elastische Element 9 als ein Stanzteil herzustellen. Bei der Herstellung kann gleichzeitig die Fahne 17 angeprägt und dementsprechend gebogen werden, womit das elastische Element 9 als ein Stanz-Biege-Teil herstellbar ist. Die Fahne 17 weist eine in 5 sichtbare Kerbe 18 auf, die für die Aufnahme von Klebstoff dient, indem der Klebstoff beim Verkleben der Fahne 17 mit dem Gehäuse 2 in die Kerbe 18 einfließen kann. Zwecks guter Befestigung bietet es sich an, dass die Fahne 17 zwei einander gegenüberliegende Kerben 18, 18' für den Klebstofftropfen 19 aufweist.
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 eine solche Messvorrichtung auch als ein sonstiger Sensor, wie Füllstandsensor, Wegsensor o. dgl., eingesetzt werden und zwar nicht nur für Hausgeräte sondern auch in sonstigen Anwendungen, beispielsweise in der Labor- sowie in der chemischen Verfahrenstechnik.
Bezugszeichenliste

1: Drucksensor
2: Gehäuse
3: Anschlussstutzen
4: Steckanschluss
5: Verrastung
6: Sockel (von Gehäuse)
7: Deckel (von Gehäuse)
8: Membran
9: elastisches Element/Feder/Blattfeder
10: Signalgeber/Magnet
11: Signalaufnehmer/Positionssensor
12: Leiterplatte
13: Zentrum (von elastischem Element)
14: Randbereich (von elastischem Element)/Rand
15: spiralförmiges Federelement
16: Aufhängung
17: Fahne (an Feder)
18, 18': Kerbe (an Fahne)
19: Klebstofftropfen

Claims

Messvorrichtung zur Messung einer Messgröße eines Fluids, insbesondere Sensor, wie Drucksensor (1), Wegsensor o. dgl., mit einem Gehäuse (2), mit einer im und/oder am Gehäuse (2) angeordneten Membran (8), mit einem elastischen Element (9) zur Rückstellung der Membran (8), mit einem mit der Membran (8) und/oder dem elastischen Element (9) in Wirkverbindung stehenden Signalgeber (10), und mit einem mit dem Signalgeber (10) zusammenwirkenden Signalaufnehmer (11), dadurch gekennzeichnet, dass das elastische Element (9) an dessen Rand (14), insbesondere lediglich an Teilen des Randes (14), am Gehäuse (2) gehalten und/oder am Gehäuse (2) befestigt ist.
Messvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das elastische Element (9) in der Art einer scheibenförmigen Blattfeder ausgestaltet ist, dass vorzugsweise die Blattfeder (9) eine im wesentlichen kreisförmige Gestalt besitzt, und dass weiter vorzugsweise die Blattfeder (9) ein vom Zentrum (13) zum Randbereich (14) der Blattfeder (9) spiralförmig verlaufendes Federelement (15) aufweist.
Messvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass am Randbereich (14) des elastischen Elements (9) wenigstens eine Fahne (17) zur Halterung und/oder zur Befestigung des elastischen Elements (9) befindlich ist, insbesondere indem die Fahne (17) durch Verkleben am Gehäuse (2) befestigbar ist.
Messvorrichtung nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Fahne (17) eine Kerbe (18), insbesondere zwei einander gegenüberliegende Kerben (18, 18'), aufweist für die Aufnahme von Klebstoff beim Verkleben,
Messvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das elastische Element (9) als ein Stanz- und/oder Biegeteil aus Metall hergestellt ist, an das insbesondere die Fahne (17) angeprägt ist.
Messvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Signalgeber (10) aus einem Magnet besteht, und dass vorzugsweise der Signalaufnehmer (11) aus einem das vom Magneten (10) erzeugte Magnetfeld detektierenden Positionssensor, insbesondere aus einem Hallsensor, besteht.
Messvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Signalgeber (10) am elastischen Element (9), insbesondere in dessen Zentrum (13) angeordnet ist, und dass vorzugsweise der Signalgeber (10) mit dem elastischen Element (9) verklebt ist.
Messvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Membran (8) und das elastische Element (9) sowie der Signalgeber (10) und der Signalaufnehmer (11) im Inneren des Gehäuses (2) angeordnet sind, und dass vorzugsweise das Gehäuse (2) einen Anschlussstutzen (3) zur Zuführung des Fluids zur Membran (8) aufweist.