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Die Erfindung betrifft einen Sensoranschluss zur Befestigung an einer Rohrleitung nach der im Oberbegriff von Anspruch 1 näher definierten Art.
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Sensoren müssen beispielsweise zu Messzwecken häufig an Rohrleitungen angeschlossen werden. Ein Beispiel ist dabei in der
DE 10 2008 001 949 A1 genannt. Dort handelt es sich um einen Anodenkreislauf eines Brennstoffzellensystems, bei welchem an eine Rohrleitung aus Aluminium ein entsprechender Sensoranschluss angebracht werden kann. Ein solcher Sensoranschluss kann beispielsweise verschraubt angebracht werden. In der Praxis ist es häufig auch üblich, die Sensoranschlüsse anzuschweißen.
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Insbesondere bei Brennstoffzellensystemen ist es nun so, dass Rohrleitungen häufig aus Synthesekautschuk, beispielsweise EPDM (Ethylenpropylendien-Kautschuk) hergestellt sind. Bei derartigen Leitungen lassen sich Sensoranschlüsse über Schweißverbindungen nicht anbringen. Tauscht man diese Leitungen nun gegen ein Material aus, welches geschweißt werden kann, beispielsweise Edelstahl oder PVDF (Polyvinylidenfluorid), dann ist dies sehr aufwändig, da die im Serieneinsatz üblichen Rohrleitungen aus EPDM durch diese speziell angefertigten Rohrleitungen zu Messzwecken ausgetauscht werden müssen. Häufig lassen sich Biegeradien in den beiden genannten Materialien nicht genau in der Art realisieren, wie in EPDM, sodass zusätzlich ein vergrößertes Bauvolumen notwendig ist, was einen gravierenden Nachteil darstellt, an dem System dann nicht mehr im Originalzustand gemessen werden kann.
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Die Aufgabe der hier vorliegenden Erfindung besteht nun darin, einen Sensoranschluss zu schaffen, welcher diese Nachteile vermeidet, und welcher insbesondere zum Einsatz in Rohrleitungen aus einem nicht schweißbaren Material, insbesondere in Brennstoffzellensystemen, verwendet werden kann.
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Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch einen Sensoranschluss gemäß dem Kennzeichen des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen des Sensoranschlusses ergeben sich aus den hiervon abhängigen Unteransprüchen. Außerdem ist eine bevorzugte Verwendung eines derartigen Sensoranschlusses in Anspruch 8 angegeben. Bevorzugte Weiterbildungen der Verwendung ergeben sich aus den hiervon abhängigen Unteransprüchen.
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Der erfindungsgemäße Sensoranschluss zur Befestigung einer Rohrleitung sieht es vor, dass die Rohrleitung, wie auch im Stand der Technik, mit einer Öffnung versehen wird, über welche ein Sensor mit dem Inneren der Rohrleitung in Verbindung steht. Dies kann beispielsweise ein Drucksensor sein, sodass über die Öffnung lediglich eine Fluidverbindung hergestellt wird. Es kann bei anderen Sensoren, beispielsweise bei einem Temperatursensor, jedoch auch sinnvoll sein, dass dieser durch die Öffnung hindurch in die Strömung ragt, um die Temperatur beispielsweise im Zentrum einer Flüssigkeits- oder Gasströmung in der Rohrleitung zu messen. Erfindungsgemäß ist es dabei so, dass in der Rohrleitung ein Aufnahmeelement positioniert ist, welches auf seiner dem Inneren der Rohrleitung zugewandten Seite einen größeren Durchmesser als die Öffnung aufweist, und welches auf der anderen Seite durch die Öffnung ragt, wobei das Aufnahmeelement über ein Spannelement auf der Außenseite der Rohrleitung gehalten ist. Das Aufnahmeelement wird also im demontierten Zustand des Aufbaus in die Rohrleitung eingebracht und ragt von innen durch die Öffnung, welche zur Herstellung einer Verbindung des Sensors mit dem Inneren der Rohrleitung ohnehin notwendig ist. Das Anschlusselement wird dann über ein geeignetes Spannelement von außen entsprechend gehalten, sodass über an dem Anschlusselement der Sensor angeschlossen werden kann, um so beispielsweise Drücke und/oder Temperaturen im Inneren der Rohrleitung zu messen.
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Der erfindungsgemäße Sensoranschluss lässt sich dabei unabhängig vom Material der Rohrleitung einsetzen, da dieser lediglich geklemmt wird und nicht beispielsweise geschweißt werden muss. Das Material der Rohrleitung, in welche er eingesetzt wird, spielt damit keine oder eine untergeordnete Rolle, sodass der erfindungsgemäße Sensoranschluss sehr vielseitig einsetzbar ist.
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In einer vorteilhaften Weiterbildung des erfindungsgemäßen Sensoranschluss kann es dabei vorgesehen sein, dass das Spannelement als Mutter ausgebildet wird, welcher auf ein Außengewinde des durch die Öffnung ragenden Teils des Aufnahmeelements aufgeschraubt ist. Dieser Aufbau ist besonders einfach und effizient, da das Aufnahmeelement einfach von innen durch die Öffnung in der Rohrleitung eingesetzt und von außen über eine Mutter entsprechend festgezogen wird. Je nach Material der Rohrleitung können dabei zusätzliche Dichtungen beispielsweise zwischen der inneren Fläche der Wandung der Rohrleitung und dem ihr zugewandten Teil des Anschlusselements sinnvoll oder notwendig sein. Wird der erfindungsgemäße Sensoranschluss beispielsweise in Rohrleitungen aus Synthese-Kautschuk, wie beispielsweise EPDM, eingesetzt, dann erübrigt sich der Einsatz einer Dichtung, weil durch die Elastizität des EPDMs eine ausreichende Abdichtung erfolgt.
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In einer weiteren sehr günstigen Ausgestaltung hiervon ist es dabei vorgesehen, dass das Aufnahmeelement auf seiner über die Mutter im aufgeschraubten Zustand hinausgehenden Teil einen Haltebereich aufweist, welcher zum vorübergehenden Halten mittels eines Werkzeugs ausgebildet ist. Ein solcher Haltebereich kann beim Aufschrauben der Mutter hilfreich sein. Er kann beispielsweise als Außensechskant ausgebildet sein, sodass das Anschlusselement verdrehfest gegenüber der Mutter beim Anziehen derselben festgehalten werden kann.
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In einer vorteilhaften Weiterbildung hiervon ist es dabei vorgesehen, dass das Anschlusselement ein Innengewinde aufweist. Über ein solches Innengewinde kann beispielsweise ein Sensor direkt oder über einen Adapter in das Anschlusselement eingeschraubt werden, sodass auf weitere Befestigungs- und Abdichtungsmaßnahmen weitgehend verzichtet werden kann.
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Die Verwendung des erfindungsgemäßen Sensoranschlusses ist dabei sehr vielseitig. Insbesondere soll die Verwendung des erfindungsgemäßen Sensoranschlusses zur Befestigung eines Sensors an einer Rohrleitung eingesetzt werden, welche aus einem nicht schweißbaren Material, insbesondere einem Synthese-Kautschuk, ausgebildet ist. Eine solche Rohrleitung kann beispielsweise aus EPDM ausgebildet sein. Für eine Rohrleitung aus EPDM ist der erfindungsgemäße Sensoranschluss von besonderem Vorteil, da materialbedingt ein Anschweißen eines Sensorports nicht möglich ist. Durch den erfindungsgemäßen Sensoranschluss kann dennoch ein Sensor angebracht werden, ohne dass die Rohrleitung, beispielsweise für wissenschaftliche Messzwecke an einem ansonsten nicht mit Sensoren ausgestatteten System, gegen eine Rohrleitung aus einem anderen Material ausgetauscht werden muss.
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Eine besonders bevorzugte Verwendung des erfindungsgemäßen Sensoranschlusses liegt dabei im Bereich einer Rohrleitung, welche zur Medienführung in einem Brennstoffzellensystem, insbesondere in einem Brennstoffzellensystem in einem Fahrzeug, ausgebildet ist. Eine solche Rohrleitung kann beispielsweise mit Edukten, Produkten oder Kühlmittel, welche zu oder von der Brennstoffzelle strömen, gefüllt sein. Um sicher über Temperatur, Drücke, Stoffkonzentrationen oder dergleichen Aussagen treffen zu können, kann es nun insbesondere zu Testzwecken und bei der wissenschaftlichen Arbeit mit derartigen Brennstoffzellensystemen notwendig sein, an zahlreichen Stellen innerhalb des Systems Sensoren anzubringen. Um dabei den herkömmlichen Aufbau des Brennstoffzellensystems, wie er beispielsweise in einem Fahrzeug eingesetzt wird, nicht oder nicht nachhaltig zu stören, sollte das System möglichst unverändert bleiben. Nun sind in Brennstoffzellensystemen Rohrleitungen typischerweise aus EPDM ausgeführt und über entsprechend kurze Biegeradien und kurze Leitungslängen in einem sehr engen Aufbau zusammengefügt, da insbesondere beim Einsatz in Fahrzeugen der kompakte Aufbau eines Brennstoffzellensystems eine entscheidende Rolle spielt. Müssten nun einzelne Elemente der Rohrleitung, beispielsweise durch Rohrleitungen aus Edelstahl oder PVDF ausgetauscht werden, um daran Sensoranschlüsse anschweißen zu können, dann würde der Aufbau des Systems nachhaltig verändert, da diese Leitungen typischerweise mit anderen Biegeradien hergestellt werden müssen und zumindest einen Teil der Elastizität der EPDM Leitungen vermissen lassen. Die gewonnenen Messwerte würden damit nicht exakt die Messwerte sein, welche in dem regulär aufgebauten System vorliegen. Dieser Problematik kann über den erfindungsgemäßen Sensoranschluss in besonders einfacher und effizienter Art und Weise abgeholfen werden, da er für den Einsatz in jeder Form von Rohrleitung geeignet ist, insbesondere auch dann, wenn diese aus einem nicht schweißbaren Material besteht. Er ist dabei dennoch sehr klein und kompakt, sodass er kaum mehr Bauraum benötigt, als es ein angeschweißter Sensoranschluss tun würde.
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Weitere vorteilhafte Weiterbildungen und Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Sensoranschlusses ergeben sich aus den restlichen abhängigen Unteransprüchen und werden anhand des Ausführungsbeispiels deutlich, welches nachfolgend unter Bezugnahme auf die Figuren näher beschrieben wird.
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Dabei zeigen:
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1 einen Schnitt durch eine mögliche Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Sensoranschlusses;
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2 eine mögliche Verwendung des erfindungsgemäßen Sensoranschlusses in einem ersten Ausführungsbeispiel; und
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3 eine mögliche Verwendung des erfindungsgemäßen Sensoranschlusses in einem zweiten Ausführungsbeispiel.
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In der Darstellung der 1 ist ein Sensoranschluss 1 gemäß der Erfindung zu erkennen. Der Sensoranschluss 1 sitzt dabei in einer nur teilweise dargestellten Rohrleitung 2, welche beispielsweise als Kühlwasserleitung, Zuluftleitung, Abluftleitung oder dergleichen in einem Brennstoffzellensystem ausgebildet ist. Wie bei Brennstoffzellensystemen typisch, besteht die Rohrleitung 2 dabei aus einem Synthese-Kautschuk, insbesondere aus EPDM. In eine Wandung 3 der Rohrleitung 2 ist eine Öffnung 4 eingebracht, durch welche der Sensoranschluss 1 ragt. Dieser besteht im Wesentlichen aus einem Anschlusselement 5, welches einen im Inneren der Rohrleitung 2 liegenden Teil 6 aufweist, welcher in seinem Durchmesser größer als die Öffnung 4 ausgebildet ist, und welcher auf seiner der Wandung 3 der Rohrleitung 2 zugewandten Seite eine mit der Wandung 3 der Rohrleitung korrespondierende Form aufweist. Neben diesem Teil 6 des Anschlusselements 5 weist das Anschlusselement 5 außerdem einen durch die Öffnung 4 hindurchragenden Teil 7 auf. Dieser Teil 7 des Anschlusselements 5 ist in seinem in der Darstellung der 1 unteren Bereich mit einem Außengewinde 8 versehen. Bei der Montage wird nun eine Mutter 9 als Spannelement auf dieses Außengewinde 8 aufgeschraubt, wobei im in 1 oben dargestellten Bereich des Teils 7 des Anschlusselements 5 ein Haltebereich 10 angeordnet ist, welcher beispielsweise als Außensechskant ausgebildet ist, sodass mit einem Schraubenschlüssel im Bereich der Mutter 9 und einem Schraubenschlüssel in dem Haltebereich 10 die Mutter 9 leicht angezogen werden kann.
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In dem dargestellten Ausführungsbeispiel der 1 weist die Mutter in Richtung der Rohrleitung 2 außerdem einen Überstand 11 auf, welcher in das Material der Wandung 3 der Rohrleitung 2 hineingedrückt wird und so für eine abdichtende Verbindung sorgt. Dies ist insbesondere durch den Einsatz von EPDM als Material der Rohrleitung 2 möglich. Im Bereich des Außengewindes 8 in dem Teil 7 des Anschlusselements 5 befindet sich ferner eine Nut 12, welche in dem dargestellten Ausführungsbeispiel als V-förmige Nut ausgebildet ist. Über eine Gewindebohrung in der Mutter 9 kann nach erfolgtem Aufschrauben der Mutter 9 ein Gewindestift 13 durch die Mutter 9 geschraubt werden, um so die Mutter 9 mechanisch gegen ein Lösen zu sichern. Der Gewindestift 13 kann beispielsweise eingeklebt sein, sofern dies aufgrund von Vibrationen oder dergleichen notwendig sein sollte. Das Anschlusselement 5 ist dabei hohl ausgebildet, sodass das Innere der Rohrleitung 2 nun über das Anschlusselement 5 mit dem Äußeren der Rohrleitung 2 verbunden ist. Im Bereich des Anschlusselements 5 kann beispielsweise ein Innengewinde 14 vorgesehen sein. In diesem Innengewinde 14 kann beispielsweise ein Drucksensor 15 aufgenommen werden, wie er in der beispielhaften Darstellung der 2 angedeutet ist. Für den Drucksensor, welcher über einen Aufnahmeadapter 16 an das Anschlusselement 5 angeschraubt ist, reicht es dabei aus, wenn der Drucksensor 15 in fluidischer Verbindung über das hohl ausgebildete Anschlusselement 5 mit dem Innenraum der Rohrleitung 2 steht.
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In der Darstellung der 3 ist ein anderes Ausführungsbeispiel gezeigt, bei welchem ein Temperatursensor 17 durch das hohl ausgeführte Anschlusselement 5 ragt und ebenfalls über einen Adapter 16 und eine Überwurfmutter mit geeigneter Dichtung befestigt ist. Die Spitze des Temperatursensors 17 ragt dabei bis in die Mitte der Strömung in der Rohrleitung 2, sodass die dort auftretende Temperatur erfasst werden kann.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102008001949 A1 [0002]
