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Querverweis auf verwandte Anmeldungen
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Die Anmeldung beansprucht die Priorität von und beansprucht die Rechte der U.S. Patentanmeldung Serien-Nr. 14/457,625, eingereicht am 12. August 2014, die eine Continuation-in-Part (CIP) ist, die den Vorteil der Priorität der U.S. Patentanmeldung Serien-Nr. 14/221,910, eingereicht am 21. März 2014, betitelt „ELECTRICAL SYSTEM AND SENSOR ATTACHMENT ASSEMBLY AND METHOD THERFOR” (Elektrisches System und Sensoranbringungsanordnung und Verfahren hierfür), beansprucht, die beide hier durch Bezugnahme enthalten sind.
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Hintergrund
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Gebiet
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Das offenbarte Konzept bezieht sich im Allgemeinen auf Sensoren und insbesondere auf piezoelektrische Sensoranordnungen. Das offenbarte Konzept bezieht sich auch auf Sensoranbringungsanordnungen piezoelektrischer Sensoranordnungen. Das offenbarte Konzept bezieht sich ferner auf elektrische Systeme, die piezoelektrische Sensoranordnungen einsetzen.
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Hintergrundinformation
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Elektrische Systeme weisen häufig eine Vielzahl von Sammelschienen und verschiedene elektrische Vorrichtungen auf, wie beispielsweise elektrische Schaltvorrichtungen (z. B. Schutzschalter bzw. Leistungsunterbrecher, ohne Beschränkung hierauf), die mechanisch gekoppelt und elektrisch verbunden mit den Sammelschienen sind.
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Einige elektrische Systeme setzen Sensoren ein, die direkt an der Sammelschiene angebracht sind, um verschiedene Bedingungen innerhalb des elektrischen Systems zu überwachen. Bei elektrischen Systemen mit niedriger oder mittlerer Spannung, weist beispielsweise die Anbringung derartiger Sensoren an der Sammelschiene eine Vielzahl von Problemstellungen oder Problemen auf. Es ist wünschenswert, eine schnelle und einfache Anbringung der Sensoren in neuen Systemanwendungen vorzusehen, ebenso wie Nachrüstanwendungen zu ermöglichen. Zu weiteren zusätzlichen Überlegungen gehören die Minimierung der Komplexität und der Kosten, die Einfachheit des Zusammenbaus und der Herstellung der Anbringungsanordnung, und das Verhindern, das sich die Anbringungsanordnung löst, beispielsweise während des Versands oder der Installation. Der Sensor und die Anbringungsanordnung müssen ebenfalls imstande sein, in Umgebungen mit relativ hohen Temperaturen (z. B. bis zu 135 Grad Celsius oder mehr Sammelschienentemperatur) sicher und effektiv zu arbeiten.
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Beispielsweise beinhaltet eine Sensoranwendung die Anbringung akustischer Sensoren an den elektrischen Sammelschienen eines elektrischen Systems mit niedrigen bis mittleren Spannungen. Ein früherer Vorschlag setzt eine piezoelektrische Sensoranordnung ein, um akustische Signal zu detektieren, um die Sammelschienen im Hinblick auf lose Verbindungen zu überwachen. Unter anderen Nachteilen weisen bekannte piezoelektrische Anordnungen einen relativ komplexen Aufbau auf und setzen zahlreiche Teile ein, einschließlich einer Schraubenanordnung zum Vorspannen des piezoelektrischen Elements. Dies erhöht die Kosten und Komplexität und verringert die Zuverlässigkeit. Das Vorspannen eines piezoelektrischen Elements über die Schraubenanordnung macht es zudem schwierig, effektive Ergebnisse zu erzielen und zu wiederholen.
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Daher gibt es Raum für Verbesserungen bei piezoelektrischen Sensoranordnungen und bei Sensoranbringungsanordnungen und elektrischen Systemen welche diese einsetzen.
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ZUSAMMENFASSUNG
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Diese und andere Anforderungen werden durch Ausführungsbeispiele des offenbarten Konzepts erfüllt, die auf eine piezoelektrische Sensoranordnung und eine Sensoranbringungsanordnung für elektrische Systeme gerichtet sind.
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Als ein Aspekt des offenbarten Konzepts ist eine piezoelektrische Sensoranordnung für ein elektrisches System vorgesehen. Das elektrische System weist eine Sensoranbringungsanordnung und eine Anzahl von elektrischen Leitern auf. Die Sensoranbringungsanordnung weist ein Sensorgehäuse und ein Befestigungsglied zum Befestigen des Sensorgehäuses an einem entsprechenden der elektrischen Leiter auf. Die piezoelektrische Sensoranordnung weist Folgendes auf: einen Prozessor, der so ausgebildet ist, dass er von dem Sensorgehäuse umgeben wird; ein piezoelektrisches Sensorelement; eine Verdrahtungsanordnung, die das piezoelektrische Sensorelement elektrisch mit dem Prozessor verbindet; ein Isolierglied, das mit dem piezoelektrischen Sensorelement gekoppelt ist und so aufgebaut ist, dass es sich von dem Sensorgehäuse nach außen erstreckt, um in Eingriff mit dem entsprechenden der elektrischen Leiter zu stehen; und ein Anbringungsgehäuse, das so aufgebaut ist, dass es das piezoelektrische Sensorelement und das Isolierglied an dem Sensorgehäuse anbringt.
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Das Isolierglied kann eine Keramikscheibe sein. Die Keramikscheibe kann eine erste Seite und eine zweite Seite aufweisen, die der ersten Seite gegenüber liegt, wobei die erste Seite so aufgebaut ist, dass sie sich in Eingriff mit dem entsprechenden elektrischen Leiter befindet, und wobei die zweite Seite eine Ausnehmung aufweist, die so aufgebaut ist, dass sie das piezoelektrische Sensorelement aufnimmt. Das piezoelektrische Sensorelement kann an der zweiten Seite der Keramikscheibe mit einem leitenden Haftmittel (z. B. leitendes Epoxidharz; leitendes Silikonhaftmittel, aber nicht hierauf beschränkt) angehaftet werden.
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Das piezoelektrische Sensorelement kann eine erste Elektrode und eine zweite Elektrode aufweisen, und die Verdrahtungsanordnung kann einen ersten Draht, einen zweiten Draht und ein elektrisches Verbindungselement aufweisen. Der erste Draht und der zweite Draht können jeweils ein erstes Ende und ein zweites Ende aufweisen, wobei das erste Ende des ersten Drahts elektrisch mit der ersten Elektrode verbunden ist und wobei das erste Ende des zweiten Drahts elektrisch mit der zweiten Elektrode verbunden ist. Das zweite Ende des ersten Drahts und das zweite Ende des zweiten Drahts können beide elektrisch mit dem elektrischen Verbindungselement verbunden sein.
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Das Anbringungsgehäuse kann ein Abschirmglied sein, das einen zylindrischen Körper, ein Durchgangsloch, das sich durch den zylindrischen Körper erstreckt, und einen Flansch aufweist, der sich von dem zylindrischen Körper radial nach außen erstreckt. Der zylindrische Körper kann das piezoelektrische Sensorelement umschließen und abschirmen. Die Verdrahtungsanordnung kann sich durch das Durchgangsloch erstrecken. Der Flansch kann so aufgebaut sein, dass er mit einem entsprechenden Teil des Sensorgehäuses zusammenwirkt. Das Abschirmglied kann ferner eine gewölbte oder gewellte Federscheibe aufweisen, wobei die gewölbte oder gewellte Federscheibe so aufgebaut ist, dass sie sich um den zylindrischen Körper herum zwischen dem Flansch und dem entsprechenden Teil des Sensorgehäuses erstreckt.
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Als ein weiterer Aspekt des offenbarten Konzepts ist eine Sensoranbringungsanordnung für ein elektrisches System vorgesehen, das eine Anzahl von elektrischen Leitern aufweist. Die Sensoranbringungsanordnung weist Folgendes auf: ein Sensorgehäuse: ein Befestigungsglied, das so aufgebaut ist, dass es das Sensorgehäuse an einem entsprechenden elektrischen Leiter befestigt; und eine piezoelektrische Sensoranordnung, die Folgendes aufweist: einen Prozessor, der von dem Sensorgehäuse umgeben wird, ein piezoelektrisches Sensorelement, eine Verdrahtungsanordnung, die das piezoelektrischen Sensorelement elektrisch mit dem Prozessor verbindet, ein Isolierglied, das mit dem piezoelektrischen Sensorelement gekoppelt ist und sich von dem Sensorgehäuse nach außen erstreckt, um in Eingriff mit dem entsprechenden elektrischen Leiter zu stehen, sowie ein Anbringungsgehäuse, das das piezoelektrische Sensorelement und das Isolierglied an dem Sensorgehäuse anbringt.
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Als ein weiterer Aspekt des offenbarten Konzepts weist ein elektrisches System Folgendes auf: eine Anzahl von elektrischen Leitern; und eine Sensoranbringungsanordnung, die Folgendes aufweist: ein Sensorgehäuse, ein Befestigungsglied zum Befestigen des Sensorgehäuses an einem entsprechenden elektrischen Leiter, und eine piezoelektrische Sensoranordnung, die Folgendes aufweist: einen Prozessor, der von dem Sensorgehäuse umgeben wird, ein piezoelektrisches Sensorelement, eine Verdrahtungsanordnung, die das piezoelektrische Sensorelement elektrisch mit dem Prozessor verbindet, ein Isolierglied, das mit dem piezoelektrischen Sensorelement gekoppelt ist und sich von dem Sensorgehäuse nach außen erstreckt, um sich in Eingriff mit einem entsprechenden elektrischen Leiter zu befinden, und ein Anbringungsgehäuse, das das piezoelektrische Sensorelement und das Isolierglied an dem Sensorgehäuse anbringt.
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KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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Ein vollständiges Verständnis des offenbarten Konzepts kann aus der folgenden Beschreibung der bevorzugten Ausführungsbeispiele erlangt werden, wenn diese in Verbindung mit den begleitenden Zeichnungen gelesen wird, in denen zeigt:
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1 eine isometrische Ansicht eines Teils eines elektrischen Systems und einer Sensoranbringungsanordnung dafür gemäß einem Ausführungsbeispiel des offenbarten Konzepts;
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2 und 3 isometrische Ansichten der Sensoranbringungsanordnung der 1;
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4 eine obere Draufsicht des Teils des elektrischen Systems und der Sensoranbringungsanordnung dafür der 1;
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5 eine Seitenansicht des Teils des elektrischen Systems und der Sensoranbringungsanordnung dafür der 4;
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6 eine Endansicht, teilweise in Schnittansicht, des Teils des elektrischen Systems und der Sensoranbringungsanordnung dafür der 5;
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7 eine isometrische Ansicht einer Sensoranbringungsanordnung, die eine piezoelektrische Sensoranordnung einsetzt, und zwar gemäß einem Ausführungsbeispiel des offenbarten Konzepts;
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8 eine vergrößerte Ansicht eines Teils der Sensoranbringungsanordnung und der piezoelektrischen Sensoranordnung der 7;
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9 eine isometrische Ansicht der piezoelektrischen Sensoranordnung der 8; und
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10 und 11 isometrische Schnitt- bzw. Seitenschnittansichten eines Teils eines elektrischen Systems, das die Sensoranbringungsanordnung und die piezoelektrische Sensoranordnung dafür der 7 einsetzt.
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BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSBEISPIELE
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Zu Darstellungszwecken eines nicht einschränkenden, beispielhaften Ausführungsbeispiels des offenbarten Konzepts, wird die offenbarte Sensoranbringungsanordnung hier in Bezug auf die Anbringung akustischer Sensoren an den elektrischen Bus- bzw. Sammelschienen eines elektrischen Systems niedriger bis mittlerer Spannungen beschrieben. Derartige akustische Sensoren sind beispielsweise, ohne Beschränkung hierauf, in dem ebenfalls anhängigen
U.S. Patent Nr. 8,665,666 und der U.S. Patentanmeldung Veröffentlichungsnr. 2012/0092020 beschrieben, die hierdurch durch Bezugnahme wie durch vollständige Darstellung hierin enthalten sind. Es wird jedoch erkannt werden, dass die offenbarte Sensoranbringungsanordnung in einer breiten Vielzahl von alternativen elektrischen Systemen für die geeignete Anbringung irgendeines bekannten oder geeigneten Typs und/oder Konfiguration des Sensors oder einer anderen elektrischen Vorrichtung an einer Sammelschiene oder einem anderen geeigneten elektrischen Leiter verwendet werden könnte.
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Wie hier verwendet, sollen die Ausdrücke „piezo”, „piezoelektrisch” und „piezoelektrischer Sensor” im Wesentlichen in austauschbarer Weise verwendet werden, um irgendeine bekannte oder geeignete Vorrichtung (z. B. Sensor, ohne Beschränkung hierauf) zu bezeichnen, die den piezoelektrischen Effekt verwendet, um Veränderungen im Druck, der Beschleunigung, der Beanspruchung und/oder der Kraft zu messen, indem diese in eine elektrische Ladung umgewandelt werden. Beispielsweise, ohne Beschränkung hierauf, ist eine Piezoscheibe oder eine piezoelektrische Scheibe eine Bauart eines piezoelektrischen Sensors, die durch Erzeugen einer Spannung bei Deformierung (z. B. Eindrücken, aber nicht hierauf beschränkt) funktioniert.
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Wie hier verwendet, bezeichnet der Ausdruck „Befestigungsvorrichtung” irgendeinen geeigneten, separaten Verbindungs- oder Befestigungsmechanismus oder Komponenten, die explizit Nieten, Schrauben, Stifte und Kombinationen von Stiften und Muttern (z. B. Konter- bzw. Sicherungsmuttern, aber ohne Einschränkung hierauf) und Schrauben, Unterlegscheiben und Muttern umfassen, sind aber nicht hierauf beschränkt.
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Wie hier verwendet, soll der Ausdruck, dass zwei oder mehr Teile miteinander „gekoppelt” werden bedeuten, dass die Teile miteinander entweder direkt oder durch eines oder mehrere Zwischenteile verbunden werden.
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Wie hier verwendet, soll der Ausdruck, dass zwei oder mehr Teile „angebracht” werden bedeuten, dass die Teile direkt miteinander verbunden werden, und zwar ohne irgendwelche Zwischenteile.
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Wie hier verwendet, soll der Ausdruck „Anzahl” eins oder eine Ganzzahl größer als eins (d. h. eine Vielzahl) bedeuten.
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1 zeigt eine Sensoranbringungsanordnung 100 für ein elektrisches System 2 (teilweise gezeigt), gemäß einem nicht einschränkenden, beispielhaften Ausführungsbeispiel des offenbarten Konzepts. Das elektrische System 2 weist einen Sensor 4 (teilweise gezeigt in vereinfachter Form in Strichlinienzeichnung in 1) und eine Anzahl von elektrischen Leitern auf, wie beispielsweise die gezeigte, einzelne Sammelschiene 6, aber ohne Beschränkung hierauf.
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Die Sensoranbringungsanordnung 100 weist ein Sensorgehäuse 102 auf, das so aufgebaut ist, dass es zumindest teilweise den Sensor 4 (1) umgibt, und ein Befestigungsglied 200, das mit dem Sensorgehäuse 102 gekoppelt ist. Das beispielhafte Befestigungsglied ist ein langgestrecktes Spannband 200, welches so aufgebaut ist, dass es sich von einem Teil des Sensorgehäuses 102 um den entsprechenden elektrischen Leiter (z. B. die Sammelschiene 6 (teilweise gezeigt), aber nicht hierauf beschränkt) erstreckt und an einem anderen Teil des Sensorgehäuses 102 angebracht ist, um den Sensor 4 an der Sammelschiene 6 in entfernbarer Weise anzubringen. Mit anderen Worten ist das langgestreckte Spannband 200 um die Sammelschiene 6 gewickelt und wieder an dem Sensorgehäuse 102 angebracht, wie in 1 gezeigt (siehe ebenfalls 4–6).
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Das langgestreckte Spannband 200 ist innerhalb der Vielzahl der vorbestimmten Positionen in Bezug auf das Sensorgehäuse 102 anpassbar. Eine derartige Anpassbarkeit ist vorgesehen, beispielsweise aber nicht hierauf beschränkt, durch eine Vielzahl von Löchern 202, 204, die in dem langgestreckten Spannband 200, wie gezeigt, vorgesehen sind. Das Sensorgehäuse 102 weist eine Anzahl von entsprechenden Vorsprüngen auf, die ausgelegt sind, um mit dem Löchern 202, 204 zusammenzuwirken. In dem gezeigten Beispiel sind die Vorsprünge ein Paar von Stiften 104, 106. Jeder Stift 104, 106 ist so aufgebaut, dass er sich in ein entsprechendes der Löcher 202, 204 erstreckt und innerhalb diesem angeordnet ist, um in lösbarer Weise das langgestreckte Spannband 200 in einer erwünschten der vorbestimmten Positionen zu befestigen. Genauer gesagt, weist die Vielzahl der Löcher vorzugsweise zwei parallele Reihen von Löchern 202, 204 auf, die sich entlang der Länge des langgestreckten Spannbands 200, wie gezeigt, erstrecken. Die Stifte 104, 106 erstrecken sich von dem Sensorgehäuse 102 nach außen und sind innerhalb eines erwünschten Paars von parallelen Löchern 202, 204 (siehe beispielsweise 1 und 4–6) angeordnet. Auf diese Weise kann sich die Sensoranbringungsanordnung 100 beispielsweise an unterschiedliche Breiten und/oder Tiefen der Sammelschienen (z. B. 6) oder an andere geeignete, elektrische Leiter (nicht gezeigt) anpassen. Es wird jedoch erkannt werden, dass irgendeine bekannte oder geeignete alternative Anzahl, Bauart oder Konfiguration (nicht gezeigt) der Vorsprünge und Löcher, anders als das Paar der Stifte 104, 106 und der parallelen Reihen von Löchern 202, 204, eingesetzt werden könnte, ohne den Umfang des offenbarten Konzepts zu verlassen.
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In dem Beispiel, das gezeigt und hier beschrieben ist, weist das Sensorgehäuse 102 eine Oberseite 108, eine Unterseite 110, die gegenüberliegend der Oberseite 108 angeordnet ist, eine erste Seite 112, eine zweite Seite 114, die gegenüberliegend der ersten Seite 112 angeordnet ist, ein erstes Ende 116, und ein zweites Ende 118, das gegenüberliegend dem ersten Ende 116 angeordnet ist, auf. Die Stifte 104, 106 sind sich von dem ersten Ende 116 des Sensorgehäuses 102 nach außen erstreckend gezeigt. Es wird jedoch erkannt werden, dass die Stifte 104, 106 alternativ auf der Oberseite 108 des Sensorgehäuses 102 gelegen sein könnten, oder an irgendeiner anderen bekannten oder geeigneten Position (nicht gezeigt).
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Bezug nehmend auf 2 und 3 weist das erste Ende 116 des Sensorgehäuses 102 ebenfalls einen Schlitz 120 auf. Das beispielhafte langgestreckte Spannband 200 weist ein erstes Ende 210 und ein zweites Ende 212 auf, das gegenüberliegend und entfernt von dem ersten Ende 210 angeordnet ist. Das erste Ende 210 weist, wie gezeigt, einen vergrößerten Lippenteil 220 auf. Der vergrößerte Lippenteil 220 ist so aufgebaut, dass er in Eingriff mit dem Sensorgehäuse 102 bei oder um den Schlitz 120 herum steht, um zu verhindern, dass sich das langgestreckte Spannband 200 in unerwünschter Weise von dem Sensorgehäuse 102 löst. D. h. das erste Ende 212 des langgestreckten Spannbands 200 wird durch den Schlitz 120 eingeführt und das Spannband 200 wird in Bezug auf das Sensorgehäuse 102 angepasst, bis es sich in der finalen Position befindet, wie in 3 gezeigt.
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Das langgestreckte Spannband 200 weist vorzugsweise ferner eine Rippe 222 auf, die nahe aber um eine vorbestimmte Entfernung 230 von dem vergrößerten Lippenteil 220 beabstandet angeordnet ist, wie am besten in 2 gezeigt. Die Rippe 222 und der vergrößerte Lippenteil 220 sind so aufgebaut, dass sie mit dem Sensorgehäuse 102 zusammenwirken, um das langgestreckte Spannband 200 an einer erwünschten Position in Bezug auf das Sensorgehäuse 102 zu halten.
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Anders ausgedrückt, dient der vergrößerte Lippenteil 220 dazu, das langgestreckte Spannband 200 davon abzuhalten, sich von dem Sensorgehäuse 102 in der Durchziehrichtung zu lösen, während die Rippe 222 in Kombination mit dem vergrößerten Lippenteil 220 (und dem Abstand 230 dazwischen) dazu dient, das langgestreckte Spannband 200 vor dem Lösen von dem Sensorgehäuse 102 zu bewahren oder in unerwünschter Weise in der entgegengesetzten Richtung zu gleiten. Die Rippe 222 bewahrt das langgestreckte Spannband 200 daher davor, sich zu lösen, beispielsweise aber ohne Beschränkung hierauf, während des Versands und/oder während der Installation.
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Das langgestreckte Spannband 200 besteht vorzugsweise aus einem elastischen Material, wie beispielsweise, aber ohne Beschränkung hierauf, aus Silikonkautschuk. Ein derartiges Material ermöglicht die relativ schnelle und einfache Installation, da sich der Silikonkautschuk einfach um die Sammelschiene 6 auf das Sensorgehäuse 102 streckt. Der Aufbau berücksichtigt auch Umrüst- bzw. Umbauanwendungen und die Einfachheit des Zusammenbaus und der Herstellung der Sensoranbringungsanordnung 100. Die elastische Natur des langgestreckten Spannbands 200, in Kombination mit der zuvor erwähnten Anpassbarkeit von diesem, dient ebenfalls dazu, die sichere Anbringung des Sensors 4 (1) an der Sammelschiene 6 sicherzustellen, wie in 1 und 4–6 gezeigt. D. h. im Betrieb wird das langgestreckte Spannband 200 um die Sammelschiene 6 gewickelt und wird an dem Sensorgehäuse 102 angebracht, wie am besten in 6 gezeigt. Genauer gesagt, ist die Unterseite 110 des Sensorgehäuses 102 so aufgebaut, dass sie in Eingriff mit der Sammelschiene 6 steht, und das langgestreckte Spannband 200 ist so aufgebaut, dass es sich durch den zuvor erwähnten Schlitz 120 in dem Sensorgehäuse 102, um die Sammelschiene 6 und über die Oberseite 108 des Sensorgehäuses 102 erstreckt. Das langgestreckte Spannband 200 wird dann an dem Sensorgehäuse 102 unter Verwendung der zuvor erwähnten Stifte 104, 106 innerhalb entsprechender Löcher 202, 204 des langgestreckten Spannbands 200 befestigt. Wie in 6 gezeigt, sobald das langgestreckte Spannband 200 in geeigneter Weise angepasst wurde, um die Sensoranbringungsanordnung 100 an der Sammelschiene 6, wie erwünscht, zu befestigen, kann das langgestreckte Spannband 200 optional auf die erwünschte Länge geschnitten werden. D. h. das langgestreckte Spannband 200 kann abgeschnitten und jegliche überschüssige Länge kann entfernt werden.
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Neben anderen Vorzügen ist die Sensoranbringungsanordnung 100 für die Verwendung in Umgebungen mit relativ hohen Temperaturen (z. B. 135 Grad Celsius Sammelschienentemperaturen, 65 Grad Celsius Umgebung, aber nicht hierauf beschränkt) geeignet sein, und keine Modifikation der Sammelschiene 6 oder eines anderen elektrischen Leiters (nicht gezeigt) ist erforderlich. Beispielsweise, aber nicht hierauf beschränkt, ist es nicht notwendig, irgendwelche Löcher in die Sammelschiene 6 zu bohren oder irgendwelche anderen Modifikationen vorzunehmen, um den Sensor 4 (1) unter Verwendung der Sensoranbringungsanordnung 100 gemäß dem offenbarten Konzept anzubringen. Das anpassbare, elastische Spannband 200 der Sensoranbringungsanordnung befestigt ebenfalls vorteilhafter Weise den Sensor (z. B. 4) in sicherer Weise, ohne die Verwendung irgendwelcher separater Befestigungsvorrichtungen zu erfordern.
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Demgemäß wird erkannt werden, dass die offenbarte Sensoranbringungsanordnung 100 einen relativ flachen Aufbau zur relativ einfachen und schnellen, sicheren Anbringung eines Sensors 4 (1) an einer breiten Vielzahl von unterschiedlichen, zugehörigen bzw. entsprechenden, elektrischen Leitern (z. B. die Sammelschiene 6, aber nicht beschränkt hierauf) vorsieht.
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7–11 zeigen ein spezifisches, aber nicht beschränkendes, beispielhaftes Ausführungsbeispiel einer Sensoranbringungsanordnung 300 (7, 8, 10 und 11) für ein elektrisches System 2' (10 und 11), welches eine piezoelektrische Sensoranordnung 400 zum Detektieren loser Verbindungen in dem elektrischen System 2' einsetzt. Wie die Sensoranbringungsanordnung 100, die vorangehend in Bezug auf 1–6 diskutiert worden ist, weist die Sensoranbringungsanordnung 300 ein Sensorgehäuse 302 auf (7 und 8; ebenfalls in Schnittansicht in 10 und 11 gezeigt) und ein Befestigungsglied 500, das im Wesentlichen ähnlich dem zuvor erwähnten langgestreckten Spannband 200 ist, das oben in Bezug auf 1–6 diskutiert worden ist. Das Befestigungsglied 500 befestigt das Sensorgehäuse 302 an einem entsprechenden elektrischen Leiter 6' (z. B. Sammelschiene 6' der 10 und 11, aber nicht hierauf beschränkt) in im Wesentlichen der gleichen Art und Weise wie vorangehend diskutiert.
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Wie am besten in 9 gezeigt, weist die beispielhafte piezoelektrische Sensoranordnung 400 einen Prozessor 402 (in vereinfachter Form in 9 gezeigt; siehe ebenfalls beispielsweise die gedruckte Leiterplatte bzw. PCB 402, die teilweise in den 10 und 11 gezeigt ist, ohne Beschränkung hierauf) auf, der so ausgebildet ist, dass er von dem Sensorgehäuse 302 umgeben wird, wie in 10 und 11 gezeigt. Die piezoelektrische Sensoranordnung 400 weist ferner ein piezoelektrisches Sensorelement 404, eine Verdrahtungsanordnung 406 zur elektrischen Verbindung des piezoelektrischen Sensorelements 404 mit dem Prozessor 402, ein Isolierglied 408, das mit dem piezoelektrischen Sensorelement 404 gekoppelt ist, und ein Anbringungsgehäuse 410 auf, das so aufgebaut ist, dass es das piezoelektrische Sensorelement 404 und das Isolierglied 408 an dem Sensorgehäuse 302 anbringt, wie am besten in den Schnittansichten der 10 und 11 gezeigt. Die Verdrahtungsanordnung 406 in dem gezeigten Beispiel ist unabgeschirmt. Es wird jedoch erkannt werden, dass ein abgeschirmtes Kabel (nicht gezeigt) eingesetzt werden könnte, und zwar ohne den Rahmen des offenbarten Konzeptes zu verlassen.
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Das Isolierglied 408 ist so aufgebaut, dass es sich von dem Sensorgehäuse 302 nach außen erstreckt, um in Eingriff mit der entsprechenden Sammelschiene 6' zu kommen, wie in 10 und 11 gezeigt. In dem gezeigten Beispiel und hier beschrieben, ist das Isolierglied eine Keramikscheibe 408 mit ersten und zweiten gegenüberliegenden Seiten 412, 414. Die erste Seite 412 steht in Eingriff mit der entsprechenden Sammelschiene 6', und die zweite Seite 414 weist eine Ausnehmung 416 auf, die so aufgebaut ist, dass sie das piezoelektrische Sensorelement 404 aufnimmt. Das piezoelektrische Sensorelement 404 haftet vorzugsweise an der zweiten Seite 414 der Keramikscheibe 408 mit einem geeigneten, leitenden Haftmittel (z. B. leitendes Epoxidharz; leitendes Silikonhaftmittel, ohne hierauf eingeschränkt zu sein) an. Demgemäß weist neben anderen Vorteilen die offenbarte piezoelektrische Sensoranordnung 400 eine reduzierte Teileanzahl auf, indem die Anforderung für separate Befestigungsvorrichtungen (z. B. Schrauben, ohne Beschränkung hierauf) beseitigt wird.
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Demgemäß weist der verfeinerte Aufbau der offenbarten piezoelektrischen Sensoranordnung 400 nicht nur eine verringerte Komplexität und entsprechend geringere Kosten, sondern auch eine verbesserte Zuverlässigkeit und Wiederholgenauigkeit auf. Beispielsweise und ohne Beschränkung darauf, kann durch Beseitigung der Schraube, die für das Vorspannen des Piezoelements der Aufbaue des Standes der Technik (nicht gezeigt) erforderlich sind, ein größeres piezoelektrisches Sensorelement 404 in der gleichen Raummenge eingesetzt werden, wodurch in vorteilhafter Weise die Empfindlichkeit erhöht wird. Der offenbarte Aufbau weist ebenfalls nur eine akustische Schnittstelle zwischen der Sammelschiene 6' (10 und 11) und dem piezoelektrischen Sensorelement 404 auf, und insbesondere dem Isolierglied 408 dafür, wodurch die Empfindlichkeit weiter erhöht wird.
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Es wird erkannt werden, dass das leitende Haftmittel dem weiteren vorteilhaften Zweck des Erzeugens einer Abschirmung um das piezoelektrische Element 404 herum dient, wodurch unerwünschtes, elektrisches Rauschen minimiert wird. Zusätzlich zu dem leitenden Haftmittel, wird erkannt werden, dass eine leitende Sprühbeschichtung (z. B. Nickel oder ein anderes Metall oder leitende Sprühbeschichtung oder Abschirmung, ohne Beschränkung hierauf) auf den Bereich angewendet werden könnte, wo das piezoelektrische Sensorelement 404 angeordnet ist. Die Metallplattierung des Isolierglieds 408 (z. B. die Keramikscheibe 408, ohne Beschränkung hierauf) ist eine weitere vorhersehbare Alternative zum Vorsehen der erwünschten Abschirmeigenschaften.
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Das piezoelektrische Sensorelement 404 der beispielhaften piezoelektrischen Sensoranordnung 400 ist eine zylindrische Scheibe 404, die eine erste Elektrode 418 und eine zweite Elektrode 420 aufweist. Die Verdrahtungsanordnung 406 weist einen ersten Draht 422, einen zweiten Draht 424, und ein elektrisches Verbindungselement 426 auf. Das erste Ende 428 des ersten Drahts 422 ist mit der ersten Elektrode 418 elektrisch verbunden, das erste Ende 430 des zweiten Drahts 424 ist mit der zweiten Elektrode 420 elektrisch verbunden, und die zweiten Enden 432, 434 der ersten bzw. zweiten Drähte 422, 424 sind beide mit dem elektrischen Verbindungselement 426 elektrisch verbunden. Die zylindrische Scheibe 404 weist ferner erste und zweite gegenüberliegende Enden 436, 438 und eine Seitenwand 440 auf, die sich zwischen diesen erstreckt. Wie in 9 gezeigt, ist die erste Elektrode 418 auf der Seitenwand 440 nahe dem ersten Ende 436 der zylindrischen Scheibe 404 angeordnet, und die zweite Elektrode 420 ist an dem zweiten Ende 438 der zylindrischen Scheibe 404 angeordnet. Wie vorangehend erwähnt, ist der beispielhafte Prozessor 402 (in vereinfachter Form in 9 gezeigt) eine gedruckte Leiterplatte bzw. PCB 402 (ebenfalls teilweise in Schnittansicht in 10 und 11 gezeigt). Das zuvor erwähnte elektrische Verbindungselement 426 der Verdrahtungsanordnung 406 ist ausgelegt, um in geeigneter Weise das piezoelektrische Sensorelement 404 mit der Leiterplatte 402 elektrisch zu verbinden. Wie oben erwähnt, ist die beispielhafte Verdrahtungsanordnung 406, die hier gezeigt und beschrieben ist, nicht abgeschirmt, aber ein geeignetes, abgeschirmtes Kabel (nicht gezeigt) könnte alternativ eingesetzt werden.
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Weiter auf 9 Bezug nehmend, und ebenso auf 10 und 11, ist das beispielhafte Anbringungsgehäuse ein Abschirmglied 410 mit einem zylindrischen Körper 442, ein Durchgangsloch 444, das sich durch den zylindrischen Körper 442 erstreckt und einem Flansch 446, der sich von dem zylindrischen Körper 442 radial nach außen erstreckt. Der zylindrische Körper 442 schließt das piezoelektrische Sensorelement 404 ein und schirmt dieses ab, wie am besten in den Schnittansichten der 10 und 11 gezeigt. Beispielsweise und ohne Beschränkung hierauf, besteht das Abschirmglied 410 vorzugsweise aus einem Material (z. B. rostfreier Stahl, aber nicht hierauf beschränkt) mit den erwünschten Materialeigenschaften (z. B. elektrische Abschirmfähigkeit, aber nicht hierauf beschränkt). Die Verdrahtungsanordnung 406, insbesondere die ersten und zweiten Drähte 422, 424 von dieser, erstrecken sich durch das Durchgangsloch 444 des zylindrischen Körpers 442, wie in 9 gezeigt. In dem Beispiel der 9 weist das Abschirmglied 410 ferner eine Hülse 452 auf, die in geeigneter Weise an dem zylindrischen Körper 442 befestigt ist (z. B. durch Epoxidharz 460 anhaftet, aber nicht hierauf beschränkt), und zwar bei oder um das Durchgangsloch 444 herum. Die Hülse 452 dient dazu, die Drähten 422, 424 der Verdrahtungsanordnung 406 zu stützen und dadurch die Spannung auf diesen zu verringern, die andernfalls durch die Kanten des Durchgangsloches 444 verursacht werden könnte.
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Wie in 10 und 11 gezeigt, ist der Flansch 446 so aufgebaut, dass er mit dem entsprechenden Teil 304 des Sensorgehäuses 302 zusammenwirkt. Das Abschirmglied 410 der beispielhaften piezoelektrischen Sensoranordnung 400 weist ferner eine gewölbte oder gewellte Federscheibe 450 (am besten in 9 gezeigt) auf, die so aufgebaut ist, dass sie sich um den zylindrischen Körper 442 zwischen dem Flansch 446 und dem entsprechenden Teil 304 des Sensorgehäuses 302 erstreckt. Die gewölbte oder gewellte Federscheibe 450, wirkt dahingehend eine Federvorspannung für die piezoelektrische Sensoranordnung 400 vorzusehen, wie erwünscht, beispielsweise und ohne Beschränkung hierauf, um die akustische Schnittstelle zwischen der piezoelektrischen Sensoranordnung 400 und der entsprechenden Sammelschiene 6' aufrecht zu erhalten.
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Demgemäß sehen die offenbarte, piezoelektrische Sensoranordnung 400 und die Sensoranbringungsanordnung 300 dafür einen effizienten und effektiven Mechanismus zur Überwachung elektrischer Leiter (z. B. Sammelschiene 6', ohne Beschränkung hierauf) der elektrischen Systeme (z. B. 2', ohne Beschränkung hierauf) bezüglich loser Verbindungen vor. Der verbesserte Aufbau der piezoelektrischen Sensoranordnung detektiert in effektiver Weise akustische Signale (d. h. fühlt diese ab), während die Anzahl der Komponenten, die Komplexität und die assoziierten Kosten reduziert werden, und ebenfalls die Zuverlässigkeit, die Wiederholungsgenauigkeit und die Sensitivität gegenüber Aufbauen piezoelektrischer Sensoranordnungen des Standes der Technik (nicht gezeigt) ebenfalls verbessert werden.
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Während spezifische Ausführungsbeispiele des offenbarten Konzepts im Detail beschrieben wurden, werden Fachleute des Gebiets erkennen, dass verschiedene Modifikationen und Alternativen zu diesen Details angesichts der Gesamtlehren der Offenbarung entwickelt werden könnten. Demgemäß sollen die bestimmten Anordnungen, die offenbart sind, lediglich beispielhaft sein und nicht den Umfang des offenbarten Konzepts beschränken, dem die vollständige Breite der Ansprüche, die beigefügt sind, sowie sämtlicher Äquivalente dazu gewährt werden soll.
