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Die Erfindung betrifft eine Messvorrichtung nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
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Derartige Messvorrichtungen werden zur Messung von Messgrößen eines Fluids in der Hausgeräte- und Haustechnikindustrie verwendet. Insbesondere sind diese Messvorrichtungen für Haushaltsgeräte, wie Waschmaschinen, Geschirrspülmaschinen, Nass- und/oder Trockensaugern o. dgl. oder für sonstige wasserführende Teile von Hausgeräten, bestimmt. Beispielsweise dient eine solche Messvorrichtung zur Messung der Trübung des im Arbeitsraum des Haushaltsgeräts befindlichen, als Waschflüssigkeit verwendeten Fluids.
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Eine solche Messvorrichtung zur Messung einer Messgröße eines Fluids ist bekannt. Die Messvorrichtung besitzt ein Gehäuse. Im Gehäuse befindet sich eine Messkomponente zur Messung der Messgröße. Die Messvorrichtung wird derart im Haushaltsgerät eingebaut, dass das Gehäuse in den Arbeitsraum hineinragt und somit eine im Fluid befindliche und/oder dem Fluid ausgesetzte Oberfläche besitzt. Es besteht die Gefahr, dass im Fluid befindliche Verschmutzungen sich auf dem Gehäuse bzw. auf dessen Oberfläche ablagern und dadurch die Eigenschaften der Messvorrichtung verändern.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Messvorrichtung derart weiterzuentwickeln, dass deren Beeinträchtigung durch Verschmutzungen verringert ist.
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Diese Aufgabe wird bei einer gattungsgemäßen Messvorrichtung durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.
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Bei der erfindungsgemäßen Messvorrichtung ist wenigstens ein Teil der Oberfläche des Gehäuses, und zwar insbesondere zu dessen Benetzung durch das Fluid, hydrophil ausgestaltet. Realisiert ist dadurch vorteilhafterweise ein konstantes Benetzungsverhalten für das Fluid auf das in den Arbeitsraum hineinragende Gehäuse der Messvorrichtung. Beispielsweise ist das Benetzungsverhalten für Wasser auf der medienseitigen Oberfläche eines Trübungssensors konstant gehalten. Dadurch wird wiederum die Gefahr der Ablagerung von Verschmutzungen auf dem Gehäuse verringert. Weitere Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
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In einfacher Art und Weise kann die Hydrophilierung der Oberfläche des Gehäuses durch eine Plasmaaktivierung der Oberfläche erzeugt werden. Dabei kann es sich anbieten, dass die Plasmaaktivierung unter Sauerstoffatmosphäre und/oder unter Niederdruck vorgenommen wird. Ebenfalls in einfacher Weise kann die Hydrophilierung auch durch eine Fluorierung des Werkstoffes für das Gehäuse, insbesondere des Werkstoffes für wenigstens einen Teil der Oberfläche und/oder für die gesamte Oberfläche des Gehäuses, erzeugt werden.
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In zweckmäßiger Ausgestaltung kann das Gehäuse aus einem Gehäusekörper und einem Gehäusedeckel bestehen. Der Einfachheit halber kann die Messkomponente am und/oder im Gehäusekörper angeordnet sein. Zwecks einfacher Montage kann der Gehäusedeckel am Gehäusekörper verrastet befestigt sein.
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In einer weiteren Ausgestaltung kann es sich bei der Messkomponente um eine solche zur Messung der Trübung des Fluids handeln. In einfacher und funktionssicherer Ausgestaltung kann die Messkomponente einen Sender sowie einen Empfänger für optische Strahlung, insbesondere für Infrarot-Strahlung, sowie eine zwischen dem Sender und dem Empfänger befindliche Messstrecke für das Fluid umfassen. In kompakter Anordnung kann der Sender und/oder der Empfänger in einem Ansatz am Gehäusedeckel, insbesondere in der Art einer höckerförmigen Ausbauchung, angeordnet sein. Zweckmäßigerweise kann der Ansatz wenigstens im Bereich des Senders und/oder des Empfängers für die optische Strahlung weitgehend transparent sein.
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Zur einfachen Montage können der Sender und/oder der Empfänger auf einem in den Ansatz hineinragenden Finger einer Leiterplatte befestigt sein. Dabei kann es sich anbieten, dass die Leiterplatte im Gehäusekörper fixiert ist. In einfacher Art und Weise kann als Sender eine Leuchtdiode vorgesehen sein. Desweiteren kann es sich anbieten, dass als Empfänger ein Fototransistor verwendet ist.
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Zwecks einfacher Montage kann die Messkomponente mit einer Leiterplatte in elektrischer Verbindung stehen. Eine einfache elektrische Verbindung kann dadurch hergestellt sein, dass sich auf der Leiterplatte ein Anschlusskontakt für das von der jeweiligen Messkomponente erzeugte Signal befindet. In kompakter sowie betriebssicherer Art und Weise kann die Leiterplatte mittels eines den Anschlusskontakt umgebenden Führungsrahmens im Gehäusekörper fixierbar sein. Desweiteren kann zur einfachen Montage ein Stecker auf den Anschlusskontakt zur Signalweiterleitung, insbesondere am Führungsrahmen, aufsteckbar sein.
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Für eine besonders bevorzugte Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Messvorrichtung ist nachfolgendes festzustellen.
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Zur Reduzierung der Spülgänge im Waschprozess von Wasch- und/oder Spülmaschinen werden seit mehreren Jahren Trübungssensoren eingesetzt, die die Schmutzpartikeldichte im zu messenden Medium bestimmen und dadurch den Wassereinsatz sowie die Anzahl der Spülgänge variieren. Seit einigen Jahren wird auch die Dosiermenge von Flüssigwaschmittel damit gesteuert.
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Da diese Messung im Direktkontakt mit der Lauge und/oder mit Fremdkörpern steht, verschlechtert sich durch Anhaftungen von Flusen, Kalk und/oder Waschmittelrückständen die Sensorkennlinie während der Betriebsdauer signifikant. Deshalb muss im Prozess vor dem letzten Spülgang der neue Trübungswert von klarem Wasser in der Steuerung gespeichert werden.
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Um hierfür eine Abhilfe zu schaffen, schlägt die Erfindung vor, dass eine dauerhafte Hydrophilierung der Oberfläche des Sensors vorgenommen wird. Mit Hilfe einer solchen Hydrophilierung wird eine möglichst lange sowie eine gleichmäßige Benetzung der Oberfläche des Sensors erreicht.
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Für die Hydrophilierung können mehrere Verfahren zum Einsatz kommen, die entweder in der Fertigung direkt angewendet werden können oder als Schüttgut bei Lohnbeschichtern applizierbar sind. Somit sind die Kosten deutlich geringer und eine Umstellung in der Serie ist für den Sensor realisierbar. Zudem weist das eingesetzte Gehäusematerial die Besonderheit auf, dass nach der Oberflächenaktivierung dieser Effekt bei Lagerung lange bestehen bleibt und sich bei Einsatz des Sensors im Medium eine dauerhafte – teils sogar eine gestiegene – Hydrophilie einstellt.
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Zur Auswahl steht zum einen eine Plasmaaktivierung unter Sauerstoffatmosphäre, die direkt in der Fertigungslinie durchführbar ist. Zum anderen kann eine Aktivierung im Niederdruck vorgenommen werden, die den gleichen Effekt erzielt wie unter Atmosphäre. Jedoch sind das Aktivierungsniveau und die Aktivierungshaltbarkeit hierbei deutlich erhöht. Die Aktivierung kann außerdem im Batchverfahren durchgeführt werden.
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Als weitere Möglichkeit für die Hydrophilierung bietet sich die Fluorierung des Werkstoffes für das Gehäuse an. Dabei kann eine große Anzahl Gehäuse gleichzeitig behandelt werden, da sehr große Prozesskammern bei Lohnbeschichtern vorhanden sind. Auch die Prozessdauer ist sehr gering.
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Alle diese Verfahren bieten gute Ergebnisse, wobei jedoch für jeden Gehäusewerkstoff das optimale bzw. das noch ausreichende Verfahren ausgewählt werden kann.
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Die mit der Erfindung erzielten Vorteile bestehen insbesondere darin, dass eine deutliche Verbesserung im Langzeitverhalten der Sensorkennlinie erreichbar ist. Außerdem ist die Reduzierung der stochastischen Schmutz- und/oder Ablagerungsverteilung auf ein Minimum gegeben. Schließlich wird auch der Waschprozess durch eine bessere Nachkalibrierung oder auch den Wegfall einer Kalibrierung über die Lebensdauer des Sensors verbessert.
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Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung mit verschiedenen Weiterbildungen und Ausgestaltungen ist in den Zeichnungen dargestellt und wird im folgenden näher beschrieben. Es zeigen
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1 eine Messvorrichtung in perspektivischer Ansicht
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2 die Messvorrichtung aus 1 in Explosionsdarstellung,
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3 die Ansicht der Messvorrichtung von der Unterseite gemäß Richtung III in 1,
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4 die Ansicht der Messvorrichtung von der Oberseite gemäß Richtung IV in 1,
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5 einen Schnitt entlang der Line 5-5 in 3,
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6 einen Schnitt entlang der Linie 6-6 in 3,
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7 einen Schnitt entlang der Linie 7-7 in 4,
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8 einen Schnitt entlang der Linie 8-8 in 4 und
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9 ein Einzelteil der Messvorrichtung.
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In 1 ist eine Messvorrichtung 1 zur Messung einer Messgröße eines Fluids zu sehen. Die Messvorrichtung 1 kann in Haushaltsgeräten, wie in Waschmaschinen, in Geschirrspülmaschinen o. dgl., zum Einsatz kommen, und zwar als Sensor zur Messung von Messgrößen des als Waschflüssigkeit verwendeten Fluids im Arbeitsraum des Haushaltsgeräts. So dient vorliegend der Sensor 1 zur Messung des Drucks und/oder der Trübung und/oder der Temperatur des als Waschflüssigkeit dienenden Wassers im Arbeitsraum.
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Der Sensor 1 weist ein Gehäuse 2 auf. Das Gehäuse 2 ist mittels eines O-Rings 3 als Dichtung derart im Hausgerät angebracht, dass ein Teil des Gehäuses 2 in den Arbeitsraum hineinragt und dieser Teil der Oberfläche 37 des Gehäuses 2 dort dem Fluid ausgesetzt ist. Der andere Teil des Gehäuses 2 befindet sich außerhalb des Arbeitsraums und wird mit den elektrischen Zuleitungen für den Sensor 1 verbunden. Das Gehäuse 2 besteht gemäß 2 aus einem Gehäusekörper 4 sowie einem Gehäusedeckel 5. Der Gehäusedeckel 5 ist mittels Rasthaken 9 am Gehäusekörper 4 verrastet befestigt.
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Im Gehäuse 2 befindet sich die Messkomponente zur Messung der jeweiligen Messgröße. Wie der 2 entnommen werden kann, sind im Gehäuse 2 eine erste Messkomponente 6 zur Messung des Drucks des Fluids, eine zweite Messkomponente 7 zur Messung der Temperatur des Fluids sowie eine dritte Messkomponente 8 zur Messung der Trübung des Fluids integriert angeordnet. Somit sind mehrere Messgrößen des Fluids, wobei es sich vorzugsweise bei diesen Messgrößen um Reinigungsparameter für den Betrieb des Haushaltsgeräts handelt, gleichzeitig messbar. Die Messkomponenten 6, 7, 8 sind am und/oder im Gehäusekörper 4 angeordnet.
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Die erste Messkomponente 6 zur Druckmessung umfasst eine im und/oder am Gehäuse 2 angeordnete Membran 10, wie man in 2 sieht. Es ist weiterhin ein elastisches Element 11 zur Rückstellung der Membran 10 vorgesehen. Ein Signalgeber 12 steht mit der Membran 10 und/oder mit dem elastischen Element 11 in Wirkverbindung. Schließlich wirkt ein Signalaufnehmer 13 mit dem Signalgeber 12 zur Erzeugung der Messgröße zusammen.
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Das elastische Element 11 ist in der Art einer scheibenförmigen Blattfeder ausgestaltet, die als Einzelteil näher in 9 gezeigt ist. Die Blattfeder 11 besitzt eine kreisförmige Gestalt. Desweiteren weist die Blattfeder 11 ein vom Zentrum 36 zum Randbereich der Blattfeder 11 spiralförmig verlaufendes Federelement 35 auf. Der Signalgeber 12 ist gemäß 5 am elastischen Element 11 in dessen Zentrum 36 durch Verkleben befestigt.
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Der Signalgeber 12 besteht aus einem Magnet, und zwar vorliegend aus einem Permanentmagnet. Der Signalaufnehmer 13 wirkt mit dem Signalgeber 12 magnetisch zusammen. Hierzu besteht der Signalaufnehmer 13 aus einem das vom Magneten 12 erzeugte Magnetfeld detektierenden Positionssensor, und zwar vorliegend aus einem Hallsensor. Die Membran 10 und das elastische Element 11 sowie der Signalgeber 12 und der Signalaufnehmer 13 sind im Inneren des Gehäuses 2 angeordnet, wie man anhand der 5 erkennt.
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Zum Schutz der Membran 10 vor direktem, mechanischem Einwirken von Fremdkörpern ist ein die Membran 10 überdeckender Dom 27 am Gehäuse 2 angeordnet. Dadurch ist eine Kammer 28 im Gehäuse 2 gebildet, wie der 5 zu entnehmen ist. Damit das Fluid zur Membran 10 gelangt, weist das Gehäuse 2 bzw. der Gehäusedeckel 5 in 1 sichtbare Öffnungen 14 zur Zuführung des Fluids in die Kammer 28 auf. Genauer gesagt sind am Dom 27 gegenüberliegende, schmale Öffnungen 14 befindlich, derart dass das Fluid zur Membran 10 in der Kammer 28 gelangt. Weiterhin ist gemäß 1 oder 4 am Gehäuse 2 eine den Dom 27 umgebende Kontur 29 angeordnet, derart dass im Fluid befindliche, seitlich kommende Fremdkörper abgefangen und/oder über den innerhalb der Kontur 29 liegenden Dom 27 ablenkt werden. Die Öffnungen 14 können ebenfalls an der Kontur 29 und/oder in einer Vertiefung zwischen dem Dom 27 sowie der Kontur 29 angeordnet sein. Der Dom 27 sowie die Kontur 29 und die Vertiefung zwischen dem Dom 27 und der Kontur 29 sind am Gehäusedeckel 5 befindlich.
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Wie man in 2 sieht, umfasst die zweite Messkomponente 7 einen im und/oder am Gehäuse 2 angeordneten Temperaturfühler 15. Der Temperaturfühler 15 ist im Gehäuse 2 befestigt. Der Temperaturfühler 15 ragt in einen Gehäuseansatz 16, der in der Art einer höckerförmigen Ausbauchung ausgestaltet ist, am Gehäusedeckel 5 hinein. Vorliegend ist als Temperaturfühler 15 ein NTC-Widerstand, ein PTC-Widerstand o. dgl. vorgesehen. Zur exakten Montage ist der Temperaturfühler 15 in eine separate Bauteilfixierung 30, die aus Kunststoff besteht, eingeklemmt, wie der 5 zu entnehmen ist. Die Bauteilfixierung 30 ist durch Verpressen im Gehäuse 2 befestigt. Und zwar ist die Bauteilfixierung 30 direkt im Gehäuseansatz 16 am Gehäusedeckel 5 verpresst, wie anhand der 8 zu sehen ist.
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Der Signalaufnehmer 13 der ersten Messkomponente 6 ist auf einer abgewinkelt ausgestalteten Leiterplatte 17 befestigt. Die Leiterplatte 17 ist im Gehäusekörper 4 fixiert. Der Temperaturfühler 15 der zweiten Messkomponente 7 steht ebenfalls mit der Leiterplatte 17 in elektrischer Verbindung.
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Wie man ebenfalls in 2 sieht, umfasst die dritte Messkomponente 8 einen Sender 18 sowie einen Empfänger 19 für optische Strahlung, und zwar vorliegend für Infrarot-Strahlung, sowie eine zwischen dem Sender 18 und dem Empfänger 19 befindliche, in 6 sichtbare Messstrecke 20 für das Fluid. Der Sender 18 und/oder der Empfänger 19 sind in einem Ansatz 21, 22, der in der Art einer höckerförmigen Ausbauchung ausgestaltet ist, am Gehäusedeckel 5 angeordnet. Der Ansatz 21, 22 ist wenigstens im Bereich des Senders 18 und/oder des Empfängers 19 für die optische Strahlung weitgehend transparent. Der Sender 18 und/oder der Empfänger 19 sind auf einem in den Ansatz 21, 22 hineinragenden Finger 24 einer weiteren Leiterplatte 23 befestigt. Die Leiterplatte 23 ist im Gehäusekörper 4 fixiert. Als Sender 18 ist eine Leuchtdiode vorgesehen. Als Empfänger 19 ist ein Fototransistor verwendet.
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Auf der Leiterplatte 17, 23 befindet sich ein Anschlusskontakt für das von der jeweiligen Messkomponente 6, 7, 8 erzeugte Signal. Die Leiterplatte 17 ist mittels eines den Anschlusskontakt umgebenden Führungsrahmens 25 und die Leiterplatte 23 ist mittels eines den Anschlusskontakt umgebenden Führungsrahmens 26 im Gehäusekörper 4 fixierbar. Wie man anhand der 3 erkennt kann dann ein Stecker auf den Anschlusskontakt zur Signalweiterleitung am Führungsrahmen 25, 26 aufgesteckt werden.
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Zwecks elektrischer Isolation der Messkomponenten 6, 7, 8 kann eine zusätzliche elektrische Isolationsschicht 32 zwischen der Gehäusewandung 31 (siehe 7) des Gehäuses 2 und der jeweiligen Messkomponente 6, 7, 8 befindlich sein. Als Isolationsschicht 32 kann ein Verguss zwischen der Messkomponente 6, 7, 8 und der Gehäusewandung 31 vorgesehen sein, wobei der Verguss 32 eine Stärke von mindestens 2 mm besitzt. Dabei bietet es sich an, dass der Verguss 32 und die Gehäusewandung 31 form- und/oder stoffschlüssig aneinander gefügt sind.
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Es können auch drei elektrische Isolationsschichten zwischen der Messkomponente 6, 7, 8 und dem Fluid und/oder den weiteren elektrischen Bauteilen angeordnet sein, beispielsweise indem zusätzlich zur elektrisch isolierenden Gehäusewandung 31 zwei weitere Isolationsschichten die Messkomponente 6, 7, 8 form- und/oder stoffschlüssig aneinander gefügt umgeben. Dies ist anhand des Temperaturfühlers 15 in 7 näher zu sehen. Der Temperaturfühler 15 besitzt eine Ummantelung 33 als Isolationsschicht bzw. als elektrische Basisisolierung. Weiter weist der Temperaturfühler 15 eine elektrische Zusatzisolierung in der Art eines Vergusses 32 sowie die Gehäusewandung 31 als weitere elektrische Isolierung auf. Die Basisisolierung 33 und/oder die Zusatzisolierung 32 können aus Epoxidharz bestehen.
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Bei der dritten Messkomponente 8 zur Messung der Trübung des Fluids ist ebenfalls ein Verguss 34 als Isolationsschicht vorgesehen, wie in 6 zu sehen ist. Hierzu ist das Innere des Gehäuses 2 im Bereich des Senders 18 und/oder des Empfängers 19, und zwar am Ansatz 21, 22, mit einem für optische Strahlung weitgehend transparenten Vergoss 34 als elektrische Isolation versehen. Der Vergoss 34 besteht aus Silikonharz. Es bietet sich dabei an, den Verguss 34 für die Messkomponente 6, 7, 8 bis zur Leiterplatte 17 als elektrische Isolation vorzusehen, wie man in 5 sieht.
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Ist der Sensor 1 im Hausgerät montiert, so ist ein Teil der in 1 bezeichneten Oberfläche 37 des Gehäuses 2 dem Fluid, das im Arbeitsraum des Hausgeräts befindlich ist, ausgesetzt. Zumindest dieser Teil der Oberfläche 37, der Einfachheit halber jedoch bevorzugt die gesamte Oberfläche 37 des Gehäuses 2, ist hydrophil ausgestaltet. Dadurch ist eine verbesserte Benetzung der Oberfläche 37 durch das Fluid gegeben, so dass die Ablagerung von Fremdkörpern auf der Oberfläche 37 des Gehäuses 2 verringert ist. Die Hydrophilierung der Oberfläche 37 des Gehäuses 2 kann durch eine Plasmaaktivierung der Oberfläche 37, und zwar insbesondere unter Sauerstoffatmosphäre und/oder unter Niederdruck, erfolgen. Zur Erzeugung der Hydrophilierung kann auch eine Fluorierung des Werkstoffes an der Oberfläche 37 des Gehäuses 2 vorgenommen werden.
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Die Erfindung ist nicht auf das beschriebene und dargestellte Ausführungsbeispiel beschränkt. Sie umfasst vielmehr auch alle fachmännischen Weiterbildungen im Rahmen der durch die Patentansprüche definierten Erfindung. So kann ein solcher Sensor 1, insbesondere in der Art eines Multisensors, nicht nur für Hausgeräte sondern auch in sonstigen Anwendungen, beispielsweise in der Heizungstechnik, in der Labortechnik und/oder in der chemischen Verfahrenstechnik eingesetzt werden.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Messvorrichtung/Sensor
- 2
- Gehäuse
- 3
- O-Ring
- 4
- Gehäusekörper (von Gehäuse)
- 5
- Gehäusedeckel (von Gehäuse)
- 6
- erste Messkomponente (zur Druckmessung)
- 7
- zweite Messkomponente (zur Temperraturmessung)
- 8
- dritte Messkomponente (zur Trübungsmessung)
- 9
- Rasthaken (an Gehäusedeckel)
- 10
- Membran
- 11
- elastisches Element/Blattfeder
- 12
- Signalgeber/Magnet
- 13
- Signalaufnehmer
- 14
- Öffnung
- 15
- Temperaturfühler
- 16
- Gehäuseansatz (am Gehäusedeckel)
- 17
- Leiterplatte (für erste und zweite Messkomponente)
- 18
- Sender (für optische Strahlung)
- 19
- Empfänger (für optische Strahlung)
- 20
- Messstrecke
- 21, 22
- Ansatz (am Gehäusedeckel)
- 23
- Leiterplatte (für dritte Messkomponente)
- 24
- Finger (an Leiterplatte)
- 25, 26
- Führungsrahmen
- 27
- Dom (am Gehäuse)
- 28
- Kammer
- 29
- Kontur (am Dom)
- 30
- Bauteilfixierung (für Temperaturfühler)
- 31
- Gehäusewandung
- 32
- Isolationsschicht/Verguss/Zusatzisolierung (für Temperaturfühler)
- 33
- Ummantelung/Isolationsschicht/Basisisolierung (von Temperaturfühler)
- 34
- Verguss (für die dritte Messkomponente)
- 35
- Federelement (von Blattfeder)
- 36
- Zentrum (der Blattfeder)
- 37
- Oberfläche (von Gehäuse)
