DE102018100996A1

DE102018100996A1 - Mechatronischer Strömungssensor

Info

Publication number: DE102018100996A1
Application number: DE102018100996.8A
Authority: DE
Inventors: Berthold Schocker
Original assignee: IFM Electronic GmbH
Current assignee: IFM Electronic GmbH
Priority date: 2017-01-17
Filing date: 2018-01-17
Publication date: 2018-07-19
Anticipated expiration: 2038-01-18
Also published as: DE102018100996B4

Abstract

Bei einem Mechatronischer Strömungssensor mit einem Sensorgehäuse 3 an dem eine Führungsachse 10 angeordnet ist, auf der ein Schiebeelement 12 gegen eine Federkraft verschiebbar gelagert ist und einem im Innenraum der Führungsachse 10 angeordneten Sensorelement 22, das die von der Strömungsgeschwindigkeit des zu messenden Mediums abhängige Position des Schiebelements 12 erfasst, ist am vorderen Ende des Schiebelements 12 ein Adapter 18 vorgesehen ist, der einen erweiterten Bund 19 aufweist, der als Ringführung dient, wobei der Bund 19 randseitige mehrere Ausnehmungen 19a aufweist.

Description

Die Erfindung betrifft einen mechatronischen Strömungssensor gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Aus der DE 10 2004 028 759 ist ein gattungsgemäßer mechatronischer Strömungssensor bekannt, bei dem die Position eines Schiebeelements mit einem induktiven Sensor erfasst wird. Das Schiebelement weist am vorderen Ende einen kegelförmigen Adapter mit einem Bund auf, der passend zu einem Ventilsitz in einem Schrägsitzsensorgehäuse ausgebildet ist.
Verschiedene mechatronische Strömungssensoren werden von der Anmelderin unter anderem unter der Bezeichnung SBY hergestellt und vertrieben.
Die bekannten mechatronischen Strömungssensoren sind bis ca. 80-120° C einsetzbar und deshalb nicht für Hochtemperaturanwendungen (ca. 200°C). Derartige Temperaturen treten unter anderem beim Temperieren von Spitzgusswerkzeugen auf.
Aus der DE 10 2010 042 213 ist ein mechatronischer Strömungssensor für Hochtemperaturanwendungen bekannt, bei dem bei bestimmten Strömungsgeschwindigkeiten größere Schwankungen des Messsignals auftreten.
Aufgabe der Erfindung ist es ein mechatronischen Strömungssensor anzugeben, der über den gesamten Messbereich der Strömungsgeschwindigkeit ein konstantes Messsignal liefert.
Gelöst wird diese Aufgabe durch die im Anspruch 1 angegebenen Merkmale.
Die wesentliche Idee der Erfindung besteht darin, den Bund des Adapters soweit zu erweitern, dass er als Führungsring im Schrägsitzsensorgehäuse dient. Der erweiterte Bund weist randseitig mehrere Ausnehmungen auf.
Nachfolgend ist die Erfindung anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert.
Es zeigen:

1 Aufsicht eines erfindungsgemäßen mechatronischen Strömungssensor im eingebauten Zustand teilweise geschnitten;
Figur 2 Längsschnitt eines mechatronischen Strömungssensors gemäß 1
3 Schnitt und Aufsicht auf einen Adapter gemäß der Erfindung

In 1 ist ein mechatronischer Strömungssensor 1 bestehend aus einem Sensorgehäuse 3 im eingebauten Zustand dargestellt. Das Sensorgehäuse 3 ist in ein ¾ Zoll Gewindeanschluss an einem Schrägsitzsensorgehäuse 100 eingeschraubt. Das Schrägsitzsensorgehäuse 100, das einem bekannten R3/4 Schrägsitzventilgehäuse, weist insgesamt drei Gewindeanschlüsse 102 auf. Die Strömungsrichtung des zu messenden flüssigen bzw. gasförmigen Mediums ist durch einen Pfeil gekennzeichnet.
Aus dem mit einem Deckel 5 verschlossenen Sensorgehäuse 3 ragt eine Wärmeleithülse 7, in der ein Anschlusskabel 200 geführt wird. Am Ende des Anschlusskabels 200 ist eine Elektronikmodul 300 mit integriertem Stecker vorgesehen.
In 2 ist eine Schnittdarstellung des erfindungsgemäßen mechatronischen Strömungssensors gemäß 1 vergrößert dargestellt. An dem Sensorgehäuse 3, ist eine Führungsachse 10 angeordnet, die zu einem großen Teil aus dem Sensorgehäuse 3 herausragt. Auf der Führungsachse 10 ist ein Schiebeelement 12 verschiebbar gelagert. Das Schiebeelement 12 kann entgegen der Kraftwirkung einer Feder 14 in Richtung des Sensorgehäuses 3 verschoben werden. Das Schiebeelement 12 besteht aus einem Führungsrohr 16 aus Kupfer und einem Adapter 18 aus PPF. Im Adapter 18 wird ein Magnet 20 gehalten, der eine relativ hohe Curie-Temperatur besitzt.
Erfindungsgemäß weist der Adapter 18 einen erweiterten Bund 19 auf, der bis unmittelbar an die Wandung 110 des Schrägsitzsensorgehäuses reicht.
3 zeigt eine vergrößerte Darstellung eines Adapters 18. Randseitig weist der Bund 19 des Adapters 18 Ausnehmungen 19a auf.
In die Führungsachse 10 ist die Wärmeleithülse 7 eingeschraubt. Im Innenraum am vorderen Ende der Wärmeleithülse 7 befindet sich ein Sensorelement 22. Das Sensorelement 22 besteht aus einer Sensorplatine 24, auf der ein GMR-Sensor angeordnet ist.
Wie aus der 2 ersichtlich ist, ist die Führungsachse 10 an ihrem vorderen Ende geschlossen. Zur Abdichtung des in das Schrägsitzsensorgehäuse 100 eingeschraubten Sensorgehäuses 3 dient ein O-Ring 26.
Das Sensorgehäuse 3 und die Führungsachse 10 sind aus einem schlecht wärmeleitenden Material PPS (Polypropylensulfid) mit einem Wärmeleitkoeffizient von ca. 0.3 W/K m. Das im Schrägsitzsensorgehäuse 100 strömende Medium umgibt die Führungsachse 10. Aufgrund der hohen Temperatur des Mediums bis zu 200°C wird trotz des schlechten Wärmeleitkoeffizienten von PPS Restwärme von der Führungsachse 10 in Richtung Wärmeleithülse 7 transportiert. Die Führungsachse 10 dient als thermischer Isolator.
Aufgrund des sehr hohen Wärmeleitfähigkeitskoeffizienten der Wärmeleithülse 7 wird die Wärme aber relativ gut zum Ende der Wärmeleithülse 7 abtransportiert, wo sie in die Umgebung nach außen abgeführt wird.
Nachfolgend ist die Funktion des mechatronischen Strömungssensors näher erläutert. Durch das in dem Schrägsitzsensorgehäuse 100 strömende Medium (Flüssigkeit oder Gas) wird das Schiebeelement 12 je nach Strömungsgeschwindigkeit des Mediums mehr oder weniger in Richtung des Sensorgehäuses 3 gedrückt. Mit Hilfe des Sensorelementes 22 wird die Lage des Magneten 22 und damit die Position des Schiebeelements 12 auf der Führungsachse 10 erfasst und das entsprechende Messsignal über das Anschlusskabel 200 an die Elektronik 30 weitergeleitet. Der mechatronische Strömungssensor 1 kann als Strömungswächter bzw. Strömungsmesser arbeiten.
Nachfolgend ist die Funktion der Erfindung näher erläutert.
Der erweiterte Bund 19 dient als zusätzliche Führung des Schiebelements 12.
Aufgrund eines relativ großen Spiels zwischen Führungsachse 10 und Führungsrohr 16, das bei Hochtemperaturanwendungen erforderlich ist, kann der Adapter nicht mehr bei bestimmten Strömungsgeschwindigkeiten „flattern“ und das Messsignal bleibt bei allen Strömungsgeschwindigkeiten stabil.
Neben einem GMR- Sensor zur Erfassung der Position des Schiebeelements 12 sind alternativ auch andere Sensoren insbesondere auch induktive Sensoren denkbar.
Alternativ kann als Material PPE auch das Material PEEK für das Sensorgehäuse 3 und die Führungsachse 10 verwendet werden.
Die Erfindung eignet sich besonders gut für Hochtemperaturspritzgussvorrichtungen. Das Medium (Wasser, Öl oder Glykol) besitzt eine Temperatur von ca. 200° Celsius und hat dabei einen Druck von ca. 20 bar. Mit dem erfindungsgemäßen mechatronischen Strömungssensor 1 kann die Menge des strömenden Mediums genau erfasst und der Prozess entsprechend geregelt werden. Damit kann mit einem zusätzlichen Temperatursensor der Wärmeeintrag oder der Wärmeabtrag in das bzw. aus dem Spritzgusswerkzeug heraus genau bestimmt werden und damit der Spritzgussprozess optimiert werden.
Mit der Erfindung sind sogar Anwendungen bis zu 250° Celsius möglich. Typische Leitungsquerschnitte sind ½" bis 2" mit einem Durchfluss von 4-200 l/min.
Die erfindungsgemäßen Strömungssensoren sind besonders für Ventilblöcke bei Mehrkreis-Temperiersystemen geeignet, die z.B. bei der Fertigung von Karosserieteilen, die als Karbon-/Kunststoff-Verbund-Pressteile ausgebildet sind, eingesetzt werden.
In vorteilhafter Weise ist der Adapter aus Messing und strömungsseitig vorne hohl (4).
Dadurch ergibt sich eine Gewichtsersparnis. Insbesondere ist dann der Strömungssensor besser für unterschiedliche Einbaulagen vertikal bzw. horizontal geeignet.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

DE 102004028759 [0002]
DE 102010042213 [0005]

Claims

Mechatronischer Strömungssensor mit einem Sensorgehäuse (3) an dem eine Führungsachse (10) angeordnet ist, auf der ein Schiebeelement (12) gegen eine Federkraft verschiebbar gelagert ist und einem im Innenraum der Führungsachse (10) angeordneten Sensorelement (22), das die von der Strömungsgeschwindigkeit des zu messenden Mediums abhängige Position des Schiebelements (12) erfasst, dadurch gekennzeichnet, dass am vorderen Ende des Schiebelements (12) ein Adapter (18) vorgesehen ist, der einen erweiterten Bund (19) aufweist, der als Ringführung dient, wobei der Bund (19) randseitige mehrere Ausnehmungen (19a) aufweist.