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TECHNISCHES GEBIET
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Die Erfindung bezieht sich auf ein Sensorsystem mit einem verbessertem elektrischen Anschluss welcher schwenkbar und besonders robust ist.
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AUFGABE DER ERFINDUNG
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Es ist die Aufgabe der Erfindung, eine kostengünstige Lösung für einen elektrischen Anschluss eines Sensors zu schaffen, welcher insbesondere sehr kompakt gebaut sein soll, gleichzeitig aber oft und zyklisch gedreht wird. Darüber hinaus soll ein Aufbau zur geschaffen werden, welcher hohen Vibrationsanforderungen gerecht wird, und auch auf engstem Bauraum langlebig und robust im Einsatz seine Funktion gewährleistet. Diese Aufgaben werden mit einem System gelöst, wie in den unabhängigen Ansprüchen beschrieben ist.
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Es hat sich weiterhin herausgestellt, dass wenn man Sensoren um ihre geometrische Hauptorientierungsachse dreht, eine senkrecht dazu abgehende Kabelverbindung nicht nur auf Knickung, sondern gleichzeitig auch auf Zug belastet wird. Dies begünstigt im weiteren Einsatz Ausfälle durch Kabelbruch, und solche Ausfälle sollen mit der vorliegenden Erfindung verhindert werden.
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ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
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Erfindungsgemäß weist das Sensorsystem einen drehbaren elektrischen Anschluss auf, welcher sehr kompakt nach außen hin insbesondere auf zyklische Drehanforderung gestaltet ist.
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Hierbei wurde erstmals eine Steckverbindung geschaffen, welche die Kontaktebene eines Steckanschlusses für die Übertragung der Sensorsignale an die zentrale Sensorachse heranführt, so dass die Knickbewegung des Sensorkabels auf ein Minimum reduziert werden kann und auch bei sehr knapp bemessenem Bauraum kein Kabelbruch zu befürchten ist.
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Insbesondere durch die Orientierung der Kontaktierungsebene zum Gesamtsensorsystem konnte der Ort der Steckverbindung und Kontaktierungszone in einen Bereich gelegt werden, an dem die Spitzen von Schock und Vibration minimiert sind.
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Dies ist insbesondere in Verbindung mit Lasthebe- und Verriegelungshaken und Kraftsensoren interessant, welche in harschen Umgebungen im Einsatz sind und täglich mehrmals benutzt werden – also sehr zuverlässig funktionieren müssen, insbesondere wenn sich Personen unter den Lasten aufhalten können.
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Gemäß einem Gesichtspunkt der Erfindung weist ein Sensorsystem zur Messung von Druck, Temperatur, Kraft und/oder Füllstand Folgendes auf:
- – eine Sensorspitze, welche einen Sensor in sich aufnimmt,
- – einen Sensorkörper, welcher zumindest eine Verbindungsplatine in sich aufnimmt und einen Sensormesswert nach außen bereitstellt,
- – und einen schwenkbaren elektrischen Anschluss,
wobei durch den schwenkbaren elektrischen Anschluss nach außen der Sensormesswert elektrisch bereitgestellt wird und wobei am schwenkbaren elektrischen Anschluss eine elektrische lösbare Verbindung vorgesehen ist. Erfindungsgemäß ist der schwenkbare elektrische Anschluss relativ zum Sensorkörper um eine Achse verdrehbar, welche durch den Sensorkörper verläuft.
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Gemäß einer Ausführungsform ist der schwenkbare elektrische Anschluss zum Sensorkörper um eine Achse verdrehbar, welche relativ zu einer zentralen Erstreckungsachse des Sensorkörpers mit einem Winkel im Bereich von 5–35 Grad verschränkt ist.
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Gemäß einer Ausführungsform ist der schwenkbare elektrische Anschluss relativ zum Sensorkörper um eine Achse verdrehbar, welche im Wesentlichen parallel zu einer zentralen Erstreckungsachse des Sensorkörpers und im Wesentlichen parallel zu einer zentralen Erstreckungsachse der Sensorspitze verläuft.
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Gemäß einer Ausführungsform ist der schwenkbare elektrische Anschluss zum Sensorkörper um eine Achse verdrehbar, welche im Wesentlichen deckungsgleich zu einer zentralen Erstreckungsachse des Sensorkörpers und im Wesentlichen deckungsgleich zu einer zentralen Erstreckungsachse der Sensorspitze verläuft.
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Gemäß einer Ausführungsform weist der schwenkbare elektrische Anschluss eine lösbare elektrische Verbindung mit Steckkontakten auf, wobei die Steckkontakte in ihrer Erstreckungsachse und/oder Steckrichtung im Wesentlichen senkrecht zur Schwenkachse des schwenkbaren elektrischen Anschlusses orientiert sind.
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Gemäß einer Ausführungsform weist der schwenkbare elektrische Anschluss eine lösbare elektrische Verbindung mit Steckkontakten auf, wobei die Steckkontakte derart zurückgesetzt angeordnet sind, dass sie sich innerhalb des verlängerten bzw. projizierten Durchmessers eines Bauraums des Sensorkörpers befinden, oder dass die Ebene der elektrischen Kontaktierungszone maximal 2–10 mm, vorzugsweise 4–7 mm oder 5–6 mm von der Drehachse des schwenkbaren elektrischen Anschlusses oder des Sensorkörpers entfernt ist.
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Gemäß einer Ausführungsform ist der schwenkbare elektrische Anschluss um eine Schwenkachse mit einem Winkel von maximal 180 Grad, 140 Grad oder vorzugsweise in einem Winkel von 120 Grad schwenkbar.
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Gemäß einer Ausführungsform weist der schwenkbare elektrische Anschluss eine lösbare elektrische Verbindung mit Steckkontakten auf, wobei die vorzugsweise 4–5 vorgesehenen Steckkontakte verzinnt, versilbert oder vergoldet sind, und wobei ein Gegenstecker über ein Sicherungsmittel, vorzugsweise mit einer Überwurfmutter an den lösbaren elektrischen Steckverbindern des schwenkbaren elektrischen Anschlusses sicherbar ist.
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Gemäß einer Ausführungsform ist die elektrische Verbindung innerhalb des schwenkbaren elektrischen Anschlusses über Litzen hergestellt, welche innerhalb des Bauraums des schwenkbaren elektrischen Anschlusses in einer Schleife angeordnet sind, oder wobei die Litzen an ihren Enden nach einer Verlötung vergossen sind, oder wobei die Litzen zur Minderung einer Reibung untereinander gefettet sind.
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Gemäß einer Ausführungsform ist der schwenkbare elektrische Anschluss über ein Kugellager zum Sensorkörper axial gelagert.
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KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den beigefügten Zeichnungen gezeigt.
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1 zeigt eine Prinzipansicht eines Ausführungsbeispiels des Sensorsystems;
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2 zeigt eine Prinzipansicht eines weiteren Ausführungsbeispiels des Sensorsystems;
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3 zeigt ein Ausführungsbeispiel des Sensorsystems im Schnitt;
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4 zeigt eine Prinzipansicht eines weiteren Ausführungsbeispiels des Sensorsystems;
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5 zeigt eine Prinzipansicht eines weiteren Ausführungsbeispiels des Sensorsystems;
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6 zeigt eine Prinzipansicht eines weiteren Ausführungsbeispiels des Sensorsystems; und
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7 zeigt eine von vielen Möglichkeiten zur Begrenzung eines Schwenkwinkels des Schwenkanschlusses.
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BESCHREIBUNG DER AUSFÜHRUNGSBEISPIELE
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Im Folgenden wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen erläutert.
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1 zeigt eine Prinzipansicht, bei welcher das Sensorsystem 1 in einem Messkörper 2, hier beispielsweise als Lasthaken dargestellt, in einer Gewindezone 10 eingeschraubt ist.
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Das Sensorsystem hat einen schwenkbaren elektrischen Anschluss 3 welcher sich um die zentrale Achse 4 des Sensorsystems 1 dreht.
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Die Sensorspitze 11 vom Sensorsystem 1 welche in einen Messkörper hineinragt trägt beispielsweise einen zentralen Dehnungssensor als Kraftsensor, oder einen Temperatur-/oder Drucksensor 7 in seiner Spitze.
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Insbesondere aber hat der Messkörper 2 einen Durchmesser D2 zwischen 30 und 100 mm, vorzugsweise 50–70 mm und das Sensorsystem einen kleineren Durchmesser D1 von 20 bis 30 mm, vorzugsweise 25 bis 26 mm und das Sensorsystem eine zentrale Achse 4 welche mit der des Messkörpers identisch ist, und welche zugleich Drehachse des elektrischen Steckanschlusses 3 ist.
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Die Kontaktierungsebene 5 des Steckanschlusses, welche als Mitte alle Kontaktpunkte des Anschlusses verstanden ist hierbei nur 2–10 mm oder 3–8 mm, vorzugsweise 5,5 mm von der zentralen Achse 4 des Sensorsystems entfernt. Durch dieses kompakte Maß A kann ein Anschlussstecker 20 sehr eng auch noch in einem engen Bauraummaß BR von 150–400 mm montiert werden, das Abknicken und Vorschädigen eines Kabels 21 während der Montage wird hierdurch minimiert, insbesondere aber kann im Betrieb, bei zyklischem Drehen des Messkörpers/Lastbolzens 2 der restliche Raum optimal genutzt werden, um ein Entlasten des Kabels auch bei häufigen Schwenkbewegungen zu ermöglichen.
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Der Lasthaken in dem hier gezeigten Beispiel ist dazu geschaffen, an hervorstehenden Enden am unteren Ende eine Kraft F zeitweilig oder dauerhaft aufzunehmen, wobei diese über Dehnungen im Sensor sensiert wird, und nach außen über eine Elektronik und das Sensorkabel zu einer Anzeige gebracht wird.
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2 ist eine Prinzipansicht, welche das Sensorsystem 1 einzeln außerhalb eines Messkörpers zeigt. Insbesondere sei vermerkt, dass die Sensorspitze 1 eine Länge von L1 = 50–200 mm, 100–150 nun oder vorzugsweise 130 mm haben kann, wobei jedoch der eigentliche Sensorkörper 30, welcher auch eine Messelektronik aufnimmt nur eine Höhe von L2 = 30–60 mm oder 40–50 mm vorzugsweise aber 48 bis 50 mm hat, und der drehbare Steckabgang eine Höhe von L3 = 20–50 mm oder 30–40 vorzugsweise 35 bis 38 mm oder 36 mm hat.
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Zur Verriegelung, Einspannung und Befestigung hat das Sensorsystem außerdem eine Kontermutter 40 auf dem Gewindeabschnitt 10.
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Der als drehbarer elektrischer Steckabgang ausgebildete schwenkbare elektrische Anschluss 39 mit dem Schwenkgehäuse 31 weist außerdem rund um die Kontaktierungszone ein Außengewinde 12 auf, welches vorzugsweise mit M12 versehen ist.
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3 zeigt das Sensorsystem im Schnitt mit einem handelsüblichen M12 Sensorstecker 20, welcher in seinem Steckkörper 22 insgesamt 4 oder 5 Buchsen-Kontakte 23 mit zusätzlichem Schirmungskontakt trägt und diese innerhalb des Kabels 21 auf Litzen kontaktiert fortführt.
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Eine zusätzliche Sicherungsmutter 24 ermöglicht das Sichern des Steckers auf dem Steckerabgang des Schwenkanschlusses 31, bzw. auf dem außen angebrachten Gewinde der elektrischen Steckverbindung 12, welche auch die Kontaktierungsebene umgibt.
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Die elektrische lösbare Verbindung 12 mit Steckkontakten 3 ist auf dem Schwenkanschluss 39 insbesondere so zurückgesetzt angeordnet, so dass sich die Kontaktstifte 3 und somit die elektrische Kontaktierungszone innerhalb des verlängerten Durchmessers D1 des Bauraums des Sensorkörpers 39 befindet.
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Genauer befindet sich die Lage, Ebene der elektrischen Kontaktierungszone maximal 2–10 nun, vorzugsweis 4–7 mm oder 5–6 mm von der Drehachse 19 des Schwenkanschlusses 39 oder der Achse 4 des Sensorkörpers 38 entfernt. Die Kontaktierungszone ist somit sehr dicht an der zentralen Achse des Sensorsystems orientiert, und erfährt bei Vibration weniger Vibration, als wenn die Steckverbindung weiter entfernt, z. B. am äußeren des Gehäuses festgelegt wäre.
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Die elektrische lösbare Verbindung 12 weist vorzugsweise 4–5 Steckkontakte 3 auf, welche verzinnt, optional aber auch für erhöhte Vibrationsanforderungen versilbert oder vergoldet ausgeführt sind. Außerdem kann der Gegenstecker 20 mit einer rastenden Überwurfmutter versehen sein, welche die lösbare Steckverbindung zusätzlich gegen ungewolltes Trennen absichert.
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Es ist weiterhin möglich das Sensorsystem zusätzlich mit einer Feder- oder Zahnscheibe 51 und einer Kontermutter 50 nach dem Einschrauben in einen Sensorkörper zu sichern.
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4 zeigt das Sensorsystem zur Messung von Druck, Temperatur, Kraft, oder Füllstand bestehend aus der Sensorspitze 11 welche wie zuvor beschrieben einen Sensor in sich aufnehmen kann, sowie bestehend aus dem Sensorkörper 38 welcher im Wesentlichen aus dem Sensorgehäuse 31 gebildet wird, welcher eine oder mehrere Verbindungsplatinen 43 in sich aufnimmt und einen Sensormesswert nach außen zu einer Warte, einem Führerhaus oder einer zentralen Überwachungseinheit für Messwerte bereitstellt, welche auch eine Sicherheitseinrichtung für Kräne oder Aufzüge sein kann.
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Über dem Sensorkörper 38 ist ein elektrischer Schwenkanschluss 39 drehbar angeordnet, wobei durch den Schwenkanschluss nach außen der Sensormesswert elektrisch über Litzenverbindungen oder unter Verwendung von Folienleitern (FPC) bereitgestellt wird und wobei am Schwenkanschluss eine elektrische lösbare Verbindung in Form eines Steckabgangs mit Stiftkontakten bereitgestellt ist.
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Der Schwenkanschluss 39 wird gebildet aus dem Schwenkgehäuse 31 mit Steckerkappe 34, wobei ein auf dem Sensorgehäuse befestigter Lagerträger 32 und ein angeordnetes Kugellager 41 mit einer Hohldurchführung 49 für eine Litzenverbindung 25 zum Sensorkörper 38 den Schwenkanschluss axial drehbar zum Sensorgehäuse 30 fixiert welche durch den Sensorkörper verläuft.
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Das Kugellager ist gedichtet, und dichtet so auch das Sensorinnere gegenüber der Umwelt ab, insbesondere gewährleistet aber das Lager eine langlebige, reibungsarme Schwenkbewegung des Schwenkanschlusses, so dass insbesondere auch keine ruckartigen Bewegungen die Steckverbindung oder das nach außen verlegte Kabel (3, Nr. 21) auf Zug oder Knickung belasten.
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Zusätzlich kann eine Gleitdichtung 70 das Sensorsystem vor Staub und Schmutz schützen.
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Um die elektrische Verbindung innerhalb des Schwenkanschlusses gegen Litzenbruch oder Vibration weiter abzusichern sind die Litzen 26 innerhalb des Bauraums des Gehäuses 31 innerhalb des Schwenkanschlusses in einer einfachen Schleife welche so gelegt wird, dass diese ähnlich wie einer Uhrfeder bei Verdrehung des Schwenkanschlusses zum Sensorgehäuse auf und zu gehen kann, d. h. sich im Durchmesser die Schleife verändern kann.
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Die Relativbewegung der Litzen zueinander wird auf diese Art und Weise stark minimiert, die Lebensdauer der elektrischen Verbindung maximiert.
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Weiterhin wird die Verbindung dadurch optimiert, dass die Litzen an ihrem Anschlussbereich, an ihren Enden nach einer Verlötung vergossen sind. So wird der obere Bauraum 46 der Kappe 34 kopfüber bis zu einem Niveau 42 vergossen, und der untere Raum des Sensorgehäuses 30 bis zu einem Niveau 45, und zwar mit einem Vergussmaterial was auch die Elektronik, Platinen 43 umschließt und dabei aushärtet oder aber auch nach Verguss elastisch bleibt, und so einen Litzenbruch an dem Austritt aus dem Verguss weiter minimiert.
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Die Litzen können alternativ oder zusätzlich gegen Reibung untereinander gefettet sein. Dabei kann ein Gleitmittel vor der Montage auf die Litzen aufgebracht werden oder nach der Montage beispielsweise in den die Litzen aufnehmenden Raum eingespritzt werden.
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5 zeigt das Sensorsystem wobei der Schwenkanschluss 39 zum Sensorkörper 38 um eine Achse verdrehbar ist, welche parallel sein kann, hier sogar deckungsgleich oder identisch zu einer zentralen Erstreckungsachse des Sensorkörpers 38 und deckungsgleich oder alternativ parallel zu einer zentralen Erstreckungsachse der Sensorspitze 11 verläuft.
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Insbesondere ist die am Schwenkanschluss 39 angebrachte elektrische lösbare Verbindung 12 eine Steckverbindung mit Steckkontakten 3 wobei die Steckkontakte in ihrer Erstreckungsachse und Steckrichtung 18 senkrecht zur Schwenkachse 19 des Schwenkanschlusses 39 orientiert sind.
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Außerdem befinden sich in dieser Ausführung die Steckkontakte außerhalb eines weitergeführten Zylinders oder Durchmessers mit dem Umfang des Sensorgehäuses 30 oder des Schwenkanschlusses 39. In dieser weiteren Ausführung ist aber auch denkbar, dass sich das Sensorsystem mehrmals um seine Achse 4 dreht. Für diesen Zweck ist eine Herausführung der Kontaktzone und des kugelgelagerten Schwenkanschlusses hilfreich, da das Drehmoment oder eine Zug-/Kraft-/Knickanforderung an die Steckverbindung so minimiert werden können.
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6 zeigt den Schwenkanschluss 39 zum Sensorkörper 38 in einer gekippten Position, wobei der Schwenkanschluss um eine Achse 19 verdrehbar ist welche zur zentralen Erstreckungsachse 4 des Sensorkörpers zwischen 5 und 35 Grad, vorzugsweise 20 Grad verschränkt ist.
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Dies ist insbesondere hilfreich, wenn im weiteren Zuge Anschlusskabel nach oben befestigt werden müssen.
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Optional kann die Erstreckungsachse 37 der Sensorspitze 11 deckungsgleich zu einer zentralen Erstreckungsachse 4 des Sensorkörpers 38 verlaufen, dies ist jedoch aber auch mit einem Versatz denkbar, um weitere Bauraumoptimierungen für die Kabelverlegung zu ermöglichen.
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So ist auch denkbar das im Bereich 29 die Sensorspitze 11 nicht zentral an das Sensorgehäuse 30 mündet, sondern mit Versatz angebracht ist.
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7 zeigt eine von vielen Möglichkeiten, wie ein Schwenkwinkel des Schwenkanschlusses begrenzt werden kann:
Hier ist dies durch 2 gefräste oder gestanzte Bauteile realisiert, die durch einen entsprechenden Freiraum zueinander einen Schwenkwinkel von maximal 180 Grad, 140 Grad oder vorzugsweise einen Winkel von 120 Grad erlauben.
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Gleichfalls kann das auch durch einen Stiftanschlag in einer nierenförmigen Ausformung des Gegenstücks oder zu einem anderen Anschlag realisiert sein.
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Die Erfindung ist nicht auf die vorhergehenden ausführlichen Ausführungsbeispiele beschränkt. Sie kann in dem Umfang der nachfolgenden Ansprüche modifiziert werden. Ebenfalls können einzelne Aspekte aus den Unteransprüchen miteinander kombiniert werden.
