DE19729699C1 - Tankeinsatz mit einer Sensoreinheit - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Tankeinsatz mit einer insbesondere den Tankinnen­ druck erfassenden Sensoreinheit mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Patent­ anspruchs 1.

Diese Merkmale sind bekannt aus DE 44 23 095 A1. Nach dieser Druckschrift ist in einem Halter eines Tankeinsatzes eine zum Tankinneren hin offene becherartige Sensoraufnah­ me vorgesehen, in die ein Drucksensor eingesetzt ist. Dieser stützt sich über eine Ring­ dichtung auf einer Schulter der Sensoraufnahme ab und ist darin mittels eines Klemm­ rings festgelegt. Nach außen ist die Sensoraufnahme durch eine Abdeckung verschlos­ sen, die unter anderem einen Steckeransatz für die elektrische Kontaktierung des Sen­ sors trägt.

Bei der Serienmontage dieser Sensoreinheit besteht Verbesserungsbedarf. Insbesondere können bisher verschiedene Bauteile wie der eigentliche Sensor (Druckmeßzelle), Dich­ tungen und Haltemittel erst in der Montagelinie zusammengebracht und kann die Dicht­ heit der Sensoraufnahme und die ordnungsgemäße Funktion der Sensoreinheit erst nach vollständigem Zusammenbau des Tankeinsatzes geprüft werden. Der benötigte Zeitauf­ wand am Band und die Fehlerwahrscheinlichkeit sind infolge der Vielzahl von Handgriffen verhältnismäßig hoch.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, den vorstehend genannten Nachteilen abzu­ helfen.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit den kennzeichnenden Merkmalen des Patent­ anspruchs 1 gelöst. Indem man die Sensoreinheit mit den Dichtmitteln zu einer vormon­ tiert in die Sensoraufnahme einsetzbaren und darin abgedichtet befestigbaren Baugruppe zusammenfaßt, verlagert man die diffizile Behandlung der Einzelteile der Sensoreinheit weg von der eigentlichen Endmontage des Tankeinsatzes. Damit werden Fehlermöglich­ keiten beträchtlich reduziert. Man kann des weiteren die vormontierte Sensoreinheit ab­ seits des Tankeinsatzes z. B. in eine Prüfeinrichtung mit einem geeigneten Aufnahme- Adapter einsetzen, um die Druck- und Dichtheitsprüfung vorab durchzuführen. Das alles kann vorteilhaft schon beim Hersteller des Sensors geschehen. In der Endmontage kann die komplettierte Sensoreinheit dann mechanisiert automatisch in den Tankeinsatz einge­ baut werden.

Die Merkmale der Unteransprüche geben vorteilhafte Weiterbildungen dieses Gegen­ stands an.

Ein bedeutende montageseitige Verbesserung der Sensoreinheit bringt durch Entfall von Arbeitsschritten das Zusammenfassen des Sensors und seiner Anschlußmittel mit einem Haltekörper, der zugleich die Sensoraufnahme nach außen abdeckt.

Gängige Drucksensoren bestehen aus einer runden Druckmeßzelle mit einem angelöte­ ten Anschluß. In einer konstruktiv besonders sinnfälligen Bauweise wird der Haltekörper deshalb aus einem einen Steckeransatz für den elektrischen Anschluß des Sensors tra­ genden Boden und einer Umgrenzung mit den Befestigungsmitteln bestehen, damit man den Sensor nebst seinem Anschluß mit wenigen Handgriffen in den Haltekörper einset­ zen kann.

Bei lösbarer Festlegung des Sensors im Haltekörper durch formschlüssige Befestigungs­ mittel ist die Sensoreinheit besonders einfach zusammenzusetzen, z. B. durch Einklipsen. Ihre Bauelemente können dann bei einem eventuellen Schadenfall auch leicht wieder voneinander getrennt werden.

Mit den gleichen Vorteilen wird die Sensoreinheit in der Sensoraufnahme vorzugsweise ebenfalls mittels einer lösbaren Clips-Verrastung festgelegt. Bevorzugt wird man Clips­ haken oder Rastnasen jeweils an dem aufnehmenden Bauteil, also am Haltekörper bzw. an der Sensoraufnahme vorsehen, jedoch kann bei Bedarf z. B. der Haltekörper auch selbst die Befestigungsmittel zu seiner Festlegung in der Sensoraufnahme umfassen. Vorteilhaft wird ein sparsamer Materialeinsatz erzielt, wenn die Sensoraufnahme durch einen mit mindestens einer Öffnung versehenen Boden und durch frei vom Boden abra­ gende, als seitliche Umgrenzung über ihren Umfang verteilte elastische Clipshaken an Stelle einer umlaufenden geschlossenen Wand gebildet ist.

Speziell im Hinblick auf eine Druckmessung ist es von Vorteil, wenn die Sensoreinheit mit den Dichtmitteln einen druckdichten Deckel für eine in die Sensoraufnahme mündende Öffnung des Tankeinsatzes bildet, weil dann das Einsetzen der Sensoreinheit und das Abdichten mit einem Handgriff bzw. maschinell mittels eines Roboters in besonders ratio­ neller Weise möglich ist.

Anstelle oder kombiniert mit der genannten lösbaren formschlüssigen Befestigung kann man bei Bedarf auch den Haltekörper bzw. die gesamte Sensoreinheit mit der Sensorauf­ nahme unlösbar stoffschlüssig verbinden, z. B. durch Schweißen oder Kleben. Das wird z. B. dann geschehen, wenn aufgrund hoher Betriebsbeanspruchung eine andere Befesti­ gungsart zu instabil sein könnte. Im Kombinationsfall dient die Verrastung nur der Vor­ montage, und das Kleben oder Schweißen sichert eine besonders feste endgültige Ver­ bindung. Gleiches gilt bei entsprechendem Bedarf auch für die Verbindung zwischen dem Haltekörper und dem Sensor, die ebenfalls nicht zwingend lösbar ausgeführt werden muß.

In einer Ausführungsvariante ist die vormontierbare Sensoreinheit in einem zweiteiligen Gehäuse an Stelle des Haltekörpers zusammengefaßt. Das Gehäuse ist in eine als ein­ fache Aussparung ausgeführte Sensoraufnahme im Tankeinsatz einsetzbar und darin befestigbar. Das hat den Vorteil, daß der Tankeinsatz gegenüber dem eingangs genann­ ten Stand der Technik wesentlich vereinfacht werden kann; man kann insbesondere z. B. Tankeinsätze ohne und mit Sensoreinheit baugleich ausführen, wobei die Aussparung zunächst durch einen Deckel verschlossen ist, der vor dem fallweisen Einsetzen der Sen­ soreinheit herausgebrochen oder -geschnitten werden kann. Das Gehäuse wird vorzugs­ weise mit einem umlaufenden Flansch versehen, der den Rand der besagten Aussparung übergreift und damit fluiddicht verschweißt werden kann.

Von erheblicher Bedeutung ist es, daß der Sensor spielfrei in der Sensoreinheit festgelegt ist, z. B. mit einer geringfügigen, durch elastische Mittel erzeugten Vorspannung. Damit wird verhindert, daß sich der Sensor bei auf ihn einwirkenden Erschütterungen oder Schwingungen gegenüber seinem festliegenden Anschluß bewegt und letzterer auf Dauer beschädigt wird.

Weitere Einzelheiten und Vorteile des Gegenstands der Erfindung gehen aus der Zeich­ nung von Ausführungsbeispielen und deren sich im folgenden anschließender eingehen­ der Beschreibung hervor.

In den Figuren ist nur ein kleiner Ausschnitt des eigentlichen Tankeinsatzes sichtbar. Zu dessen weiterer Darstellung und Funktion wird auf den eingangs genannten Stand der Technik verwiesen, dessen Offenbarung insoweit hier inhaltlich einbezogen wird. Es zeigen

Fig. 1 eine Schnittdarstellung eines ersten Ausführungsbeispiels der Sensorauf­ nahme mit der darin eingebauten Sensoreinheit,

Fig. 2 eine Schnittdarstellung eines zweiten Ausführungsbeispiels, in dem die Sensoraufnahme des Tankeinsatzes weiter vereinfacht und die Sensor­ einheit in einem zweiteiligen Gehäuse vormontiert ist.

An den in Fig. 1 nur angedeuteten Tankeinsatz 1 ist eine Sensoraufnahme 2 zum Einset­ zen einer vormontierten Sensoreinheit 3 fest angeformt. Der Boden der Sensoraufnahme 2 hat einen oder mehrere Durchbrüche 4, die als Strömungskanäle eine Verbindung zum Tankinneren herstellen. Sie sind von einer ebenen, glatten Dichtschulter 5 rings um­ schlossen. Eine die Dichtschulter umschließende radiale Umgrenzung 6 der Sensorauf­ nahme kann durch einen von deren Boden frei abragenden umlaufenden Flansch oder Kragen gebildet sein.

Zum formschlüssigen Festlegen der Sensoreinheit ist die Umgrenzung 6 mit Rastnasen oder Clipshaken 7 als Befestigungsmitteln ausgestattet. Es ist deshalb nicht zwingend notwendig, den Flansch als umlaufende Wand auszuführen. Statt dessen kann die vor­ montierte Sensoreinheit auch von mehreren einzeln über den Umfang der Sensorauf­ nahme verteilten Clipshaken festgelegt werden. Gegenüber einer umlaufenden Wand ergibt sich dadurch eine Materialeinsparung. Im übrigen fördert die Clips- oder Rastbefe­ stigung die Mechanisierung der Montage der Sensoreinheit.

Die Umgrenzung in dieser Ausführung könnte aber auch durch die Mantelfläche eines an den Tankeinsatz 1 angeformten Bechers ausgeformt und die Sensoreinheit nebst Halte­ körper über einen Klemmring darin festgelegt sein, insoweit analog zum genannten Stand der Technik. Als weitere Befestigungsvariante ist auch das Verschweißen der Sensorein­ heit mit dem Tankeinsatz anstelle des Verrastens möglich.

Die Sensoreinheit 3 umfaßt als vormontierte Baugruppe den eigentlichen Sensor 8, hier einen Drucksensor bzw. eine Druckmeßzelle mit einer Druckaufnahmefläche 9 und einer von dieser abgewandten Anschlußseite mit einem sämtliche benötigten Versorgungs- und Signalpole umfassenden elektrischen Anschluß 10. Die Druckaufnahmefläche 9 ist rand­ seitig von einer weichelastischen (Ring-)Dichtung 11 umgeben, die fest mit dem Sensor 8 verbunden sein kann. Sollte die Druckaufnahmefläche 9 in bekannter Weise durch eine elastische Membran gebildet oder abgeschlossen sein, so kann man letztere einstückig mit der Dichtung 11 ausbilden.

Zur Sensoreinheit 3 gehört des weiteren ein Haltekörper 12 als Aufnahme für den Sensor 8 und dessen Anschluß 10. Der Haltekörper 12 besteht aus einem Boden 13 und, ähnlich wie die Sensoraufnahme 2, aus einer vom Boden 13 abragenden radialen Umgrenzung 14 mit integrierten Rastnasen oder Clipshaken 15. Die Innenabmessungen der Umgren­ zung 14 entsprechen den äußeren Abmessungen des Sensors. Die Clipshaken können wiederum einzeln stehend über den Umfang verteilt sein, jedoch ist der Boden als im wesentlichen geschlossene Fläche mit einem umlaufenden Rand auszuführen, um die Sensoraufnahme nach außen hin abzudecken.

Am Boden 13 ist neben einem Durchbruch 16 für den Anschluß 10 und einem dazu gehö­ renden, von dem Sensor wegweisenden Steckeransatz 17 noch ein weiterer Durchbruch 18 vorgesehen. Darin ist mittels eines Klemmrings 19 eine Membrane 20 befestigt, deren Zweck noch erläutert wird. Der Anschluß 10 und der Steckeransatz 17 werden auch zu­ sammengefaßt als Anschlußmittel 10, 17 bezeichnet.

Bei der Vormontage der Sensoreinheit 3 wird der Sensor 8 mit seiner Anschlußseite vor­ aus in den vom Boden 13 und der Umgrenzung 14 umschriebenen Raum des Haltekör­ pers 12 eingesetzt. Seine Anschlußseite liegt dann der Innenseite des Bodens 13 direkt gegenüber, wobei sie an ihrem äußeren Rand bzw. Umfang über einen weichelastischen Dichtring 21 gegen den Boden 13 abgestützt ist und von diesem einen geringfügigen Ab­ stand hält. Über die Membrane 20 kommuniziert sie auf dieser Seite mit der Umgebung, so daß auf der Anschlußseite des Sensors 8 immer der momentane Umgebungsdruck als Referenzdruck für die Messung ansteht. Die Membran selbst ist luftdurchlässig, jedoch flüssigkeitsdicht. Sie kann z. B. aus Teflon oder einem auch als Klimafolie bekannten Material hergestellt sein.

Die Druckaufnahmefläche 9 liegt frei und wird an ihrem äußeren Umfangsrand von den Clipshaken 15 des Haltekörpers 12 formschlüssig hinterfaßt. Der Dichtring 21 kann in geringem Umfang fertigungsbedingte Maßabweichungen zwischen dem Höhenmaß des Sensors 8 und dem Abstand zwischen den Clipshaken 15 vom Boden 13 ausgleichen. Des weiteren verhindert er den Eintritt von Wasser oder anderen Flüssigkeiten in den Bereich zwischen der Membran 20 und der Anschlußseite des Sensors 8 und stützt letzteren spielfrei ab. Der Anschluß 10 ist abgedichtet durch den Durchbruch 16 in den Steckeransatz 17 eingeführt und darin verlötet.

Die Vormontage der Sensoreinheit 3 ist damit abgeschlossen. Sie kann jetzt, wie schon eingangs erwähnt, komplett in eine Prüfeinrichtung mit einem der Sensoraufnahme 2 ent­ sprechenden Adapter eingesetzt und nach elektrischer Kontaktierung auf Dichtheit und Funktion geprüft werden.

Zum Komplettieren des Tankeinsatzes 1 wird dann die vormontierte Sensoreinheit 3 mit der freiliegenden Druckaufnahmefläche 9 voran in dessen Sensoraufnahme 2 eingesetzt. Die Dichtung 11 setzt auf der Dichtschulter 5 der Sensoraufnahme 3 auf und wird so weit komprimiert, daß die Clipshaken 7 der seitlichen Umgrenzung der Sensoraufnahme hinter den äußeren Umfangsrand des Haltekörpers 12 einrasten können und die Sensoreinheit 2 lösbar festlegen. Dieser Vorgang kann mit einem Roboter mechanisiert werden.

Die Druckaufnahmefläche 9 kommuniziert über die Durchbrüche 4 fluidisch mit dem Tankinneren und ist mit dessen Innendruck beaufschlagt. Die Dichtung 11 hält Störein­ flüsse fern.

Im Endzustand ist der Sensor 8 also in der Sensoraufnahme 2 mittelbar über den Halte­ körper 12 festgelegt. Zur Aufnahme seiner Funktion ist der Tankeinsatz 1 am Tank zu befestigen und über den Steckeransatz 17 der elektrische Anschluß herzustellen. Bei einem eventuellen Schaden kann die ganze Sensoreinheit 3 nach Lösen der Verra­ stung durch die Clipshaken 7 und des elektrischen Anschlußsteckers komplett in einem Stück herausgenommen und rasch ersetzt werden.

Die in einem zweiteiligen Gehäuse 22 verkapselte Sensoreinheit 3 gemäß Fig. 2 umfaßt im Vergleich mit der vorstehend erörterten Ausführung zusätzlich Bestandteile der Sen­ soraufnahme 2 gemäß Fig. 1. Dadurch werden die tankseitigen Vorrüstungen noch weiter vermindert als gemäß Fig. 1, denn zum Einsetzen und Befestigen der Sensoreinheit 3 genügt nun eine Aussparung als Sensoraufnahme 23. Das Gehäuse 22, das an die Stelle des Haltekörpers 12 tritt, umfaßt im Vergleich mit dem ersten Ausführungsbeispiel einen Bodenbecher 24 mit bodenseitigen Durchbrüchen 25. Dieser tritt an die Stelle des durch­ brochenen Bodens und der seitlichen Umgrenzung 6 der Sensoraufnahme 2 und ist mit einem Gehäusedeckel 26 fest durch Schweißen (Gehäuseschweißnaht 27) verbunden. An seinem oberen äußeren Rand besitzt der Bodenbecher einen Flansch 28 mit einer an dessen Unterseite ausgeformten, umlaufenden Steg 29. Um eine besonders zuverlässig dichte Befestigung zu erreichen, wird der Steg 29 mit dem Rand der Sensoraufnahme 23 druckdicht verschweißt, vorzugsweise durch Reibschweißen. Die umlaufende Schweiß­ naht 30 ist also Befestigungsmittel und Dichtmittel - analog zum Dichtring 21 gemäß Fig. 1 - zugleich, so daß sich hier eine separate Dichtung erübrigt. Wie in der ersten Variante ist die Druckaufnahmefläche des Sensors 3 über die Durchbrüche 25 mit dem Tankinne­ ren verbunden und randseitig mittels der Dichtung 11 abgedichtet.

Der Sensor 8 ist zwischen dem Bodenbecher 24 und dem den Steckeransatz 17 tragen­ den Gehäusedeckel 26 abgedichtet eingespannt, wobei durch ein elastisches, hier ring­ förmiges Zwischenstück 31 eine geringfügige, gehäuseinterne Vorspannung - in Analogie zur Stützfunktion des Dichtrings 21 aus Fig. 1 - aufgebaut wird, um den Sensor 8 spielfrei zu halten und vor unerwünschten Schwingungen und Relativbewegungen gegenüber dem festliegenden Anschluß 10 zu schützen. Seine Druckaufnahmefläche 9 ist wiederum von der Dichtung 11 umgeben, die auf einer Dichtschulter 5 des Bodenbechers 24 aufsitzt, und sie kommuniziert fluidisch über die Durchbrüche 25 mit dem Tankinneren, während auf seiner Anschlußseite über eine hier nicht gezeigte Membran Umgebungsdruck an­ steht. Auch im weiteren ist der Aufbau der Sensoreinheit 3, wie sich aus der Zeichnung ohne weiteres ergibt, funktional gleichartig mit der Ausführung gemäß Fig. 1, so daß hier nicht mehr näher darauf einzugehen ist.

Abweichend von der Darstellung in Fig. 2 kann man natürlich auch formschlüssige, lös­ bare Verbindungsmittel zwischen dem Bodenbecher 24 und dem Gehäusedeckel 26 vor­ sehen, analog zur Festlegung des Sensors 8 im Haltekörper 12. Auch eine Kombination von form- und stoffschlüssiger Verbindung ist möglich.

Auch diese Variante der Sensoreinheit wird komplett vormontiert, geprüft und anschluß­ fertig an das Montageband für den Tankeinsatz geliefert und dort mit dem Rand der Aus­ sparung 23 verschweißt, vorzugsweise durch Reibschweißen.

In einer nicht gezeigten Variante wird man das Gehäuse ähnlich wie den Haltekörper 12 gemäß Fig. 1 mittels formschlüssiger, lösbarer Befestigungsmittel in die Sensoraufnahme 23 einrasten; hierbei wäre allerdings eine zusätzliche Maßnahme zum Abdichten etwaiger Spalte notwendig.

Claims (14)

1. Tankeinsatz (1) mit einer Sensoreinheit (3), die

• 1. mindestens einen Sensor (8), insbesondere einen den Tankinnendruck erfassenden Drucksensor, nebst seinen Anschlußmitteln (10, 17) umfaßt, und
• 2. durch Dichtmittel (11; 30) abgedichtet und durch Befestigungsmittel (7; 30) gehalten in einer Sensoraufnahme (2) des Tankeinsatzes (1) angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Sensoreinheit (3) mit den Anschluß- und Dichtmitteln zu einer vormontiert in die Sensoraufnahme (2; 23) einsetzbaren und darin befestigbaren Baugruppe zusammengefaßt ist.

2. Tankeinsatz nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Sensor­ einheit (3) einen den Sensor (8) und dessen Anschlußmittel (10, 17) zum Einset­ zen in die Sensoraufnahme zusammenfassenden und die Sensoraufnahme (2) nach außen abdeckenden Haltekörper (12) umfaßt.

3. Tankeinsatz nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Halte­ körper (12) aus einem einen Steckeransatz (17) tragenden Boden (13) und einer davon abragenden seitlichen Umgrenzung (14) mit daran angeformten Befesti­ gungsmitteln (15) besteht, wobei der Sensor (8) in den vom Boden und der Um­ grenzung umschriebenen Raum und sein Anschluß (9) in den Steckeransatz (17) des Bodens (13) einsetzbar ist.

4. Tankeinsatz nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Haltekörper (12) den Sensor (8) formschlüssig lösbar festlegende Befestigungs­ mittel (15) umfaßt.

5. Tankeinsatz nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Sensoraufnahme (2) die Sensoreinheit (3) formschlüssig lösbar festlegende Befestigungsmittel (7) aufweist.

6. Tankeinsatz nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Sensor­ aufnahme (2) durch einen mit mindestens einem Durchbruch (4) versehenen Boden und durch frei von diesem abragende, als seitliche Umgrenzung (6) über ihren Umfang verteilte elastische Clipshaken (7) gebildet ist.

7. Tankeinsatz nach Anspruch 4 oder 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß die formschlüssigen, lösbaren Befestigungsmittel (7, 15) als Rastnasen oder Clipshaken ausgeführt sind.

8. Tankeinsatz nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Sensoreinheit (3) nebst den Dichtmitteln (11) einen druckdich­ ten Deckel für eine in die Sensoraufnahme (2) mündende Öffnung (4) des Tank­ einsatzes (1) bildet.

9. Tankeinsatz nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Sensor­ aufnahme (22) als einfache Aussparung und die Sensoreinheit (3) als Einsatz und dichter Deckel für diese Aussparung mit einem Gehäuse (22) ausgebildet ist, wel­ ches bodenseitig mit der aufzunehmenden Meßgröße kontaktiert, insbesondere mit mindestens einem Durchbruch zur Aufnahme eines Drucks versehen ist.

10. Tankeinsatz nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse (22) zweiteilig aus einem Bodenbecher (24) und einem einen Steckeransatz (17) tragenden Gehäusedeckel (26) besteht, die zwischen sich den Sensor (3) ein­ schließen.

11. Tankeinsatz nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Boden­ becher (24) und der Gehäusedeckel (26) miteinander druckdicht verschweißt sind, wobei die Schweißnaht (27) insbesondere durch Reibschweißen hergestellt wird.

12. Tankeinsatz nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, daß formschlüssige Verbindungsmittel zwischen Bodenbecher und Gehäusedeckel vorgesehen sind.

13. Tankeinsatz nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Sensor (8) in der Sensoreinheit (3) durch elastische Mittel (Dichtung 11, Dichtring 21, Zwischenstück 31) spielfrei festgelegt ist.

14. Tankeinsatz nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Sensoreinheit (3) mit der Sensoraufnahme (23) unlösbar, ins­ besondere durch Schweißen oder Kleben verbunden ist, wobei die Schweißnaht (30) insbesondere durch Reibschweißen hergestellt wird.