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Die Erfindung bezieht sich auf einen Prozessanschluss für einen Sensor und ein Herstellungsverfahren desgleichen Prozessanschlusses.
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Prozessanschlüsse für Sensoren werden in den verschiedensten industriellen Prozessen eingesetzt. Prozessanschlüsse dienen dazu, verschiedenartige Sensoren, zum Beispiel einen Leitfähigkeitssensor mit dem Prozessmedium des Prozesses in Kontakt zu bringen. Die prozessführende Vorrichtung, zum Beispiel eine Rohrleitung oder ein anderes Behältnis, weist hierzu einen Prozesseingang auf. Der Prozesseingang und der Prozessanschluss müssen dicht und lösbar miteinander verbunden werden. Zum dichten Verschließen des Prozesseingangs wird eine Prozessdichtung zwischen den Prozessanschluss und den Prozesseingang angebracht. Zusätzlich wird ein Fixierelement verwendet, bspw. eine Klammer, eine Schraube, oder eine Überwurfmutter, um den Prozessanschluss lösbar mit dem Prozesseingang zu verbinden. Das Fixierelement drückt den Prozessanschluss auf die Prozessdichtung, um ein Entweichen des Prozessmediums zu verhindern. Durch die lösbare Verbindung von Prozesseingang und Prozessanschluss, wird die Wartung des Prozessanschlusses oder des Sensors ermöglicht.
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Gewisse Eigenschaften des Prozessanschlusses und des Prozesseingangs unterliegen je nach Anwendungsgebiet verschiedenen Vorgaben, welche durch nationale und internationale Normen (wie zum Beispiel DIN 11851, DIN 11864-1, ISO 2852, etc.) oder Quasi-Industriestandards der Einsatzbranchen („Varivent“, „Biocontrol“, et cetera) definiert sind. Gerade in Prozessen der Lebensmittel- und Getränkeindustrie gibt es strenge Vorschriften zur Hygiene von Prozessanschlüssen.
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Die Hygieneeigenschaften von Prozessanschlüssen werden hauptsächlich durch vorhandene Spalte, Kanten oder Dichtungen beeinträchtigt, da sich dort leicht Ablagerungen bilden können. Es gibt hygienegerechte Prozessanschlüsse, welche zum Beispiel wenige Dichtungen aufweisen, welche aber wiederum nur auf genau einen Prozesseingang mit einem spezifischen Durchmesser passen. Da es jedoch eine Vielzahl an Prozesseingängen mit jeweils verschiedenen Eingangsdurchmessern gibt, sind die Kosten zur Realisierung einer Vielfalt an Prozessanschlüssen für eine Sensorfamilie sehr hoch.
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Eine Aufgabe der Erfindung ist es, einen Prozessanschluss für einen Sensor bereitzustellen, welcher hervorragende Hygieneeigenschaften und eine Einsetzbarkeit für eine Vielzahl an Prozesseingängen auf wirtschaftliche Art und Weise ermöglicht.
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Diese Aufgabe wird durch den Anspruch 1 gelöst.
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Die Erfindung betrifft einen Prozessanschluss für einen Sensor. Der Prozessanschluss ist dazu geeignet, mit einem Prozesseingang über eine Prozessdichtung und ein Fixierelement verbunden zu werden. Der Prozessanschluss umfasst ein Sensorgehäuse und ein Anpresselement. Das Sensorgehäuse weist einen Gehäusekörper und einen Gehäusebund auf. Der Gehäusekörper ist dazu ausgebildet, den Sensor zu empfangen. Der Gehäusebund verläuft um den Gehäusekörper und weist einen den Gehäusekörper umlaufenden ersten Dichtungsabschnitt und einen Anpressbereich auf. Der Gehäusebund ist einstückig mit dem Gehäusekörper ausgebildet. Der erste Dichtungsabschnitt ist dazu geeignet, die Prozessdichtung zu empfangen, um den Prozesseingang mit dem Gehäusebund fluiddicht abzuschließen. Das Anpresselement weist einen Anpressbereich auf, welcher dazu geeignet ist, mit dem Anpressbereich des Gehäusebundes in Kontakt zu kommen, um den Gehäusebund auf die Prozessdichtung zu pressen.
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Der erfindungsgemäße Prozessanschluss ermöglicht etliche Vorteile, wobei nachfolgend nur einige Vorteile auf exemplarische Weise erwähnt werden sollen. Ein Vorteil, welcher durch die Einstückigkeit des Sensorgehäuses, insbesondere des Gehäusekörpers und des Gehäusebundes erwächst, ist, dass zusätzliche Dichtstellen vermieden werden. Somit gibt es einerseits weniger Spalte, in welchen sich Ablagerungen bilden könnten, was sich vorteilhaft auf die Hygieneeigenschaften des Sensorgehäuses auswirkt und andererseits gibt es weniger zu wartende Elemente am Prozessanschluss. Der Vorteil eines separaten Anpresselements ist, dass das Anpresselement verwendet werden kann, um die Anpresskräfte des Fixierelementes zu empfangen und auf das Sensorgehäuse zu übertragen. Somit kann der Gehäusebund auf das Fertigungsverfahren optimiert gestaltet und an die jeweiligen Durchmesser der Prozesseingänge angepasst werden. Dank des erfindungsgemäßen Prozessanschlusses ist es somit möglich, eine flexible Fertigung und gleichzeitig eine zuverlässige Dichtwirkung zu erreichen.
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Gemäß einer Ausführungsform ist das Anpresselement ringförmig und weist einen axial umlaufenden ersten Dichtungsabschnitt auf, welcher dazu geeignet ist, die Prozessdichtung zu kontaktieren, um den Prozesseingang mit dem Anpresselement fluiddicht abzuschließen.
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Gemäß einer Ausführungsform weist der Prozessanschluss ein ringförmiges Dichtungselement auf, welches zwischen dem Sensorgehäuse und dem Anpresselement angeordnet ist.
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Gemäß einer Ausführungsform ist das ringförmige Dichtungselement zwischen dem Gehäusekörper des Sensorgehäuses und dem Anpresselement angeordnet.
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Gemäß einer Ausführungsform ist der erste Dichtungsabschnitt des Gehäusebundes an einer Stirnseite an einem radialen äußeren Ende des ringförmigen Gehäusebunds angeordnet.
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Gemäß einer Ausführungsform weist der erste Dichtungsabschnitt eine der folgenden Querschnittsformen auf: plan, konisch oder nutförmig, insbesondere halbrund oder rechteckig.
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Gemäß einer Ausführungsform weist das Sensorgehäuse einen Übergangsbereich auf, welcher zwischen dem Gehäusebund und dem Gehäusekörper angeordnet ist und einen Radius zwischen 3,2 mm und 6 mm oder größer 6 mm aufweist.
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Die Erfindung betrifft ebenso ein Herstellungsverfahren des erfindungsgemäßen Prozessanschlusses gemäß Anspruch 8.
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Das erfindungsgemäße Herstellungsverfahren des erfindungsgemäßen Prozessanschlusses für einen vorbestimmten Prozesseingang und für eine vorbestimmte Prozessdichtung umfasst die folgenden Schritte:
- - Fertigen des Sensorgehäuses, so dass der Gehäusekörper und der Gehäusebund einstückig ausgebildet sind,
- - Anpassen des Gehäusebundes, so dass der Gehäusebund einen Außendurchmesser, sowie einen ersten Dichtungsabschnitt aufweist, welche für den vorbestimmten Prozesseingang und Prozessdichtung passend sind, und
- - Fertigen des Anpresselements.
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Das erfindungsgemäße Herstellungsverfahren bringt den Vorteil mit sich, dass das Sensorgehäuse materialsparend hergestellt werden kann. Somit kann für das Sensorgehäuse ein hochwertiges Material verwendet werden, ohne dass die Produktionskosten hiervon zu stark belastet werden. Durch das Anpassen des Gehäusebundes auf den Außendurchmesser des Prozesseingangs, ist es möglich das Sensorgehäuse auf jeden beliebigen Außendurchmesser eines Prozesseingangs anzupassen.
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Gemäß einer Ausführungsform erfolgt das Fertigen des Sensorgehäuses durch Spritzgiessen.
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Gemäß einer Ausführungsform erfolgt der Anpassungsschritt des Gehäusebunds durch ein trennendes Verfahren, beispielsweise ein spanendes Verfahren.
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Die Erfindung wird anhand der nachfolgenden Figurenbeschreibung näher erläutert. Es zeigen:
- - 1: eine schematische Schnittzeichnung eines über einen Dichtring mit einem Prozessanschluss verbundenen erfindungsgemäßen Prozessanschluss,
- - 2: eine Ausführungsform des in 1 dargestellten Prozessanschlusses,
- - 3: ein Detailausschnitt aus 2,
- - 4: eine alternative Ausführungsform eines Prozessanschlusses,
- - 5: eine alternative Ausführungsform des in 2 dargestellten Prozessanschlusses,
- - 6: eine alternative Ausführungsform des in 2 dargestellten Prozessanschlusses,
- - 7: eine alternative Ausführungsform des in 2 dargestellten Prozessanschlusses.
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1 zeigt einen Prozessanschluss 1 für einen Sensor. Der Prozessanschluss 1 umfasst ein Sensorgehäuse 10 und ein Anpresselement 20. Der Prozessanschluss 1 ist dazu geeignet, mit einem Prozesseingang 2 über eine Prozessdichtung 3 und ein Fixierelement 4 (in 2 und 3 dargestellt) verbunden zu werden.
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Das Sensorgehäuse 10 weist einen Gehäusekörper 11 und einen Gehäusebund 12 auf. Der Gehäusekörper 11 ist dazu ausgebildet, den Sensor zu empfangen. Der Gehäusekörper 11 ermöglicht es dem Sensor, durch den Prozesseingang 2 ein Prozessmedium zu analysieren. Wenn der Sensor zum Beispiel ein induktiver Leitfähigkeitssensor ist, werden die Messspulen des induktiven Leitfähigkeitssensors vom Gehäusekörper 11 umschlossen und können so in das Prozessmedium, zum Beispiel eine Flüssigkeit, getaucht werden. Bei einem optischen Sensor ermöglicht der Gehäusekörper 11 dem Sensor zum Beispiel nur einen optischen Zugang zum Prozessmedium.
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Der Gehäusebund 12 verläuft um den Gehäusekörper 11, wie in den 1-7 dargestellt. Der Gehäusebund 12 weist einen den Gehäusekörper 11 umlaufenden ersten Dichtungsabschnitt 13 auf. Der erste Dichtungsabschnitt 13 ist dazu geeignet, die Prozessdichtung 3 zu empfangen, um den Prozesseingang 2 mit dem Gehäusebund 12 fluiddicht abzuschließen. Der Gehäusebund 12 ist derart ausgestaltet, dass der erste Dichtungsabschnitt 13 auf der Prozessdichtung 3 zu liegen kommt, wenn der Prozessanschluss am Prozesseingang 2 befestigt wird.
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Der Gehäusebund 12 erstreckt sich vom Gehäusekörper 11 weg. In einer Ausführungsform weist der Gehäusebund 12 eine Dicke zwischen 2 mm und 3,1 mm auf. Dies ermöglicht das Einsparen von Material am Sensorgehäuse 10. Die Materialstärke des Gehäusebundes 11 wird abhängig von dem bevorzugten Fertigungsverfahren gewählt, um eine gewünschte Qualität und/oder eine gewünschte Kosteneinsparung zu erzielen.
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Der Gehäusebund 12 weist einen Anpressbereich 14 auf. Der Anpressbereich 14 ist dazu geeignet, eine Anpresskraft zu erfahren, so dass das Sensorgehäuse 10 auf die Prozessdichtung 3 gedrückt wird.
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Der Gehäusebund 12 ist einstückig mit dem Gehäusekörper 11 ausgebildet. Somit entfallen zusätzliche Dichtstellen neben der Prozessdichtung 3.
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Das Anpresselement 20 des Prozessanschlusses 1 weist einen Anpressbereich 22 auf (siehe 1). Der Anpressbereich 22 ist dazu geeignet, mit dem Anpressbereich 14 des Gehäusebundes 12 in Kontakt zu kommen, um den Gehäusebund 12 auf die Prozessdichtung 3 zu pressen.
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Wie in 3 dargestellt, wird das Anpresselement 20 von zwei potentiellen Leckpfaden L1, L2 teilweise umschlossen. Der erste Leckpfad L1 ist für einen im Prozessanschluss 1 angeordneten Sensor unschädlich, da der Leckpfad L1 nicht in das Innere des Prozessanschlusses 1 eindringen kann. Der zweite Leckpfad L2 ist für einen im Prozessanschluss 1 angeordneten Sensor potentiell schädlich, da der zweite Leckpfad L2 ins Innere des Prozessanschlusses 1 eindringt.
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Das Anpresselement 20 ist ringförmig. Ringförmig bedeutet, dass das Anpresselement 20 einen geschlossenen Ring formt. Der radiale Querschnitt des ringförmigen Anpresselements 20 kann beliebig ausgebildet sein.
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Das Anpresselement 20 weist einen axial umlaufenden ersten Dichtungsabschnitt 21 und einen axial umlaufenden zweiten Dichtungsabschnitt 23 auf (siehe 3).
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Der erste Dichtungsabschnitt 21 ist dazu geeignet, die Prozessdichtung 3 zu kontaktieren, um den Prozesseingang 1 mit dem Anpresselement 20 fluiddicht abzuschließen. Durch den umlaufenden ersten Dichtungsabschnitt 21 des Anpresselements 20 kommt das Anpresselement 20 zusätzlich zum Sensorgehäuse 10 mit der Prozessdichtung 3 in Kontakt und bildet so eine weitere Dichtstelle zwischen dem Inneren und Äußeren der Prozessdichtung 3, so dass eine Dichtwirkung zwischen Gehäusebund 12 und Anpresselement 20 nur mit der ohnehin benötigten Prozessdichtung 3 erzielt wird.
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In einer alternativen Ausführung (siehe 7) berührt das Anpresselement 20 die Prozessdichtung 3 nicht.
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Der zweite Dichtungsabschnitt 23 ist dazu geeignet, ein ringförmiges Dichtungselement 15 zu kontaktieren. Das ringförmige Dichtungselement 15 ist zwischen dem Sensorgehäuse 10 und dem zweiten Dichtungsabschnitt 23 des Anpresselements 20 angeordnet (siehe 2-4). Somit wird der potentielle zweite Leckpfad L2 des Prozessmediums zwischen dem Anpresselement 20 und dem Sensorgehäuse 10 abgedichtet. Das Prozessmedium kann so bei Versagen der Prozessdichtung 3 nicht ins Innere des Sensorgehäuses 10 eindringen.
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In einer Ausführungsform (nicht dargestellt) weist das Anpresselement eine Leckagebohrung auf. Die Leckagebohrung ist zwischen dem ersten Dichtungsabschnitt 21 und dem zweiten Dichtungsabschnitt 23 des Anpresselementes so angeordnet, dass ein sich auf dem zweiten Leckpfad L2 fließendes Prozessmedium durch die Leckagebohrung zumindest teilweise abgeführt wird. Die Leckagebohrung ist dazu geeignet, den Austritt des Prozessmediums entlang des potenziellen zweiten Leckpfades L2 einem Benutzer sichtbar zu machen.
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Das ringförmige Dichtungselement 15 ist zum Beispiel zwischen dem Anpresselement 20 und dem Gehäusekörper 11 angeordnet, wie in den 2 bis 4 dargestellt. Das ringförmige Dichtungselement 15 kann verschiedene Querschnittsformen aufweisen. Zum Beispiel ist das ringförmige Dichtungselement 15 eine O-Ringdichtung. Das Anpresselement 20 ist passgenau zum Gehäusekörper 11 ausgebildet. Das Sensorgehäuse 10 weist einen zweiten Dichtungsabschnitt 17 auf, der auf dem Gehäusekörper 11 angeordnet ist, um mit dem Dichtungselement 15 in Kontakt zu kommen. Das Dichtungselement 15 ist zum Beispiel eine Elastomer-Dichtung.
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Alternativ kann das Dichtungselement 15, der zweite Dichtungsabschnitt 23 des Anpresselements 20 und der zweite Dichtungsabschnitt 17 des Sensorgehäuses 10 so angeordnet werden, dass die durch das Dichtungselement 15 gebildete Dichtstelle zwischen dem Anpresselement 20 und dem Gehäusebund 12 des Sensorgehäuses 10 gebildet wird (nicht dargestellt).
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Wie in 4 dargestellt, ist in einer alternativen Ausführungsform des Prozessanschlusses 1 der erste Dichtungsabschnitt 13 des Gehäusebundes 12 an einer Stirnseite 18 des Gehäusebunds 12 angeordnet. Die Stirnseite 18 des Gehäusebunds 12 befindet sich an einem radialen äußeren Ende des ringförmigen Gehäusebunds 12.
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Der erste Dichtungsabschnitt 13 des Gehäusebundes 12 kann verschiedene Querschnittsformen aufweisen. Zum Beispiel ist der erste Dichtungsabschnitt 13 plan oder eine Nut (bspw. halbrund, oder rechteckig). Somit eignet sich der Prozessanschluss 1 zum Beispiel für Prozesseingänge 2, welche die Vorschriften von SMS 1147, DIN 11851 oder ISO 2852 erfüllen.
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Das Sensorgehäuse 10 weist einen Übergangsbereich 16 auf, welcher zwischen dem Gehäusebund 12 und dem Gehäusekörper 11 angeordnet ist und einen Radius zwischen 3,2 mm und 6 mm oder größer als 6 mm aufweist, was besonders gut in 3 zu sehen ist. Alternativ weist der Übergangsbereich 16 einen Radius größer als 6 auf. Dies ermöglicht, dass der Prozessanschluss 1 weniger anfällig für Ablagerungen des Prozessmediums wird. Somit werden die Hygieneeigenschaften des Prozessanschlusses 1 verbessert.
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Im Folgenden wird nun das Herstellungsverfahren des oben beschriebenen erfindungsgemäßen Prozessanschlusses 1 beschrieben.
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In einem ersten Schritt wird das Sensorgehäuse 10 gefertigt. Während diesem Fertigungsschritt werden der Gehäusekörper 11 und der Gehäusebund 12 einstückig ausgebildet. Das einstückige Fertigen des Gehäusekörpers 11 und des Gehäusebunds 12 vermeidet Spaltbildungen am Prozessanschluss und vermeidet zusätzliche Dichtungsstellen.
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Das Sensorgehäuse 10 kann derart gefertigt werden, dass der Gehäusebund einen Außendurchmesser D aufweist, so dass das Sensorgehäuse 10 größer ist als der größte Prozesseingang 2 einer Kategorie von Prozesseingängen. Somit braucht nur eine einzige „Standardkontur“ des Sensorgehäuses 10 für eine Vielzahl an Prozesseingängen gefertigt werden, was die Fertigungskosten und Fertigungsnebenzeiten verringert.
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Das Sensorgehäuse 10 kann durch ein Urformverfahren (z.B. Gießen), ein Umformverfahren (z.B. Druckumformen), ein Trennverfahren (z.B. Spanen), oder durch kombinierte zuvor genannte Verfahren hergestellt werden.
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Zum fertigen des Sensorgehäuses 10 wird zum Beispiel ein Werkstoff aus einer der folgenden Materialien gewählt: Thermoplaste, Duroplaste, Peek, Thermoplast Peek, Metall, Keramik oder Glas.
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Das Sensorgehäuse 10 ist zum Beispiel durch ein Spritzgussverfahren hergestellt. Dies hat den Vorteil, dass Gleichteile kostengünstig in hohen Stückzahlen fertigbar sind und geschlossene Sensorgehäuse in hygienegerechtem Design bei hoher Formfreiheit hergestellt werden können. Weiterhin kann so eine geschlossene, dichtungsfreie Oberfläche mit großer Gestaltungsfreiheit realisiert werden.
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In einem nächsten Schritt wird der Gehäusebund 12 so angepasst, dass der Gehäusebund 12 einen Außendurchmesser D aufweist, welcher für einen vorbestimmten Prozesseingang 2 passend ist. Dies ermöglicht es, den Standardtyp des Sensorgehäuses auf einen spezifischen Prozesseingang 2 anzupassen, um die maximale Präzision für den Prozessanschluss 1 zu erzielen. Soll der Gehäusebund 12 für den größten Prozesseingang 2 einer Kategorie von Prozesseingängen angepasst werden, so dient der Anpassungsschritt zur Erreichung einer höheren Passgenauigkeit für den Prozesseingang.
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Wie in den 5 bis 7 dargestellt, umfasst der Anpassungsschritt des Gehäusebunds 12 auch das Anpassen des ersten Dichtungsabschnittes 13 des Sensorgehäuses 10, so dass sich der Dichtungsabschnitt 13 dazu eignet, eine bestimmte Prozessdichtung 3 zu empfangen. Der Dichtungsabschnitt 13 ist zum Beispiel plan, konisch oder nutförmig, insbesondere halbrund oder rechteckig ausgebildet.
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Zum Beispiel kann während des Anpassungsschritts der erste Dichtungsabschnitt 13 so ausgebildet werden, dass eine Formdichtung gemäß ISO 2852 vom ersten Dichtungsabschnitt 13 aufgenommen werden kann (siehe 5).
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Zum Beispiel kann während des Anpassungsschritts der erste Dichtungsabschnitt 13 so ausgebildet werden, dass eine Flach-Ring-Dichtung gemäß SMS 1147 vom ersten Dichtungsabschnitt 13 aufgenommen werden kann (siehe 6).
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Zum Beispiel kann während des Anpassungsschritts der erste Dichtungsabschnitt 13 so ausgebildet werden, dass eine D-Ring-Dichtung gemäß DIN 11851 vom ersten Dichtungsabschnitt 13 aufgenommen werden kann (siehe 7).
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Der Anpassungsschritt des Gehäusebunds 12 erfolgt zum Beispiel durch eine spanende Bearbeitung des Gehäusebunds 12. Dies hat den Vorteil einer hohen Werkstoff- und Geometrieflexibilität bei höher Präzision.
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In einem weiteren Schritt wird das Anpresselement 20 gefertigt. Das Anpresselement 20 wird so gefertigt, dass es zu dem Sensorgehäuse 10 für den spezifischen Prozesseingang 2 passend ist.
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Das Anpresselement 20 kann durch ein Urformverfahren (z.B. Gießen), ein Umformverfahren (z.B. Druckumformen), ein Trennverfahren (z.B. Spanen), oder durch kombinierte zuvor genannte Verfahren hergestellt werden. Das Fertigungsverfahren des Anpresselements 20 kann auch in Abhängigkeit des für das Sensorgehäuse 10 gewählten Fertigungsverfahrens gewählt werden.
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Zum fertigen des Anpresselements 20 wird zum Beispiel ein Werkstoff aus einer der folgenden Materialien gewählt: Thermoplaste, Duroplaste, Peek, Thermoplast Peek, Metall, Keramik oder Glas.
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Das Anpresselement 20 ist zum Beispiel durch ein spanabhebendes Verfahren hergestellt. Dies hat den Vorteil, dass eine flexible, anforderungsgerechte Werkstoffauswahl des Anpresselements 20 sowie eine hohe Präzision bei der Fertigung des Anpresselements 20 zu günstigen Kosten erreicht wird.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Nicht-Patentliteratur
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- DIN 11851 [0003]
- DIN 11864-1 [0003]
- ISO 2852 [0003]
