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Die vorliegende Erfindung betrifft eine geometrische Gestaltung einer Gehäuseöffnung zum Schutz vor direktem Strahlwasser.
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Es gibt Öffnungen in Gehäusen, welche zwar für gasförmige Medien durchlässig sein sollen, wobei das Gehäuseinnere aber vor Staub und Flüssigkeiten geschützt werden soll. Dies ist beispielsweise notwendig, wenn im Gehäuse durch Temperaturänderungen während der Prozessierung oder in einer Applikation kein Über- oder Unterdrück entstehen soll. Auch wenn im Gehäuse der Umgebungsdruck herrschen soll, beispielsweise als Referenzdruck bei einer Druckmessung, ist eine für gasförmige Medien durchlässige Öffnung erforderlich. Solche Gehäuseöffnungen werden dann üblicherweise mit sogenannten Druckausgleichselementen, kurz DAE, verschlossen. Diese DAE lassen eine Luftzirkulation bzw. auch den Ein- und Austritt sonstiger gasförmiger Medien zu, sind aber gegenüber Flüssigkeiten bis zu einen bestimmten Druck nicht durchlässig.
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Die DAEs halten aber raueren Beanspruchungen, wie sie beispielweise oftmals für Automobilanwendungen spezifiziert werden nicht dauerhaft stand. Entsprechende Belastungen können beispielsweise durch Berührung, durch Steinschlag, sogenanntes Gravel Bombardment, oder unter Einfluss von Strahlwasser, z.B. von einer Hochdruckreinigung, entstehen. Durch die mechanische Belastung werden die DAE zerstört, vom Gehäuse gelöst oder sind während der Beanspruchung nicht dicht.
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Es ist Aufgabe der Erfindung ein verbessertes Gehäuse anzugeben, das beispielsweise besser vor Umwelteinflüssen geschützt ist. Insbesondere soll ein Druckausgleichselement gegen Beschädigung durch Strahlwasser geschützt werden.
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Die Aufgabe wird durch ein Gehäuse gemäß Anspruch 1 gelöst.
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Es wird ein Gehäuse vorgeschlagen, das eine Gehäuseöffnung, ein Druckausgleichelement, das auf einer Innenseite der Gehäuseöffnung angebracht ist, eine Schutzwand, die an einer Außenseite der Gehäuseöffnung angebracht ist und die Gehäuseöffnung umgibt, und eine Brücke, die an der Außenseite der Gehäuseöffnung angeordnet ist und über die Gehäuseöffnung ragt, wobei die Brücke so geformt und angeordnet ist, dass eine Projektion der Brücke die Gehäuseöffnung zumindest teilweise verdeckt.
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Innerhalb des Gehäuses kann ein Gehäuseinnenraum ausgebildet sein, der dazu ausgestaltet ist, ein Sensorelement aufzunehmen. Als Innenseite der Gehäuseöffnung kann die Seite bezeichnet werden, die mit dem Gehäuseinnenraum verbunden ist. Als Außenseite der Gehäuseöffnung kann die Seite bezeichnet werden, die vom Gehäuseinnenraum abgewandt ist.
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Die Brücke und die Schutzwand können gemeinsam dazu ausgestaltet sein, das Druckausgleichselement vor Strahlwasser und anderen Objekten zu schützen, die anderenfalls das Druckausgleichselement beschädigen könnten. Die Brücke und die Schutzwand können dazu ausgestaltet sein, den Winkelbereich zu minimieren, in dem auf das Gehäuse auftreffendes Strahlwasser ungestört bis zu dem Druckausgleichselement gelangt.
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Die Brücke und die Schutzwand können aus dem gleichen Spritzgussteil gebildet sein, das auch den Gehäuseinnenraum umgibt. Dabei kann auf zusätzliche Teile, wie beispielsweise eine Kappe oder eine Schutzfolie verzichtet werden. Das gesamte Gehäuse kann aus einem einzigen Spritzgussteil bestehen, das die Gehäuseöffnung, die Brücke und die Schutzwand ausbildet.
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Die Schutzwand kann die Gehäuseöffnung kreisförmig umgeben. Alternativ kann die Schutzwand abschnittsweise kreissegmentförmig um die Gehäuseöffnung angeordnet sein. Dabei können zwischen den kreissegmentförmigen Abschnitten Ausnehmungen in der Schutzwand ausgebildet sein, die verhindern, dass ein Objekt die Schutzwand verschließen kann.
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Eine Länge der Schutzwand in eine Richtung senkrecht zur Gehäuseöffnung kann zumindest das Fünffache eines Durchmessers der Gehäuseöffnung betragen. Vorzugsweise beträgt die Länge zumindest das Zehnfache des Durchmessers der Gehäuseöffnung. Dieses Verhältnis der Länge der Schutzwand zum Durchmesser der Gehäuseöffnung kann sicherstellen, dass nahezu nur senkrecht einfallendes Strahlwasser nicht von der Schutzwand abgelenkt wird. Senkrecht einfallendes Strahlwasser kann ferner von der Brücke abgelenkt werden. Somit kann sichergestellt sein, dass Strahlwasser stets zunächst auf die Brücke oder die Schutzwand trifft, dort einen Teil seiner Energie verliert und nur in gedämpfter Form die Gehäuseöffnung und vor allem das Druckausgleichselement erreicht. Als Länge der Schutzwand wird hierbei die Ausdehnung der Schutzwand senkrecht zum Durchmesser der Gehäuseöffnung bezeichnet.
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Die Gehäuseöffnung kann zu mindestens 60% von der Projektion der Brücke bedeckt sein. Vorzugsweise ist die Gehäuseöffnung zu mindestens 80% von der Projektion der Brücke bedeckt. Vorzugsweise ist die Gehäuseöffnung vollständig von der Projektion der Brücke bedeckt. Je höher der Bedeckungsgrad der Gehäuseöffnung durch die Brücke ist, desto besser ist das Druckausgleichselement vor Beschädigungen geschützt. In einigen Fällen kann der Bedeckungsgrad durch fertigungsbedingte Gründe begrenzt sein. Beispielsweise bei einer Fertigung des gesamten Gehäuses als ein einziges Spritzgussteils, kann es abhängig von der Gehäusegeometrie, nicht immer möglich sein, dass die Brücke die Gehäuseöffnung vollständig bedeckt.
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In dem Gehäuse kann ein Gehäuseinnenraum ausgebildet sein, der nur über die Gehäuseöffnung mit einer Umgebung des Gehäuses verbunden ist. Die Gehäuseöffnung kann in einem Boden des Gehäuseinnenraums angeordnet sein, wobei der Boden flach ist. Alternativ kann die Gehäuseöffnung in einem Boden des Gehäuseinnenraums angeordnet sein, wobei der Boden einen ersten Bereich, in dem die Gehäuseöffnung ausgebildet ist, und einen zweiten Bereich, der gegenüber dem ersten Bereich durch eine Stufe versetzt ist, aufweist.
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Die Gehäuseöffnung kann dazu ausgestaltet sein, für einen Druckausgleich zwischen dem Gehäuseinnenraum und der Umgebung des Gehäuses zu sorgen. Dabei können gasförmige Medien durch das Druckausgleichselement hindurchtreten. Beispielsweise kann das Gehäuse derart ausgestaltet sein, dass sich in dem Gehäuseinnenraum stets ein Umgebungsdruck einstellt.
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Das Druckausgleichselement kann für gasförmige Medien durchlässig und für flüssige Medien bis zu bestimmtem Druck undurchlässig sein.
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Das Gehäuse kann die Anforderungen der Schutzklasse IP X9k erfüllen. Die IP-Schutzklassen legen fest, in welchem Umfang ein elektrisches Bauteil Umwelteinflüssen ausgesetzt werden kann, ohne beschädigt zu werden oder ein Sicherheitsrisiko darzustellen. Ein IP X9k Gehäuse ist vor eindringendem Wasser aus jeder Richtung auch bei stark erhöhtem Druck gegen das Gehäuse geschützt, wobei ein mit Hochdruck-oder Dampfstrahlreinigern erreichbarer Druck von 80-100 bar las stark erhöhter Druck gilt.
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Insbesondere kann die Kombination aus Druckausgleichselement, Brücke und Schutzwand dafür sorgen, dass die Anforderungen der Schutzklasse IP X9k erfüllt werden.
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Das Gehäuse kann eine Gehäusewand aufweisen, die eine Außenseite des Gehäuses ausbildet, wobei die Gehäusewand sich in einer Richtung weg von der Gehäuseöffnung weiter erstreckt als die Schutzwand, so dass ein von der Gehäuseöffnung entferntes Ende der Schutzwand nicht über die Gehäusewand hinausragt. Die Gehäusewand kann somit die Schutzwand vor mechanischer Beschädigung schützen. Die Gehäusewand kann den Gehäuseinnenraum umschließen. Ferner kann die Gehäusewand die Schutzwand umschließen.
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Die Gehäusewand und die Schutzwand können von verschiedenen Bereichen eines einstückigen Spritzgussteils gebildet werden. Das Gehäuse kann so ausgeführt sein, dass es im Kunststoffspritzguss mit zwei Werkzeughälften ohne zusätzliche Schieber ausgebildet werden kann.
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Das Druckausgleichelement kann auf der Innenseite der Gehäuseöffnung durch ein Schweißverfahren aufgebracht sein. Alternativ könnte das Druckausgleichelement auf der Innenseite der Gehäuseöffnung geklebt sein.
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Das Gehäuse kann ein Drucksensorgehäuse sein. Der Gehäuseinnenraum kann dementsprechend zur Aufnahme eines Drucksensorelements geeignet sein.
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Gemäß einem weiteren Aspekt betrifft die vorliegende Erfindung einen Sensor, der das oben beschriebene Gehäuse und ein Sensorelement, das innerhalb des Gehäuses angeordnet ist, aufweist.
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Im Folgenden wird die vorliegende Erfindung anhand der in den Figuren gezeigten Ausführungsbeispiele weitergehend erläutert.
- 1 zeigt eine Schnittansicht des Gehäuses gemäß einer ersten Ausführungsform, mit der Schnittlinie senkrecht zu einer Brücke.
- 2 zeigt eine schematische Draufsicht auf eine Gehäuseöffnung in Eindringrichtung V eines Mediums.
- 3A zeigt einen schematischen Schnitt des Gehäuses gemäß einer zweiten Ausführungsform, mit der Schnittlinie parallel zur Brücke.
- 3B zeigt einen Ausschnitt der 3A.
- 4 zeigt eine perspektivische 3D Ansicht des Gehäuses mit Blick auf eine Seite, an der die Gehäuseöffnung ausgebildet ist.
- 5 zeigt eine schematische Darstellung des Gehäuses in perspektiver Ansicht.
- 6 zeigt eine schematische Draufsicht auf die Gehäuseöffnung in Eindringrichtung V eines Mediums.
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1 zeigt ein Gehäuse 100 gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel. Das Gehäuse 100 ist dabei in einer Schnittansicht entlang einer Schnittlinie B-B gezeigt.
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Das Gehäuse 100 weist einen Gehäuseinnenraum 7 auf. In dem Gehäuseinnenraum 7 kann ein Sensorelement angeordnet werden. Zu diesem Zweck ist in dem Gehäuseinnenraum 7 eine Vertiefung 8 zur Aufnahme des Sensorelements ausgebildet. Der Gehäuseinnenraum 7 ist von einem Druckausgleichselement 4 verschlossen. Das Druckausgleichselement 4 dient der Abtrennung flüssiger Medien, so dass nur gasförmige Medien in das Innere des Gehäuses 100 gelangen können.
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Das Gehäuse 100 umfasst ferner eine Gehäuseöffnung 1 mit einer Außenseite 11 und einer Innenseite 12. Die Außenseite 11 ist mit der äußeren Umgebung des Gehäuses 100 verbunden. Die Innenseite 12 der Gehäuseöffnung 1 ist mit dem in dem Gehäuse 100 ausgebildeten Gehäuseinnenraum 7 über das Druckausgleichselement 4 verbunden. Der Gehäuseinnenraum 7 ist dabei nur über die Gehäuseöffnung 1 mit der äußeren Umgebung des Gehäuses 100 verbunden.
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Die Gehäuseöffnung 1 weist einen Durchmesser d1 auf. Ein Ende der Gehäuseöffnung 1 wird von dem Druckausgleichselement 4 bedeckt. Dieses Ende ist über das Druckausgleichselement 4 mit dem Gehäuseinnenraum 7 verbunden. Das gegenüberliegende Ende der Gehäuseöffnung 1 ist mit einem von einer Schutzwand 2 umgebenen Kanal 9 verbunden.
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Das Gehäuse 100 ist ein Spritzgussteil. Die Gehäuseöffnung 1 und die Schutzwand 2 sind beide in diesem Spritzgussteil ausgebildet. Dabei werden die Gehäuseöffnung 1 und die Schutzwand 2 von unterschiedlichen Bereichen des Spritzgussteils gebildet. Als Gehäuseöffnung 1 ist dabei der Bereich des Spritzgussteils anzusehen, der den Durchmesser d1 hat. Als Schutzwand 2 ist der Bereich des Spritzgussteils anzusehen, der einen zweiten Durchmesser d2 aufweist.
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Des Weiteren ist eine Eindringrichtung V eines Mediums durch die Gehäuseöffnung 1 in den Gehäuseinnenraum 7 definiert, die von außen nach innen gerichtet ist.
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Die Schutzwand 2 dient dem Schutz des Gehäuseinnenraums 7 vor großen Teilen, die die Gehäuseöffnung 1 verstopfen könnten oder mechanischen Schaden an der Gehäuseöffnung 1 anrichten könnten. Darüber hinaus sorgt die Schutzwand 2 dafür, auf das Gehäuse 100 auftreffendes Strahlwasser nur in einem sehr kleinen Winkelbereich die Gehäuseöffnung 1 direkt erreichen kann. Da die Schutzwand 2 in Richtung V eine Länge hat, die mehr als das Fünffache des Durchmessers d2 der Schutzwand 2 beträgt, erreicht nahezu nur senkrecht auftreffendes Strahlwasser die Gehäuseöffnung 1, ohne vorher von der Schutzwand 2 abgelenkt zu werden.
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Die Schutzwand 2 bildet den oben erwähnten Kanal 9, der sich entgegengesetzt zur Eindringrichtung V an die Gehäuseöffnung 1 anschließt. Der von der Schutzwand 2 gebildete Kanal 9 weist den Durchmesser d2 auf. Der Durchmesser d2 ist größer als der Durchmesser d1. Dementsprechend ist die Gehäuseöffnung 1 enger als der von der Schutzwand 2 gebildete Kanal 9. Der Übergang von dem Kanal 9 zur Gehäuseöffnung 1 bildet somit eine Engstelle aus, die dazu ausgestaltet ist, eindringendes Strahlwasser davon abzuhalten, das Druckausgleichselement 4 ungehindert zu erreichen.
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Die Schutzwand 2 wird von einer Gehäusewand 5 umhüllt. Die Gehäusewand 5 schützt die Schutzwand 2 vor mechanischen Belastungen. Entgegengesetzt zur Eindringrichtung V ragt die Gehäusewand 5 über die Schutzwand 2 hinaus.
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In dem ersten Ausführungsbeispiel sind die Gehäusewand 5 und die Schutzwand 2 einstückig gefertigt. Dabei sind die Gehäusewand 5 und die Schutzwand 2 durch ein einziges Spritzgussteil gebildet. Als Schutzwand 2 wird hier derjenige Teil der Spritzgussteils bezeichnet, der den mit der Gehäuseöffnung 1 verbundenen Kanal 9 unmittelbar umgibt. Als Gehäusewand 5 wird der äußere Teil des Spritzgussteils bezeichnet, d.h. der Teil mit dem größten Durchmesser.
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Über der Außenseite 11 der Gehäuseöffnung 1 ist ferner eine Brücke 3 angeordnet, die die Gehäuseöffnung 11 überspannt. Bei der Brücke 3 handelt es sich ebenfalls um einen Bereich des Spritzgussteils, das das Gehäuse 100 ausbildet. Die Brücke 3 ist somit einstückig mit der Gehäuseöffnung 1 und der Schutzwand 2 gebildet. Die Brücke 3 besteht aus dem gleichen Material wie die Gehäuseöffnung 1 und die Schutzwand 2 .
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Der Verlauf der Brücke 3 ist senkrecht zur Schnittlinie B-B. Daher ist in 1 nur ein Querschnitt des Brückenbogens erkennbar. Dabei sind die Brücke 3 und die Außenseite 11 der Gehäuseöffnung 1 so gestaltet, dass bei einer Projektion der Brücke 3 auf die Gehäuseöffnung 11, ein Teil der Gehäuseöffnung 11 überdeckt ist. Die Brücke 3 ist so ausgeführt, dass ein möglichst großer Teil der Gehäuseöffnung 1 von der Brücke 3 überdeckt wird. Fertigungsbedingt kann eine vollständige Überdeckung nicht immer möglich sein.
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Die Brücke 3 schützt die Gehäuseöffnung 1 vor einem direkten Durchdringen der Gehäuseöffnung 1 durch stabähnliche Objekte und vor Strahlwasser. Somit ist auch das Druckausgleichselement 4 durch die Brücke 3 vor Beschädigung durch Strahlwasser geschützt. Die Brücke 3 und die Schutzwand 2 sind derart ausgestaltet, dass durch ihr Zusammenwirken verhindert wird, dass Strahlwasser unmittelbar das Druckausgleichselement 4 erreicht, ohne vorher durch die Brücke 3 oder die Schutzwand 2 abgelenkt zu werden. Trifft das Strahlwasser zunächst auf die Brücke oder die Schutzwand 2, wird es dabei abgelenkt und verliert einen Teil seiner Kraft. Dementsprechend wird die Gefahr einer Beschädigung des Druckausgleichselements durch das Strahlwasser erheblich gemindert.
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Die Gehäuseöffnung 1 ist in einem Boden 6 des Gehäuseinnenraums 7 ausgebildet. Der Boden 6 weist einen ersten Bereich 6a und einen zweiten Bereich 6b auf. Die Gehäuseöffnung 1 ist in dem ersten Bereich 6a angeordnet. Der zweite Bereich 6b ist gegenüber dem ersten Bereich 6a um eine Stufe versetzt. Der zweite Bereich 6b ist entgegengesetzt zur Eindringrichtung V gegenüber dem ersten Bereich 6a versetzt.
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Dementsprechend befindet sich, in Eindringrichtung V, die Innenseite 12 der Gehäuseöffnung 1 erhöht gegenüber dem zweiten Bereich 6b des Bodens 6.
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3A zeigt ein Gehäuse 100 gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel. 3A zeigt dabei das Gehäuse in einer Schnittansicht. 3B zeigt einen Ausschnitt aus 3 in einer vergrößerten Ansicht.
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Die in den 3A und 3B gezeigte Schnittansicht beruht auf der Schnittlinie A-A, die parallel zur Bücke 3 ausgerichtet ist, wie auch in 2 gezeigt. In der 3A ist ein kreisförmiger Bereich Z eingezeichnet, der in 3B als vergrößerter Ausschnitt dargestellt ist. Die 3A dient zur Darstellung der Position der Gehäuseöffnung 1 und der Schutzwände 2 in Relation zum Gehäuse 100. Die 3B dient zur detaillierten Darstellung der Gehäuseöffnung 1.
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In den Schnittansichten der 3A und 3B ist die Brücke 3 als ein trapezförmiger Bogen dargestellt, der über die Außenseite 11 der Gehäuseöffnung 1 gespannt ist und eine Aussparung auf der zur Gehäuseöffnung gerichteten Trapezparallelen aufweist. Diese geometrische Form kann jedoch beliebig angepasst sein, um sowohl eine Herstellung im Spritzgussverfahren als auch die Funktion des Schutzes vor Strahlwasser zu optimieren. An der Innenseite 12 der Gehäuseöffnung 1 ist das Druckausgleichselement 4 angeordnet. Dabei befindet sich die Innenseite 12 der Gehäuseöffnung 1 in der gezeigten Ausführung in einer Ebene mit dem Boden 6 des Gehäuseinneren.
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Das zweite Ausführungsbeispiel des Gehäuses 100 unterscheidet sich von dem ersten Ausführungsbeispiel durch die Ausgestaltung des Gehäuseinnenraums 7. Gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel weist der Gehäuseinnenraum 7 einen Boden 6 auf, in dem die Gehäuseöffnung 1 ausgebildet ist, wobei der Boden 6 flach ist.
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Ein weiterer Unterschied zwischen dem ersten und dem zweiten Ausführungsbeispiel besteht in der Ausgestaltung der Schutzwand 2. Gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel ist die Schutzwand 2 nicht integral mit der Gehäusewand 5 geformt. Vielmehr sind die Schutzwand 2 und die Gehäusewand 5 voneinander beabstandet.
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Entgegengesetzt zur Eindringrichtung V ragt die Schutzwand 2 nicht über die Gehäusewand 5 hinaus. Vielmehr ist die Schutzwand 2 gegenüber der Gehäusewand 5 zurückversetzt. Dadurch ist die Schutzwand 2 vor mechanischen Belastungen geschützt, die auf die Gehäusewand 5 einwirken.
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Die Brücke 3 ist nahe dem der Gehäuseöffnung 1 zugewandten Ende der Schutzwand 2 angeordnet. Die Brücke 3 ist somit tief innerhalb der Schutzwand 2 angeordnet. Die Brücke 3 ist in Eindringrichtung V gesehen im letzten Viertel der Schutzwand 2 angeordnet, vorzugsweise im letzten Zehntel. Durch die tiefe Position der Brücke 3 innerhalb der Schutzwand 2 bietet die Brücke 3 einen guten Schutz für die Gehäuseöffnung 1 gegen Strahlwasser. Die Brücke 3 ist so angeordnet und ausgestaltet, dass Strahlwasser entweder die Gehäuseöffnung 1 gar nicht direkt erreichen kann oder dass nur aus einem sehr kleinen Winkelbereich kann Strahlwasser direkt auf die Gehäuseöffnung 1 treffen kann.
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2 zeigt eine schematische Draufsicht auf die Brücke 3 ausgerichtet zur Eindringrichtung V. Die Gehäuseöffnung 1 befindet sich bei dieser Ansicht unter der Brücke 3. Die Brücke 3 ist so gestaltet, dass sie die Gehäuseöffnung 1 möglichst komplett überdeckt. Um die Gehäuseöffnung 1 sowie um die Brücke 3 herum ist die Schutzwand 2 angeordnet. Die Schutzwand 2 weist zwei einander gegenüberliegende Abschnitte 2a, 2b auf, die jeweils einen kreissegmentförmigen Querschnitt haben. Die beiden Abschnitte 2a, 2b der Schutzwand 2 sind durch Aussparungen 2c voneinander getrennt.
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Die Aussparrungen 2c dienen der Verhinderung eines Verstopfens der Gehäuseöffnung durch ein Objekt, das sich auf eine Öffnung der Schutzwände 2 legen könnte. Die Querschnittsform der Schutzwand 2 ist jedoch nicht auf diese Form reduziert, sondern kann jede geometrische Form oder Kombination von Formen annehmen. Insbesondere kann die Schutzwand 2 ganz oder teilweise in die Gehäusewand 5 integriert sein. Die Aussparungen 2c erstrecken sich nur über einen Teil der Länge der Schutzwand 2.
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In der Draufsicht sind auch die beiden Schnittlinien A-A parallel zur Brücke und B-B senkrecht zur Brücke gezeigt. Der Vektor der Eindringrichtung V liegt im Schnittpunkt Schnittlinien A-A und B-B und zeigt in die Zeichenebene hinein.
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4 zeigt eine perspektivische Ansicht des Gehäuses 100 gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel mit Blick auf eine Seite, an der die Gehäuseöffnung ausgebildet ist. 5 zeigt eine schematische Darstellung des Gehäuses 100 in perspektiver Ansicht. 6 zeigt eine schematische Draufsicht auf die Gehäuseöffnung in Eindringrichtung V eines Mediums.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Gehäuseöffnung
- 11
- Außenseite
- 12
- Innenseite
- 100
- Gehäuse
- 2
- Schutzwände
- 2a
- Abschnitt
- 2b
- Abschnitt
- 2c
- Aussparung
- 3
- Brücke
- 4
- Druckausgleichselement
- 5
- Gehäusewand
- 6
- Boden des Gehäuseinnenraums
- 6a
- erster Bereich
- 6b
- zweiter Bereich
- 7
- Gehäuseinnenraum
- 8
- Vertiefung
- 9
- Kanal
- A-A
- Schnitt parallel zur Brücke
- B-B
- Schnitt senkrecht zur Brücke
- V
- Eindringrichtung eines Mediums
- d1
- Durchmesser der Gehäuseöffnung
- d2
- Durchmesser der Schutzwand
