DE102016104920B4

DE102016104920B4 - Verfahren zur Fertigung eines optischen Sensors zur Trübungsmessung

Info

Publication number: DE102016104920B4
Application number: DE102016104920.4A
Authority: DE
Inventors: Christoph Bönneken
Original assignee: Krohne Messtechnik GmbH and Co KG
Current assignee: Krohne Messtechnik GmbH and Co KG
Priority date: 2016-03-16
Filing date: 2016-03-16
Publication date: 2024-02-08
Anticipated expiration: 2036-03-17
Also published as: DE102016104920A1

Abstract

Verfahren zur Fertigung eines optischen Sensors (1) zur Trübungsmessung eines Mediums, mit einem Sensorkopf (2) und mit einer Sensorkopfaufnahme (3) zur Aufnahme des Sensorkopfes (2) im montierten Zustand des Sensors (1), wobei der Sensorkopf (2) eine Sendeeinheit (4) zum Aussenden eines elektromagnetischen Signals und eine Empfangseinheit (5) zum Empfangen eines elektromagnetischen Signals aufweist und wobei die Sendeeinheit (4) und die Empfangseinheit (5) über eine optische Wegstrecke miteinander in Verbindung stehen, umfassend die folgenden Verfahrensschritte:Bereitstellung (100) eines separaten Sendegehäuseteils (6) und eines separaten Empfangsgehäuseteils (7),Bestückung (110) des Sendegehäuseteils (6) mit der Sendeeinheit (4) und des Empfangsgehäuseteils (7) mit der Empfangseinheit (5),Verbindung (120) des Sendegehäuseteils (6) und des Empfangsgehäuseteils (7) zu dem Sensorkopf (2) wobei das Sendegehäuseteil (6) und das Empfangsgehäuseteil (7) durch das Verbinden in unmittelbaren Kontakt miteinander gebracht werden,Ausformung (130) eines Anschlusses (9) zur Befestigung des Sensorkopfes (2) mit der Sensorkopfaufnahme (3) des optischen Sensors (1) an dem Sendegehäuseteil (6) und an dem Empfangsgehäuseteil (7),Montierung (140) des Sensorkopfes (2) und der Sensorkopfaufnahme (3) zu dem optischen Sensor (1).

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Fertigung eines optischen Sensors zur Trübungsmessung eines Mediums, mit einem Sensorkopf und mit einer Sensorkopfaufnahme zur Aufnahme des Sensorkopfes im montierten Zustand des Sensors, wobei der Sensorkopf eine Sendeeinheit zum Aussenden eines elektromagnetischen Signals und eine Empfangseinheit zum Empfangen eines elektromagnetischen Signals aufweist und wobei die Sendeeinheit und die Empfangseinheit über eine optische Wegstrecke miteinander in Verbindung stehen.
Optische Sensoren der vorgenannten Art sind aus dem Stand der Technik bekannt und finden ihre Verwendung beispielsweise in der Lebensmittel- und Getränkeindustrie sowie der Pharmaindustrie, der Trinkwasserindustrie zur Überprüfung der Qualität des Trinkwassers und in der Abwasserindustrie zur Überwachung von Kläranlagen oder Abwasserleitungen.
Trübungssensoren umfassen mindestens eine Sendeeinheit mit einem Sender und eine Empfangseinheit mit einem Empfänger. Der Sender, beispielsweise eine LED, sendet ein elektromagnetisches Signal einer bekannten Intensität aus. Der Empfänger detektiert das von dem Sender ausgesandte Signal; Sendeeinheit und Empfangseinheit müssen über eine optische Wegstrecke miteinander in Verbindung stehen, damit der Empfänger das von dem Sender ausgesandte Signal detektieren kann. Zwischen der Sendeeinheit und der Empfangseinheit befindet sich das zu vermessende Medium, sodass das Signal das Medium durchqueren muss.
Grundsätzlich wird unterschieden zwischen Durchlichtmessverfahren, bei denen die Schwächung eines durchgehenden Signals gemessen wird, und Streulichtmessverfahren, bei denen die Seitwärtsstreuung des Signals gemessen wird.
Sich in dem Medium befindliche Partikel sorgen für Streuung und/oder Reflexion des Signals und damit zu einer Intensitätsabschwächung eines Direktstrahls und einer Intensitätserhöhung von Streuanteilen. Diese Intensitätsänderung ist ein Maß für die Trübung des Mediums, da die Partikel verantwortlich für die Trübung des Mediums sind.
Aus der DE 84 32 914 Ul ist ein optischer Sensor zur Trübungsmessung bekannt, der sowohl ein Sendegehäuseteil als auch ein Empfangsgehäuseteil aufweist, die über ein Endteil miteinander verbunden sind. An das Endteil schließt sich ein Verlängerungsrohr an, an dessen Ende sich ein Steckverbinder befindet. Der Steckverbinder wird mittels einer Überwurfmutter und Befestigungselementen mit einem Anschlusskopf verbunden.
Auch die DE 28 26 166 C2 offenbart einen optischen Sensor zur Trübungsmessung. Der Sensor weist einen Sendegehäuseteil und einem Empfangsgehäuseteil auf, die durch eine Platte miteinander verbunden sind. Sendegehäuseteil und Empfangsgehäuseteil sind durch Ausnehmungen eines umfassenden Sensorgehäuses durchgeführt, wobei die verbindende Platte innerhalb des Sensorgehäuses angeordnet ist.
Weitere optische Sensoren zur Trübungsmessung sind aus den Druckschriften US 4 725 148 A und DE 10 2008 028 058 A1 bekannt.
In vielen Sensoren sind die Sendeeinheit und die Empfangseinheit nah zueinander angeordnet, der Abstand beträgt weniger als 20 mm. Bei der Fertigung der Sensoren wird das mechanisch fertig bearbeitete Sensorkopfteil mit der Sendeeinheit und der Empfangseinheit bestückt. Die Bestückung erfolgt in der Regel über einen schmalen Arbeitsspalt, der nachträglich geschlossen, beispielsweise verschweißt wird. Für diese Fertigung ist aufgrund der kleinen Dimensionen und des geringen Platzes viel Geschick und Feingefühl erforderlich, sie ist aufwendig und komplex.
Demnach ist es die Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zur Fertigung eines optischen Sensors zur Trübungsmessung eines Mediums anzugeben, mit dem die aus dem Stand der Technik bekannten komplexen Arbeitsschritte umgangen werden.
Die Aufgabe ist zunächst und im Wesentlichen dadurch gelöst, dass das erfindungsgemäße Verfahren die folgenden Verfahrensschritte umfasst:

Bereitstellung eines separaten Sendegehäuseteils und eines separaten Empfangsgehäuseteils,
Bestückung des Sendegehäuseteils mit der Sendeeinheit und des Empfangsgehäuseteils mit der Empfangseinheit,
Verbindung des Sendegehäuseteils und des Empfangsgehäuseteils zu dem Sensorkopf, wobei das Sendegehäuseteil und das Empfangsgehäuseteil durch das Verbinden in unmittelbaren Kontakt miteinander gebracht werden,
Ausformung eines Anschlusses zur Befestigung des Sensorkopfes mit der Sensorkopfaufnahme des optischen Sensors an dem Sendegehäuseteil und an dem Empfangsgehäuseteil,
Montierung des Sensorkopfes und der Sensorkopfaufnahme zu dem optischen Sensor.

Wenn vorliegend von der Bereitstellung eines Sendegehäuseteils die Rede ist - die folgenden Ausführungen beziehen sich auch auf das Empfangsgehäuseteil bzw. auf die Bereitstellung des Empfangsgehäuseteils -, dann kann dieser Verfahrensschritt ebenfalls die Fertigung des Sendegehäuseteils aus einem Rohmaterialblock umfassen. Ebenfalls denkbar ist, dass die Bereitstellung lediglich darin besteht, ein bereits vorgefertigtes Sendegehäuseteil zur Verfügung zu stellen, ohne selbst die Fertigung mit zu umfassen. Die Bereitstellung kann auch bedeuten, dass ein bereits teilweise vorgefertigtes Gehäuseteil noch weiter- oder nachbearbeitet wird. Nach Abschluss dieses Verfahrensschrittes steht jedenfalls ein Sendegehäuseteil zur Verfügung, das für weitere Verfahrensschritte geeignet ist.
Die Vorteile des erfindungsgemäßen Verfahrens werden nachfolgend erläutert Sie werden besonders dann deutlich, wenn die Verfahrensschritte in bestimmter Reihenfolge durchgeführt werden. Eine Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens ist demnach dadurch gekennzeichnet, dass die Verfahrensschritte in der folgenden Reihenfolge durchgeführt werden:

Bereitstellung eines separaten Sendegehäuseteils und eines separaten Empfangsgehäuseteils, Bestückung des Sendegehäuseteils mit der Sendeeinheit und des Empfangsgehäuseteils mit der Empfangseinheit, Verbindung des Sendegehäuseteils und des Empfangsgehäuseteils zu dem Sensorkopf, wobei das Sendegehäuseteil und das Emfangsgehäuseteil durch das Verbinden in unmittelbaren Kontakt miteinander gebracht werden, Ausformung eines Anschlusses zur Befestigung des Sensorkopfes mit der Sensorkopfaufnahme des optischen Sensors an dem Sendegehäuseteil und an dem Empfangsgehäuseteil, Montierung des Sensorkopfes und der Sensorkopfaufnahme zu dem optischen Sensor.

Bei der beschriebenen Ausführungsform werden also im ersten Schritt das Sendegehäuseteil und das Empfangsgehäuseteil bereitgestellt, bevor sie im zweiten Schritt mit der Sendeeinheit bzw. der Empfangseinheit bestückt werden. Die Bestückung der Gehäuseteile mit der jeweiligen Einheit im zweiten Verfahrensschritt hat den Vorteil, dass die Gehäuseteile noch separat sind und so eine Bestückung einfach durchgeführt werden kann, ohne kniffelige Arbeiten auf kleinstem Raum durchführen zu müssen. Erst wenn die einzelnen Gehäuseteile mit den jeweiligen Einheiten bestückt sind, werden sie im dritten Verfahrensschritt zu dem Sensorkopf verbunden. Der vierte Verfahrensschritt dient der Ausformung des Anschlusses zur Befestigung des Sensorkopfes mit der Sensorkopfaufnahme. Da das Sendegehäuseteil bereits mit dem Empfangsgehäuseteil verbunden ist, wird der Anschluss an beiden Gehäuseteilen gleichzeitig ausgeformt. Im letzten Verfahrensschritt werden dann der Sensorkopf und die Sensorkopfaufnahme zu dem optischen Sensor montiert. Wie genau die Montage durchgeführt werden muss, ist abhängig von der Art des ausgeformten Anschlusses, also ob es sich beispielsweise um einen Steckanschluss oder um ein Gewinde handelt.
Die Vorteile des erfindungsgemäßen Verfahrens lassen sich auch dann nutzen, wenn die Reihenfolge der Verfahrensschritte gegenüber der bisher beschriebenen Ausführungsform verändert wird.
Eine weitere Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens ist dadurch gekennzeichnet, dass die Verfahrensschritte in der folgenden Reihenfolge ausgeführt werden:

Bereitstellung eines separaten Sendegehäuseteils und eines separaten Empfangsgehäuseteils, Ausformung eines Anschlusses zur Befestigung des Sensorkopfes mit der Sensorkopfaufnahme des optischen Sensors an dem Sendegehäuseteil und an dem Empfangsgehäuseteil, Bestückung des Sendegehäuses mit der Sendeeinheit und des Empfangsgehäuseteils mit der Empfangseinheit, Verbindung des Sendegehäuseteils und des Empfangsgehäuseteils zu dem Sensorkopf, wobei das Sendegehäuseteil und das Emfangsgehäuseteil durch das Verbinden in unmittelbaren Kontakt miteinander gebracht werden, Montierung des Sensorkopfes und der Sensorkopfaufnahme zu dem optischen Sensor.

Gegenüber der vorherigen Ausführungsform unterscheidet sich diese Ausführungsform dadurch, dass die Ausformung des Anschlusses zur Befestigung des Sensorkopfes mit der Sensorkopfaufnahme durchgeführt wird, bevor das Sendegehäuseteil mit der Sendeeinheit und das Empfangsgehäuseteil mit der Empfangseinheit bestückt und beide Gehäuseteile miteinander verbunden werden. Auch bei dieser Ausführungsform erfolgt die Bestückung vor der Verbindung, so dass die Bestückung auf unkomplizierte Art und Weise erfolgen kann. Diese Reihenfolge hat beispielsweise den Vorteil, dass die einzelnen Werkstücke, also Sendegehäuseteil und Empfangsgehäuseteil, weniger oft in den zum Einsatz kommenden Bearbeitungsmaschinen umgespannt werden müssen.
Eine weitere Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens ist durch eine weitere Reihenfolge der Verfahrensschritte gekennzeichnet, nämlich durch die folgende Reihenfolge:

Bereitstellung eines separaten Sendegehäuseteils und eines separaten Empfangsgehäuseteils, Bestückung des Sendegehäuseteils mit der Sendeeinheit und des Empfangsgehäuseteils mit der Empfangseinheit, Ausformung eines Anschlusses zur Befestigung des Sensorkopfes mit der Sensorkopfaufnahme des optischen Sensors an dem Sendegehäuseteil und an dem Empfangsgehäuseteil, Verbindung des Sendegehäuseteils und des Empfangsgehäuseteils zu dem Sensorkopf, wobei das Sendegehäuseteil und das Emfangsgehäuseteil durch das Verbinden in unmittelbaren Kontakt miteinander gebracht werden, Montierung des Sensorkopfes und der Sensorkopfaufnahme zu dem optischen Sensor.

Diese Ausführungsform unterscheidet sich von der vorhergenannten lediglich dadurch, dass die Bestückung des Sendegehäuseteils mit der Sendeeinheit und des Empfangsgehäuseteils mit der Empfangseinheit vor der Ausformung des Anschlusses zur Befestigung des Sensorkopfes erfolgt.
Alle drei bisher ausgeführten Ausführungsformen haben gemein, dass die Bestückung des Sendegehäuseteils mit der Sendeeinheit und des Empfangsgehäuseteils mit der Empfangseinheit vor dem Verbinden der beiden Gehäuseteile zu dem Sensorkopf erfolgt. Die Verbindung der beiden Gehäusehälften selbst kann auf verschiedene Art erfolgen. Eine Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens ist dadurch gekennzeichnet, dass die Verbindung des Sendegehäuseteils und des Empfangsgehäuseteils durch Kleben, Schrauben, Löten oder Schweißen realisiert wird.
Als vorteilhaft hat sich insbesondere in Verbindung mit einem Verkleben von Sendegehäuseteil und Empfangsgehäuseteil, jedoch nicht reduziert auf das Verkleben, herausgestellt, wenn das Sendegehäuseteil und das Empfangsgehäuseteil mit Passstiftbohrungen zur Aufnahme von Passstiften ausgestaltet werden. Eine weitere Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist also dadurch gekennzeichnet, dass zwei weitere Verfahrensschritte durchgeführt werden, nämlich die Ausgestaltung von Passstiftbohrungen zur Aufnahme von Passstiften an dem Sendegehäuseteil und an dem Empfangsgehäuseteil und das Einfügung von Passstiften in die Passstiftbohrungen vor der Verbindung des Sendegehäuseteils und des Empfangsgehäuseteils.
Die Passstiftbohrungen werden bevorzugt an miteinander korrespondierenden Bereichen der beiden Gehäuseteile ausgestaltet, also in Bereichen, die sich beim Verbinden gegenüberliegen. Vor dem Verbinden des Sendegehäuseteils und des Empfangsgehäuseteils werden dann Passstifte in die Bohrungen eingefügt; bevorzugt wird jeweils ein Passstift pro „Passstiftbohrungspaar“ verwendet, so dass sich im verbundenen Zustand jeder Passstift teilweise in dem Sendegehäuse und teilweise in dem Empfangsgehäuse befindet.
Die Verwendung von Passstiften hat den Vorteil, dass das Verbinden präzise und passgenau durchgeführt werden kann. Insbesondere beim Verkleben haben die Passstifte den weiteren Vorteil, dass die Gehäuseteile während der Trockenphase des Klebers nicht gegeneinander verrutschen können. Des Weiteren sorgen die Passstifte für eine erhöhte Stabilität.
Auch die Ausformung des Anschlusses zur Befestigung des Sensorkopfes mit der Sensorkopfaufnahme des optischen Senders an dem Sendegehäuseteil und an dem Empfangsgehäuseteil kann verschieden realisiert werden.
Eine Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens sieht vor, dass die Ausformung des Anschlusses zumindest teilweise durch ein spanabhebendes Verfahren - insbesondere durch Fräsen, Drehen und/oder Gewindescheiden - realisiert wird.
Ebenfalls vorgesehen ist in einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens, dass die Ausformung des Anschlusses zumindest teilweise durch ein nicht spanabhebendes Verfahren - insbesondere durch Stanzen oder Ätzen - und/oder durch ein verbindendes Verfahren - insbesondere Schweißen oder Löten - realisiert wird.
Bei der Ausformung des Anschlusses können auch mehrere Verfahren miteinander kombiniert werden.
Die Wahl der Methode zur Ausformung des Anschlusses ist dabei unabhängig davon, ob die Ausformung erfolgt, wenn Sendegehäuseteil und Empfangsgehäuseteil schon verbunden sind, oder ob die Ausformung an den noch einzelnen Gehäuseteilen erfolgt. Vielmehr ist die Wahl der Methode abhängig von der konkreten Ausgestaltung des zu formenden Anschlusses. Bei der Ausformung des Anschlusses als Gewinde bietet sich beispielsweise ein spanabhebendes Verfahren an, insbesondere das Drehen oder Gewindeschneiden.
Funktionsnotwendig ist, dass die Sensorkopfaufnahme einen zu dem Sendegehäuseteil und dem Empfangsgehäuseteil ausgeformten Anschluss zur Befestigung des Sensorkopfes mit der Sensorkopfaufnahme korrespondierend ausgeformten Gegenpart aufweist.
In den nachfolgenden Ausführungen sollen die Sendeeinheit und die Empfangseinheit als solche betrachtet werden. Sowohl die Sendeeinheit als auch die Empfangseinheit umfassen ein separates Gehäuse. In dem Gehäuse der Sendeeinheit befindet sich der eigentliche Sender, der das Herzstück der Sendeeinheit ausmacht und das elektromagnetische Signal aussendet. Der Sender ist beispielsweise eine LED. Im Gehäuse der Empfangseinheit befindet sich das Empfangselement als Herzstück der Empfangseinheit. Sowohl die Sendeeinheit als auch die Empfangseinheit sind mit einem optischen Fenster ausgestattet. Das optische Fenster dient in erster Linie zum Abdichten des jeweiligen Gehäuses gegenüber dem zu vermessenden Medium. Des Weiteren kann das optische Fenster die Funktion eines optischen Filters übernehmen, um beispielsweise Signale bestimmter Wellenlängen zu filtern.
Um das optische Fenster in das Gehäuse einzusetzen, ist eine bevorzugte Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens dadurch gekennzeichnet, dass zwei weitere Verfahrensschritte durchgeführt werden, nämlich die Einbringung einer sich konisch zu einer Außenseite der Sendeeinheit/Empfangseinheit verbreiternden Ausnehmung in das Gehäuse der Sendeeinheit/Empfangseinheit und die Einklebung des optischen Fensters in die Ausnehmung, derart, dass durch die Einklebung eine Dichtwirkung erzielt wird.
Dadurch, dass die Ausnehmung sich zur Außenseite der Sendeeinheit/Empfangseinheit verbreitert, liegt das optische Fenster in dem Bereich der Ausnehmung auf dem Gehäuse auf. Dadurch sind Messungen auch bei hohen Mediumdrücken problemlos durchführbar, es besteht keine Gefahr, dass das Fenster in das Gehäuse eingedrückt werden kann. Damit das Fenster fest in der Ausnehmung sitzt, wird es eingeklebt. Die Verklebung führt zu einer Dichtwirkung zwischen dem Gehäuse und dem optischen Fenster, sodass kein Medium in das Gehäuse eindringen kann, was zu einer Beschädigung oder Zerstörung des Senders oder des Empfangselements führen könnte.
Eine bevorzugte Ausgestaltung des Verfahrens ist dadurch gekennzeichnet, dass die Ausnehmung mit einer umlaufenden Kerbe versehen wird und dass der Klebstoff in die Kerbe eingefüllt wird. Durch das Einfüllen des Klebstoffs in die Kerbe kann vermieden werden, dass der Klebstoff beim Einfügen des optischen Fensters verläuft und beispielsweise in das Gehäuse gelangt.
Letztendlich ist eine weitere Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens dadurch gekennzeichnet, dass zwei weitere Verfahrensschritte durchgeführt werden, nämlich die Ausgestaltung von Kontaktbohrungen zur elektrischen Kontaktierung der Sendeeinheit und der Empfangseinheit an dem Sendegehäuseteil und an dem Empfangsgehäuseteil und die elektrische Kontaktierung der Sendeeinheit und der Empfangseinheit.
Im Einzelnen gibt es nun verschiedene Möglichkeiten, das erfindungsgemä-ße Verfahren auszugestalten und weiterzubilden. Dazu wird verwiesen sowohl auf die dem Patentanspruch 1 nachgeordneten Patentansprüche als auch auf die Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen in Verbindung mit der Zeichnung. In der Zeichnung zeigen

1 eine Ausgestaltung des zu fertigenden Sensors,
2 ein Flussdiagramm beschreibend eine erste Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens,
3a ein Flussdiagramm beschreibend eine zweite Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens, bei der die Verfahrensschritte in einer anderen Reihenfolge durchgeführt werden,
3b ein Sendegehäuse des zu fertigenden Sensors,
4 ein Flussdiagramm beschreibend eine dritte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens, das sich durch eine weitere Reihenfolge der Verfahrensschritte auszeichnet
5 ein Flussdiagramm beschreibend eine vierte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens, bei der zwei weitere Verfahrensschritte in das erfindungsgemäße Verfahren aufgenommen werden,
6a ein Flussdiagramm beschreibend zwei Verfahrensschritte, die ein eigenes Verfahren darstellen, jedoch auch in den erfindungsgemäßen Verfahrensablauf integriert werden können,
6b eine Sendeeinheit des zu fertigenden Sensors,
6c eine Empfangseinheit des zu fertigenden Sensors,
7a ein Flussdiagramm beschreibend zwei Verfahrensschritte, um die das erfindungsgemäße Verfahren ergänzt werden kann,
7b einen Sendekopf des zu fertigenden Sensors.

In 1 ist ein optischer Sensor 1 zur Trübungsmessung eines Mediums dargestellt. Der optische Sensor 1 umfasst einen Sensorkopf 2 und eine Sensorkopfaufnahme 3 und ist im montierten Zustand dargestellt. Der Sensorkopf 2 weist eine in der 1 nicht sichtbare Sendeeinheit zum Aussenden eines elektromagnetischen Signals und eine in der 1 ebenfalls nicht sichtbare Empfangseinheit zum Empfangen eines von der Sendeeinheit ausgesandten Signals auf, wobei Sendeeinheit und Empfangseinheit optisch miteinander in Verbindung stehen. Die Sendeeinheit ist in einem Sendegehäuseteil 6 angeordnet, die Empfangseinheit in einem Empfangsgehäuseteil 7. Zusammen bilden das Sendegehäuseteil 6 und das Empfangsgehäuseteil 7 den Sensorkopf 2. Während einer Trübungsmessung befindet sich das zu vermessende Medium in einem Bereich 8 zwischen dem Sendegehäuseteil 6 und dem Empfangsgehäuseteil 7.
2 zeigt ein Flussdiagramm einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens. Ein erster Verfahrensschritt besteht in der Bereitstellung 100 eines separaten Sendegehäuseteils 6 und eines separaten Empfangsgehäuseteils 7. Unter Bereitstellung 100 ist nicht nur lediglich das zur Verfügung stellen eines bereits gefertigten Sendegehäuseteils 6 oder eines bereits gefertigten Empfangsgehäuseteils 7 gemeint, vielmehr kann die Bereitstellung auch die Herstellung des Sendegehäuseteils 6 und/oder des Empfangsgehäuseteils 7 aus Rohmaterial umfassen oder die Weiterbearbeitung eines Rohteils zu dem Sendegehäuseteil 6 und/oder dem Empfangsgehäuseteil 7.
In einem zweiten Verfahrensschritt erfolgen die Bestückung 110 des Sendegehäuseteils 6 mit der Sendeeinheit 4 und des Empfangsgehäuseteils 7 mit der Empfangseinheit 5. Die Bestückung 110 kann auf unterschiedliche Weise erfolgen, nämlich beispielsweise durch Einpressen oder Einkleben.
Ein dritter Verfahrensschritt besteht in der Verbindung 120 des Sendegehäuseteils 6 und des Empfangsgehäuseteils 7 zu dem Sensorkopf 2. Vorteilig an dieser Reihenfolge ist, dass das Sendegehäuseteil 6 und das Empfangsgehäuseteil 7 vor der Verbindung 120 mit der Sendeeinheit 4 und der Empfangseinheit 5 bestückt werden. So ist ein einfaches Bestücken möglich, insbesondere da viel Platz vorhanden ist. Die Verbindung 120 des Sendegehäuseteils 6 und des Empfangsgehäuseteils 7 kann ebenfalls auf unterschiedliche Weise realisiert werden, nämlich insbesondere durch Kleben, Schrauben, Löten oder Schweißen.
Nachdem die beiden Gehäuseteile miteinander verbunden sind, besteht ein vierter Verfahrensschritt in der Ausformung 130 eines Anschlusses 9 an dem Sendegehäuseteil 6 und dem Empfangsgehäuseteil 7. Der Anschluss 9 dient zur Befestigung des Sensorkopfes 2 mit der Sensorkopfaufnahme 3 des optischen Sensors 1. Da das Sendegehäuseteil 6 und das Empfangsgehäuseteil 7 bereits miteinander verbunden sind, erfolgt die Ausformung 130 des Anschlusses 9 an dem zusammengefügten Sendekopf 2. Auch die Ausformung 130 des Anschlusses 9 kann unterschiedlich realisiert werden und ist abhängig von der Wahl des auszuformenden Anschlusses 9.
Der letzte Verfahrensschritt wird durch die Montierung 140 des Sensorkopfes 2 und der Sensorkopfaufnahme 3 zu dem optischen Sensor 1 realisiert. Wie genau die Montierung 140 erfolgt ist hier abhängig von der Ausgestaltung des Anschlusses 9. Die Sensorkopfaufnahme 3 weist ein zu dem Anschluss 9 korrespondierendes Gegenstück auf. Handelt es sich bei dem Anschluss 9 beispielsweise um ein Gewinde, so wird die Montierung 140 durch Einschrauben des Sensorkopfes 2 in die Sensorkopfaufnahme 3 durchgeführt, die Sensorkopfaufnahme 2 weist dann ein Gegengewinde auf.
In 3a dargestellt ist ein Flussdiagramm einer anderen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens. Diese Ausführungsform unterscheidet sich von der in 2 dargestellten Ausführungsform durch die Reihenfolge der Verfahrensschritte. Die einzelnen Verfahrensschritte an sich sind identisch. Das in 2 dargestellte Verfahren unterscheidet sich konkret dadurch, dass die Ausformung 130 des Anschlusses 9 bereits im zweiten Verfahrensschritt durchgeführt wird, nämlich nach der Bereitstellung 100 des separaten Sendegehäuseteils 6 und des separaten Empfangsgehäuseteils 7. Die Ausformung 130 des Anschlusses 9 erfolgt demnach separat an jedem der beiden Gehäuseteile 6, 7. Vorteilhaft an dieser Reihenfolge ist, dass keine nachträgliche mechanische Bearbeitung der Gehäuseteile erfolgen muss. Nachdem der Anschluss 9 ausgeformt ist, erfolgt im dritten Verfahrensschritt die Bestückung 110 des Sendegehäuseteils 6 mit der Sendeeinheit 4 und des Empfangsgehäuseteils 7 mit der Empfangseinheit 5. Im vierten Verfahrensschritt erfolgt die Verbindung 120 des Sendegehäuseteils 6 und des Empfangsgehäuseteils 7 zum Sensorkopf 2, bevor im letzten Verfahrensschritt die Montierung 140 des Sensorkopfes 2 und der Sensorkopfaufnahme 3 zum optischen Sensor 1 durchgeführt wird. Auch diese Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens hat den Vorteil, dass die Bestückung 110 des Sensorgehäuseteils 6 und des Empfangsgehäuseteils 7 vor der Verbindung 120 der beiden zu dem Sensorkopf 2 erfolgt. So muss auch hier nicht auf kleinstem Raum gearbeitet werden; die gesamte Fertigung des Sensors erfolgt unkompliziert und genau.
3b zeigt ein Sendegehäuseteil 6. Im unteren Teil des Sendegehäuseteils 6 befindet sich eine Ausnehmung 11, die zur Aufnahme der Sendeeinheit dient. In der Ausnehmung 11 sind Bohrungen 12 sichtbar. Durch diese Bohrungen 12 können elektrische Zuleitungen zu der Sendeeinheit geführt werden, um eine elektrische Kontaktierung der Sendeeinheit zu ermöglichen.
Das Sendegehäuseteil 6 weist einen Anschluss 9 auf, der in Form eines Gewindes 10 realisiert ist. Dargestellt ist in 3b also das Sendegehäuseteil 6 nach dem zweiten Verfahrensschritt des in 3b als Flussdiagramm dargestellten Verfahrens. Das Sendegehäuseteil 6 wird mit einem korrespondierenden Empfängergehäuseteil verbunden, wobei die Verbindung hier durch Kleben realisiert werden soll. Hierzu wird Klebstoff auf die Fläche 13 des Sensorgehäuseteils 6 und ggf. auf die korrespondierende Gegenfläche des Empfangsgehäuseteils aufgetragen und die beiden Teile zusammengefügt. Damit die Sendeeinheit 4 und die Empfangseinheit 5 auch nach dem Verbinden 110 derart zueinander angeordnet sind, dass das zu vermessende Medium zwischen die Sendeeinheit 4 und die Empfangseinheit 5 gelangen kann, die Sendeeinheit 4 und die Empfangseinheit 5 also beabstandet zueinander angeordnet sind, ist in dem Sendegehäuseteil 6 eine Stufe 14 ausgebildet. Des Weiteren ist unterhalb des Gewindes 10 eine Kerbe 15 ausgebildet. Die Kerbe 15 dient zur Aufnahme eines Dichtungsrings, der nicht dargestellt ist. Durch den Dichtungsring wird gewährleistet, dass eine dichte Verbindung zwischen Sensorkopf 2 und Sensorkopfaufnahme 3 vorliegt, um den optischen Sensor 1 an dieser Stelle vor dem zu vermessenden Medium abzudichten.
In 4 dargestellt ist ein Flussdiagramm einer weiteren Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens. Die in 4 dargestellte Ausführungsform unterscheidet sich von der in 3a dargestellten Ausführungsform lediglich dadurch, dass der zweite und der dritte Verfahrensschritt miteinander vertauscht sind, also bei der in 4 dargestellten Ausführungsform die Bestückung 110 des Sendegehäuseteils 6 mit der Sendeeinheit 4 und des Empfangsgehäuseteils 7 mit der Empfangseinheit 5 vor der Ausformung 130 des Anschlusses 9 realisiert wird.
Die in 5 dargestellte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens entspricht der in 2 dargestellten Ausführungsform, wobei hier nach dem zweiten Verfahrensschritt, nämlich nach der Bestückung 110 des Sendegehäuseteils 6 mit der Sendeeinheit 4 und des Empfangsgehäuseteils 7 mit der Empfangseinheit 7, zwei zusätzliche Verfahrensschritte durchgeführt werden. Die zwei zusätzlichen Verfahrensschritte sind zum einen die Ausgestaltung 150 von Passstiftbohrungen 16 an dem Sendegehäuseteil 6 und an dem Empfangsgehäuseteil 7 und die Einfügung 160 von Passstiften in die Passstiftbohrungen 16. Die Passstiftbohrungen 16 werden - wie in 3b zu sehen - an der Fläche 13 ausgestaltet. Passstiftbohrungen 16 werden zueinander korrespondierend, also einander gegenüberliegend, in dem Sendegehäuseteil 6 und dem Empfangsgehäuseteil 7 ausgestaltet. Die Passstifte selbst werden dann nur in jeweils eine der zueinander korrespondierenden Passstiftbohrungen 16 eingefügt. Die Länge der Passstifte ist auf die Passstiftbohrungen 16 abgestimmt, und zwar derart, dass das Sendegehäuseteil 6 und das Empfangsgehäuseteil 7 lückenlos miteinander verbunden 120 werden können und jeder Passstift sowohl in dem Sendegehäuseteil 6 als auch in dem Empfangsgehäuseteil 7 steckt. Die Passstifte dienen dazu, das Verbinden 120 des Sendegehäuseteils 6 und des Empfangsgehäuseteils 7 zu präzisieren und zu vereinfachen. Des weiteren eignen sich die Passstifte dazu, ein Verrutschen der Teile gegeneinander im Falle eines Zusammenklebens während der Trockenzeit des Klebstoffes zu vermeiden.
Dargestellt sind die Verfahrensschritte 150 und 160 in Kombination mit dem in 2 dargestellten Verfahren. Die beiden Verfahrensschritte können jedoch auch bei den in 3a und 4 dargestellten Verfahren eingefügt werden. Wichtig ist lediglich, dass die Verfahrensschritte 150 und 160 vor dem Verfahrensschritt der Verbindung 120 durchgeführt werden.
In 6a dargestellt ist ein Flussdiagramm eines Verfahrens, das mit jedem der bisher beschriebenen Verfahren kombiniert werden kann, jedoch auch unabhängig durchgeführt werden kann und die Fertigung der Sendeeinheit 4 und/oder Empfangseinheit 5 betrifft. Das in 6a dargestellte Verfahren umfasst die Verfahrenschritte Einbringung 170 einer konischen Ausnehmung in das Sendegehäuseteil 6 und/oder das Empfangsgehäuseteil 7 und Einklebung 180 eines optischen Fensters in die konische Ausnehmung.
6b zeigt eine Sendeeinheit 4 des zu fertigenden optischen Senders 1. Die Sendeeinheit 4 umfasst ein Gehäuse 17 und ein optisches Fenster 18. Im Inneren des Gehäuses 17 ist eine LED 19 angeordnet, die ein elektromagnetisches Signal aussendet. Die LED 19 ist mit Kontakten 20 ausgestattet, um eine elektrische Kontaktierung zu ermöglichen. Das ausgesendete Signal verlässt über das optische Fenster 18 die Sendeeinheit 4. Das optische Fenster 18 dient zum einen zur Abdichtung des Inneren der Sendeeinheit 4 von dem Medium, da das optische Fenster 18 im Betriebszustand im direkten Kontakt mit dem Medium steht. Zum anderen kann das optische Fenster 18 auch als Filter gebraucht werden, um beispielsweise Wellenlängen eines bestimmten Lichtes zu filtern. Das Gehäuse 17 weist eine Ausnehmung 20 auf, in die das optische Fenster 18 eingefügt ist. Die Ausnehmung 20 verbreitert sich konisch zu der Außenseite des Gehäuses 17. Die Ausgestaltung einer sich konisch zur Gehäuseaußenseite verbreiternden Ausnehmung 20 hat den Vorteil, dass das optische Fenster 18 insbesondere bei Messungen in einem Medium mit hohem Druck von dem Gehäuse gehalten wird und aufgrund der Form der Ausnehmung 20 nicht in das Gehäuse gedrückt werden kann. Um eine Dichtigkeit herzustellen, wird das optische Fenster 18 in die Ausnehmung 20 eingeklebt. Die gesamte Sendeeinheit 4 wird in das Sendegehäuseteil 6 eingepresst oder eingeklebt. Zur Abdichtung zwischen der Sendeeinheit 4 und dem Sendegehäuseteil 6 ist die Sendeeinheit 4 mit einem Dichtungsring 22 versehen.
In 6c ist eine Empfangseinheit 5 des zu fertigenden Sensors 1 dargestellt. Die Empfangseinheit 5 umfasst ebenfalls ein Gehäuse 23 und ein optisches Fenster 24. In dem Gehäuse 23 befindet sich das Empfangselement 25, das zur elektrischen Kontaktierung Kontakte 26 aufweist. Das optische Fenster 24 ist in eine sich konisch nach außen verbreiternde Ausnehmung 27 in dem Gehäuse 23 eingeklebt und bildet so einen dichten Abschluss zwischen dem Gehäuse 23 und dem optischen Fenster 24. Die Empfangseinheit 5 ist ebenfalls mit einem Dichtungsring 28 versehen, der zu einer Abdichtung zwischen der Empfangseinheit 5 und dem Empfangsgehäuseteil 7 dient.
Wie dargestellt, weist die LED 19 Kontakte 20 auf und das Empfangselement 25 Kontakte 26. Um eine elektrische Kontaktierung der Sendeeinheit 4 und der Empfangseinheit 5 zu ermöglichen, sind weitere in 7a dargestellte Verfahrensschritte vorgesehen. Das in 7a dargestellte Verfahren umfasst die Ausgestaltung 190 von Kontaktbohrungen an dem Sendegehäuseteil 6 und an dem Empfangsgehäuseteil 7 zur elektrischen Kontaktierung der Sendeeinheit 4 und der Empfangseinheit 5 und die elektrische Kontaktierung 200 der Sendeeinheit 4 und der Empfangseinheit 5.
7b zeigt den Sensorkopf 2 des zu fertigenden Senders. Der Sensorkopf 2 umfasst das Sendegehäuseteil 6 mit der Sendeeinheit 4 und das Empfangsgehäuseteil 7 mit der in der Figur nicht sichtbaren Empfangseinheit. Sichtbar sind das Gehäuse 17 und das optische Fenster 18 der Sendeeinheit 4. Zwischen dem Sendegehäuseteil 6 und dem Empfangsgehäuseteil 7 befindet sich ein Bereich 8, der während der Messung mit dem zu vermessenden Medium ausgefüllt ist. Der Bereich wird durch Stufen 14 in dem Sendegehäuseteil 6 und dem Empfangsgehäuseteil 7 verwirklicht. An dem Sendegehäuseteil 6 und an dem Empfangsgehäuseteil 7 ist ein Anschluss 9 zur Befestigung des Sensorkopfes 2 mit der Sensorkopfaufnahme 3 des optischen Sensors 1 ausgeformt, wobei der Anschluss 9 als Gewinde 10 realisiert ist. Um die Verbindung des Sensorkopfes 2 und der Sensorkopfaufnahme 3 abzudichten, ist der Sensorkopf 2 mit einem Dichtungsring 30 ausgestattet. Die elektrische Kontaktierung der Sendeeinheit 4 und der Empfangseinheit 7 erfolgt mit elektrischen Leitungen 29 durch die Kontaktbohrungen 12.
Bezugszeichen

100: Bereitstellung eines separaten Sendegehäuseteils / Empfangsgehäuseteils
110: Bestückung des Sendegehäuseteils / Empfangsgehäuseteils mit der Sendeeinheit / Empfangseinheit
120: Verbindung des Sendegehäuseteils und des Empfangsgehäuseteils
130: Ausformung eines Anschlusses
140: Montierung des Sensorkopfes und der Sensorkopfaufnahme
150: Ausgestaltung von Passstiftbohrungen
160: Einfügung der Passstifte
170: Einbringung einer Ausnehmung
180: Einklebung des optischen Fensters
190: Ausgestaltung von Kontaktbohrung
200: Kontaktierung (el.)
1: Sensor
2: Sensorkopf
3: Sensorkopfaufnahme
4: Sendeeinheit
5: Empfangseinheit
6: Sendegehäuseteil
7: Empfangsgehäuseteil
8: Bereich zwischen Sendeeinheit und Empfangseinheit
9: Anschluss
10: Gewinde
11: Ausnehmung
12: Bohrung
13: Fläche
14: Stufe
15: Kerbe
16: Passstiftbohrung
17: Gehäuse
18: optisches Fenster
19: LED
20: Kontakte
21: Ausnehmung
22: Dichtungsring
23: Gehäuse
24: optisches Fenster
25: Empfangselement
26: Kontakte
27: Ausnehmung
28: Dichtungsring
29: Leitungen
30: Dichtungsring

Claims

Verfahren zur Fertigung eines optischen Sensors (1) zur Trübungsmessung eines Mediums, mit einem Sensorkopf (2) und mit einer Sensorkopfaufnahme (3) zur Aufnahme des Sensorkopfes (2) im montierten Zustand des Sensors (1), wobei der Sensorkopf (2) eine Sendeeinheit (4) zum Aussenden eines elektromagnetischen Signals und eine Empfangseinheit (5) zum Empfangen eines elektromagnetischen Signals aufweist und wobei die Sendeeinheit (4) und die Empfangseinheit (5) über eine optische Wegstrecke miteinander in Verbindung stehen, umfassend die folgenden Verfahrensschritte: Bereitstellung (100) eines separaten Sendegehäuseteils (6) und eines separaten Empfangsgehäuseteils (7), Bestückung (110) des Sendegehäuseteils (6) mit der Sendeeinheit (4) und des Empfangsgehäuseteils (7) mit der Empfangseinheit (5), Verbindung (120) des Sendegehäuseteils (6) und des Empfangsgehäuseteils (7) zu dem Sensorkopf (2) wobei das Sendegehäuseteil (6) und das Empfangsgehäuseteil (7) durch das Verbinden in unmittelbaren Kontakt miteinander gebracht werden, Ausformung (130) eines Anschlusses (9) zur Befestigung des Sensorkopfes (2) mit der Sensorkopfaufnahme (3) des optischen Sensors (1) an dem Sendegehäuseteil (6) und an dem Empfangsgehäuseteil (7), Montierung (140) des Sensorkopfes (2) und der Sensorkopfaufnahme (3) zu dem optischen Sensor (1).
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Verfahrensschritte in der folgenden Reihenfolge ausgeführt werden: Bereitstellung (100) eines separaten Sendegehäuseteils (6) und eines separaten Empfangsgehäuseteils (7), Bestückung (110) des Sendegehäuseteils (6) mit der Sendeeinheit (4) und des Empfangsgehäuseteils (7) mit der Empfangseinheit (5), Verbindung (120) des Sendegehäuseteils (6) und des Empfangsgehäuseteils (7) zu dem Sensorkopf (2), wobei das Sendegehäuseteil (6) und das Empfangsgehäuseteil (7) durch das Verbinden in unmittelbaren Kontakt miteinander gebracht werden, Ausformung (130) eines Anschlusses (9) zur Befestigung des Sensorkopfes (2) mit der Sensorkopfaufnahme (3) des optischen Sensors (1) an dem Sendegehäuseteil (6) und an dem Empfangsgehäuseteil (7), Montierung (140) des Sensorkopfes (2) und der Sensorkopfaufnahme (3) zu dem optischen Sensor (1).
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Verfahrensschritte in der folgenden Reihenfolge ausgeführt werden: Bereitstellung (100) eines separaten Sendegehäuseteils (6) und eines separaten Empfangsgehäuseteils (7), Ausformung (130) eines Anschlusses (9) zur Befestigung des Sensorkopfes (2) mit der Sensorkopfaufnahme (3) des optischen Sensors (1) an dem Sendegehäuseteil (6) und an dem Empfangsgehäuseteil (7), Bestückung (110) des Sendegehäuseteils (6) mit der Sendeeinheit (4) und des Empfangsgehäuseteils (7) mit der Empfangseinheit (5), Verbindung (120) des Sendegehäuseteils (6) und des Empfangsgehäuseteils (7) zu dem Sensorkopf (2), wobei das Sendegehäuseteil (6) und das Empfangsgehäuseteil (7) durch das Verbinden in unmittelbaren Kontakt miteinander gebracht werden, Montierung (140) des Sensorkopfes (2) und der Sensorkopfaufnahme (3) zu dem optischen Sensor (1).
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Verfahrensschritte in der folgenden Reihenfolge ausgeführt werden: Bereitstellung (100) eines separaten Sendegehäuseteils (6) und eines separaten Empfangsgehäuseteils (7), Bestückung (110) des Sendegehäuseteils (6) mit der Sendeeinheit (4) und des Empfangsgehäuseteils (7) mit der Empfangseinheit (5), Ausformung (130) eines Anschlusses (9) zur Befestigung des Sensorkopfes (2) mit der Sensorkopfaufnahme (3) des optischen Sensors (1) an dem Sendegehäuseteil (6) und an dem Empfangsgehäuseteil (7), Verbindung (120) des Sendegehäuseteils (6) und des Empfangsgehäuseteils (7) zu dem Sensorkopf (2), wobei das Sendegehäuseteil (6) und das Empfangsgehäuseteil (7) durch das Verbinden in unmittelbaren Kontakt miteinander gebracht werden, Montierung (140) des Sensorkopfes (2) und der Sensorkopfaufnahme (3) zu dem optischen Sensor (1).
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbindung (120) des Sendegehäuseteils (6) und des Empfangsgehäuseteils (7) durch Kleben, Schrauben, Löten oder Schweißen realisiert wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass zwei weitere Verfahrensschritte durchgeführt werden, nämlich: Ausgestaltung (150) von Passstiftbohrungen (16) zur Aufnahme von Passstiften an dem Sendegehäuseteil (6) und an dem Empfangsgehäuseteil (7), Einfügung (160) von Passstiften in die Passstiftbohrungen (16) vor der Verbindung (120) des Sendegehäuseteils (6) und des Empfangsgehäuseteils (7).
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausformung (130) des Anschlusses (9) zumindest teilweise durch ein spanabhebendes Verfahren - insbesondere durch Fräsen, Drehen und/oder Gewindeschneiden - realisiert wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausformung (130) des Anschlusses (9) zumindest teilweise durch ein nicht spanabhebendes Verfahren - insbesondere durch Stanzen oder Ätzen - und/oder durch ein verbindendes Verfahren - insbesondere Schweißen oder Löten - realisiert wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Bestückung (110) des Sendegehäuseteils (6) mit der Sendeeinheit (4) und des Empfangsgehäuseteils (7) mit der Empfangseinheit (5) durch Einpressen oder Einkleben realisiert wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei sowohl die Sendeeinheit (6) als auch die Empfangseinheit (7) jeweils ein Gehäuse (17, 23) und ein optisches Fenster (18, 24) zum Abdichten der Sendeeinheit (6) / Empfangseinheit (7) gegenüber dem Medium aufweisen, dadurch gekennzeichnet, dass zwei weitere Verfahrensschritte durchgeführt werden, nämlich: Einbringung (170) einer sich konisch zu einer Außenseite der Sendeeinheit (6) / Empfangseinheit (7) verbreiternden Ausnehmung (21, 27) in das Gehäuse (17, 23) der Sendeeinheit (6) / Empfangseinheit (7), Einklebung (180) des optischen Fensters (18, 24) in die Ausnehmung (21, 27), derart, dass durch die Einklebung (180) eine Dichtwirkung erzielt wird.
Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausnehmung (21, 27) mit einer umlaufenden Kerbe versehen wird und dass der Klebstoff in die Kerbe eingefüllt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass zwei weitere Verfahrensschritte durchgeführt werden, nämlich: Ausgestaltung (190) von Kontaktbohrungen zur elektrischen Kontaktierung der Sendeeinheit (4) und der Empfangseinheit (5) an dem Sendegehäuseteil (6) und an dem Empfangsgehäuseteil (7), elektrische Kontaktierung (200) der Sendeeinheit (4) und der Empfangseinheit (5).