DE69831746T2

DE69831746T2 - Abgewinkelte tasteinrichtung

Info

Publication number: DE69831746T2
Application number: DE69831746T
Authority: DE
Inventors: William L. Smith
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1997-07-31
Filing date: 1998-07-24
Publication date: 2006-07-06
Anticipated expiration: 2018-07-25
Also published as: DE69831746D1; ATE305601T1; CA2295649A1; US6543304B1; US5918292A; US6298739B1; EP1000321A4; WO1999006799A1; WO1999006799A8; EP1000321A1; EP1000321B1; CA2295649C

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich im Allgemeinen auf Messfühleranordnungen und insbesondere auf rechtwinklige Messfühler zur Anwendung in Ausrüstungs- und Transporteinrichtungen einschließlich Triebfahrzeugen und dergleichen.
Verschiedene Tasteinrichtungen wurden in den US-Patentschriften US-A-3,681,990, 4,928,531, 4,823,602, 5,006,797 und 2,838,935, in der WO 96/24035A, in den Zusammenfassungen japanischer Patentschriften Vol. 1996, Nr. 08, 30. August 1996 und JP-08 110242A offenbart.
Zur Sicherstellung einer verlässlichen und reproduzierbaren Messaufnahme muss eine Messfühleranordnung im Allgemeinen in einer spezifischen Ausrichtung in Bezug auf das Messobjekt eingerichtet sein. Die meisten industriellen Hochleistungsmessfühler sind in der Montage beschwerlich und schwierig in der Positionierung, insbesondere innerhalb von engen, begrenzten Montageräumen. Das liegt daran, dass die gegenwärtig verfügbaren Messfühleranordnungen einen Anschlussmechanismus aufweisen, welcher fest mit dem Prüfschaft und mit Kabeln verbunden ist. Wenn die Messfühleranordnung in ein Objekt eingeschraubt werden muss, ist es zum Anziehen der Verschraubung notwendig, die gesamte Messfühleranordnung zu drehen. Dieses erfordert einen größeren Montageplatz, weil die Länge und die Größe der Messfühleranordnungen häufig nicht vernachlässigbar sind. Diese Anforderung an den Montageraum beschränkt den Einsatz der meisten Messfühleranordnungen in engen Montageräumen, welche keinen hinreichend großen Bewegungsspielraum aufweisen.
Des Weiteren hängt die Ausrichtung der Kabel des Anschlussmechanismus, wenn dieser in ein Objekt eingeschraubt wird, von der Ausrichtung des Anschlussmechanismus ab. Wenn das Gewinde in einer Position mit einer unerwünschten Ausrichtung angezogen wird, muss entweder der Anschluss zusätzlich angezogen werden, was dazu führen kann, dass das Gewinde zerstört wird oder sich löst, was seinerseits zu einer unsicheren Befestigung führt, und zur Folge hat, dass die Messfühleranordnung sich lockert. Zudem unterbindet der feste Anschluss der Anschlussmittel die freie Beweglichkeit des Kabels in Bezug auf den Prüfschaft und -körper. Jedoch ist ein fester Anschluss normalerweise notwendig, um eine Dichtung zwischen dem Prüfmedium und der äußeren Umgebung zu erreichen. Zum Beispiel muss ein rechtwinkliger Temperaturfühler zur Überwachung der Öl-Temperatur in einem Motor auch eine Dichtung gegen den Austritt von Öl entlang der Messfühleranordnung aufweisen. Dementsprechend sind die meisten Messfühleranordnungen nicht für den Einsatz in Bewegungs- oder Drehapplikationen einsetzbar.
Deshalb verbleibt weiterhin die Notwendigkeit für eine neuere oder verbesserte Messfühleranordnung, welche es erlaubt zur freien Drehung des Messfühlers eine einfache Montage zu ermöglichen und die Entfernung und wiederholte Montage des Messfühlers ohne Verdrehung oder Trennung des Ausgangskabels zu ermöglichen, während gleichzeitig ein Ein- oder Austreten von Öl oder Wasser oder anderen Schadstoffen aus der Messumgebung verhindert wird.
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Tasteinrichtung allgemein gemäß dem Typ aus US-A-3,681,990 und definiert nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird eine Tasteinrichtung bereitgestellt wie im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1 definiert.
Die bevorzugte Ausführungsform weist einen im Allgemeinen zylinderförmigen Körper mit einer Öffnung aufweist, welche einen Durchmesser aufweist, welcher kleiner ist als der Prüfkopf und sich in Längsrichtung erstreckt, um den Prüfschaft aufzunehmen. Ein Ende ist deshalb mit einem Gewinde versehen, um den Anschluss an dem Fühlereinbauort anzuschließen. Ein Ansatzstück wird auf das eine Ende des Prüfschaftes geschraubt, um zu verhindern dass der Prüfschaft aus der Körperöffnung heraus gezogen wird.
Ebenfalls weist die bevorzugte Ausführung mindestens eine Verschlussdichtung auf, welche zwischen dem Prüfkopf und dem Adapter angeordnet ist, um das Eindringen von Schmutz, Öl oder Fett zu verhindern.
Bezug wird nun auf die beigefügten Zeichnungen genommen, in denen Folgendes dargestellt ist:
1 ist eine Explosionsansicht einer entsprechend der vorliegenden Erfindung gefertigten rechtwinkligen Messfühleranordnung;
2 ist eine vergrößerte perspektivische Ansicht der Messfühleranordnung nach 1;
3 ist eine Querschnittszeichnung des Sensors nach 2 in Längsrichtung, entlang der Linie 3-3; und
4 ist eine perspektivische Ansicht der Tasteinrichtung nach einer alternativen Ausführungsform der Vorliegenden Erfindung, welche eine Dichtung an dem distalen Ende des Prüfschaftes aufweist.
In der folgenden Beschreibung bezeichnen gleiche Bezugszeichen ähnliche oder übereinstimmende Teile des Aufbaus, unabhängig von der jeweiligen Ansicht.
Ferner sind in der folgenden Beschreibung die Begriffe "nach vorne", "nach hinten", "links", "rechts", "nach oben", "nach unten" und ähnliche Worte zur Beschreibung und nicht als begrenzende Begriffe zu werten.
Nun Bezug nehmend auf die Zeichnungen im Allgemeinen und insbesondere auf 1 sollen diese Zeichnungen so verstanden sein, dass sie zum Zweck der Beschreibung einer bevorzugten Ausführungsform dienen und nicht beabsichtigt ist, die Erfindung darauf zu begrenzen. Bevorzugt ist in 1 eine Messfühleranordnung zu sehen, im Allgemeinen mit 10 bezeichnet, wie sie nach der vorliegenden Erfindung hergestellt ist. Der rechtwinklige Messfühler 10 weist einen Prüfkopf 12 auf, von dem aus sich ein Prüfschaft 24 erstreckt, und welcher ferner ein Schraubengewinde 26 an dem distalen, entgegengesetzten Ende zum Prüfkopf aufweist. Eine Dichtung 30 und eine nicht drehbare Manschette 32 sind um den Prüfschaft 24 herum angeordnet. Ein Ansatzstück 36 ist an dem distalen Ende des Prüfschaftes 24 angeordnet, um den Schaft und die Dichtung zurückzuhalten. Eine Oberfläche, wie z. B. eine Öffnung 38, ermöglicht es, ein Werkzeug zum Anziehen des Ansatzstücks 36 anzusetzen. Ein Ausgangskabel 14 erstreckt sich von dem Prüfkopf 12 zum Anschluss eines Messinstrumentes, einer Anzeige oder eines Steuersystems (nicht dargestellt).
Der Prüfkopf 12 ist über den Prüfschaft 24 mit dem Ausgangskabel verbunden. Der Prüfkopf 12 kann so konstruiert sein, dass das Ausgangskabel 14 und der Prüfschaft 24 einen Winkel einschließen, welcher im Wesentlichen gerade (in einer Linie zueinander) oder im Wesentlichen im Bereich des Rechten Winkels, wie dargestellt, liegt. Der Prüfkopf 12 stellt im Wesentlichen einen festen Sitz zur Verfügung, welcher die Bewegung des Prüfschaftes 24 oder des Ausgangskabels 14 unterbindet.
Der Prüfschaft 24 ist ein längliches Mittel, welches sich von dem Prüfkopf 12 aus erstreckt. Eine Schulter 40 ist in einer Entfernung von dem Prüfkopf angeordnet, um ein zu festes Anziehen der Dichtung 30 durch das Ansatzstück 36 zu verhindern. Der Durchmesser des Prüfschaftes 24 zwischen dem Prüfkopf und der Schulter ist im wesentlichen gleich zu dem Durchmesser der nicht drehbaren Manschettenöffnung 42, um einen im Wesentlichen eng angezogenen Sitz vorzusehen, wenn die nicht drehbare Manschette auf dem Schaft angeordnet ist.
Der Prüfschaft weist in dem Teilstück von der Schulter 40 zu seinem distalen Ende eine geeignete Größe zum Eingriff in das Ansatzstück 36 auf. In der bevorzugten Ausführungsform ermöglicht ein Schraubengewinde 26 im distalen Ende des Prüfschaftes das Anbringen des Ansatzstücks 36. Der Prüfschaft kann eine sekundäre Metallumhüllung aufweisen, um den Messkopf selber zu schützen.
Die Dichtung 30 ist im Wesentlichen glatt und hat eine Öffnung 50, im Wesentlichen mit gleichen Durchmesser wie der Prüfschaft 24, um einen festen Sitz zwischen der nicht drehbaren Manschette 32 und dem Prüfkopf 12, wie in 2 dargestellt, zu ermöglichen. In der bevorzugten Ausführungsform hat die Dichtung 30 einen Außendurchmesser zwischen 1,6 mm und 12,7 mm (1/16 Zoll bis 1/2 Zoll) und vorzugsweise 3,18 mm (1/8 Zoll).
Jedoch kann die eigentliche Abmessung der Dichtung zum Anpassen in Bezug auf die Abmessungen der Manschette 32 und des Prüfkopfs 12 verändert werden. Die Dichtung wird aus einem Elastomermaterial gebildet, welches für die spezifische Anwendung und Umgebung geeignet ist. In der bevorzugten Ausführung ist die Dichtung aus einem thermoplastischen Gummi mit einem Durometer zwischen 45 und 95 gebildet und weist eine Dichtung zwischen der Passoberfläche des Prüfkopfs 12 und dem Anschluss 44 auf, wenn er durch das Ansatzstück 36 komprimiert wird.
Die Dichtung kann für unkritische Umgebungen an dem distalen Ende des Prüfschaftes 24 angeordnet sein. Wie zum Beispiel in 4 dargestellt ist, ist die Dichtung 30 zwischen der nicht drehbaren Manschette 32 und dem Ansatzstück 36 angeordnet. Für den Fachmann ist es leicht zu verstehen, dass die Dichtung in einer Vielzahl von Formen und Größen ausgeführt werden kann ohne den Kern der Erfindung zu verlassen.
Wenn das Ansatzstück auf dem Prüfschaft festgeschraubt wird, wird die Dichtung unter Druck gesetzt, wodurch der Prüfschaft und das darin aufgenommene Messelement vor einer zu einfachen Drehung bewahrt werden.
Die Dichtung 30 dichtet auch die Lücke zwischen dem Prüfkopf 12 in der Manschette 32 ab, damit Elemente wie Wasser, Schmutz oder Fett abgewiesen werden.
Zusätzlich ist in der bevorzugten Ausführungsform die Dichtung im Wesentlichen weich, um eine Drehung zwischen dem Prüfkopf und der Manschette zu ermöglichen, worin diese bei Bewegung unter Verdrehung des Ausgangskabels 14 weiterhin als Dichtung wirkt.
In einer weiteren Ausführung kann die Dichtung 30 zusätzlich einen "O"- Ring aufweisen, welcher innerhalb der nicht drehbaren Manschette 32 angeordnet ist, um eine zusätzliche Dichtung für raue Umweltbedingungen zur Verfügung zu stellen.
In der bevorzugten Ausführungsform weist die nicht drehbare Manschette 32 einen Sechskantkopf 44 und ein Schraubengewindeende 46 auf. Der Sechskantkopf 44 sorgt für das Befestigen der nicht drehbaren Manschette in ihrem dauernden Sitz. Vorzugsweise ist der Sechskantkopf 44 zum Erleichtern der Montage passend ausgebildet, wie z. B. zum festen Anziehen mit einem Schraubenschlüssel. Das Schraubengewindeende 46 wird zum Anschluss in den Fühlereinbauort von, z. B. Absetzwannen eines Motors oder eines Lagergehäuses benutzt.
Eine Öffnung 42 ist im Zentrum der nicht drehbaren Manschette 32 angeordnet und erstreckt sich durch das gesamte Bauteil. Die Öffnung ist dabei hinreichend groß gewählt, um das Anordnen der nicht drehbaren Manschette 32 über den Prüfschaft 24. zu ermöglichen. Die Länge der nicht drehbaren Manschette 32 ist beim festen Anzug des Ansatzstücks 36 etwas kleiner oder gleich der Distanz zwischen dem Prüfkopf 12 und der Schulter 40 in der Absicht, die Dichtung 30 zusammenzudrücken.
Das Ansatzstück 36 ist oberhalb des distalen Endes des Prüfschaftes 24 angeordnet. Das innere Ende des Ansatzstücks ist zur Verschraubung mit dem Schraubengewinde 26 des Prüfschaftes 24 mit einem Gewinde versehen. Beide Enden des Ansatzstücks 36 können offen sein, um es dem distalen Ende des Prüfschaftes 24 zu ermöglichen, sich zur Unterstützung der genaueren Ablesung der Messwerte hinter den Rand des Ansatzstücks zu erstrecken, jedoch ist in einigen Fällen ein Ende des Ansatzstücks verschlossen, um das Messelement zu schützen. Die Länge des Ansatzstücks ist im Wesentlichen gleich der Distanz der Prüfschaftschulter zu dem distalen Ende, kann jedoch entsprechend der Anpassung an die spezifischen Anwendungen auch variiert werden. Jedoch stellt die Schulter 40 sicher, dass das Ansatzstück nicht übermäßig angezogen wird, wenn es auf den Schaft geschraubt wird.
Das Ausgangskabel 14 erstreckt sich vom Prüfkopf 12 zu einem finalen Anschlussknoten, einer Leitung oder einem Stecker 20, wie in 1 dargestellt ist. Das Ausgangskabel 14 ist vorzugsweise flexibel und soll eine Schutzhülle aufweisen, wie z. B. ineinander greifende flexible Röhren, welche einen Schutz für das Kabel und die Stecker zur Verfügung stellen. Zusätzliche Elemente, wie z. B. eine Durchgangstülle 16 kann auf dem Ausgangskabel angeordnet sein, wenn eine zusätzliche Dichtung oder ein Schutz des Kabels zur Verfügung gestellt werden soll.
Wenn das Tastelement montiert ist, bedeutet dieses, dass das Gewindeende 46 von einem aufnehmenden Ende eines Objektes im Eingriff ist. Die nicht drehbare Manschette kann unabhängig davon angeschraubt werden, wobei die zurückbleibenden Elemente frei eingestellt und angeordnet werden können.
Dadurch kann die Entfernung und die wiederholte Montage ohne eine Verdrehung oder eine Trennung des Ausgangskabels erfolgen.
Das Ausgangskabel kann in jedem beliebigen Winkel einer 360 Grad Umdrehung angeordnet werden, was den Einsatz des Kabels in einer Vielzahl von Positionen erlaubt, was mit vorhergehenden Messelementen nicht eingestellt werden konnte. Zusätzlich kann das Kabel bewegt oder verdrillt werden, unabhängig von dem nicht drehbaren Manschettenanschluss.
Gewisse Modifikationen und Verbesserungen können dem Fachmann beim Lesen der vorangegangen Beschreibung einfallen. Es versteht sich, dass alle solchen Modifikationen und Verbesserungen hierin aufgrund der Verständlichkeit und Lesbarkeit weggelassen wurden, dass diese jedoch innerhalb des Bereichs der nachfolgenden Ansprüche liegen.

Claims

Tasteinrichtung (10) bestehend aus: (a) einem Tasteinrichtungskörper, welcher einen Prüfkopf (12) und einen Prüfschaft (24) zur Kapselung eines Fühlerelementes verbunden mit einem Kabel (14) aufweist, wobei der Prüfschaft sich von dem Prüfkopf (12) aus erstreckt, und (b) einem Adapter (32) zum Anbringen des Tasteinrichtungskörpers an einem Fühlereinbauort, wobei der Adapter eine durchgehende Öffnung (42) zur Aufnahme des Prüfschaftes (24) aufweist und Mittel (46) zur Befestigung des Adapters an dem Fühlereinbauort aufweist; dadurch gekennzeichnet, dass: der Prüfkopf (12) im Wesentlichen eine starre Führung aufweist, welche in Bezug auf den Prüfkopf (12) Relativbewegungen des Prüfschaftes (24) und des Prüfelementanschlusskabel (14) verhindert, welches von dem Prüfkopf (12) wegführt, wenn das Fühlerelement an die Tasteinrichtung (10) angeschlossen ist und welche das wegführende Anschlusskabel in Relation zu der Achse des Prüfschaftes (24) im Wesentlichen in einem Winkel bis zu 90 Grad abgewinkelt hält; und der Tastkörper und der Adapter (32) zusammengefügt sind, um eine vorgefertigte Einheit mit dem Tastkörper zu bilden, wobei der Adapter jeweils drehbar ist, um eine Relativdrehung des Adapters (32) zu dem Tastkörper zu ermöglichen, um die vorgefertigte Einheit an dem Fühlereinbauort anzuordnen, ohne dass das Prüfelementanschlusskabel (14) sich verdrillt, wenn es den Prüfkopf (12) verlässt und um dem Tastkörper und somit auch dem wegführenden Anschlusskabel (14) zu ermöglichen, drehbar um die Achse des Prüfschaftes (24) in einer Vielzahl von auf einem Kreisbogen angeordneten Relativpositionen zu dem Adapter (32) vorgesehenen Position verstellt zu werden und in der eingestellten Relativposition zu dem Adapter (32) verbleibt, wenn die Einheit an dem Fühlereinbauort angeordnet ist.
Anordnung gemäß Anspruch 1, worin der Adapter (32) einen Schaft in Form eines zylindrischen Körpers mit einer durchgehenden Öffnung (42) bildet, und wobei der Prüfschaft (24) ein proximales und distales Ende an den sich gegenüberliegenden Enden der Öffnung aufweist und der Prüfkopf (12) sich an dem proximalen Ende des Prüfschaftes (24) befindet und die Schafteinspannmittel (36) an dem distalen Ende (26) des Prüfschaftes angebracht sind, und worin die Öffnung (42) einen kleineren Durchmesser als der Prüfkopf (12) und die Spannmittel (36) aufweist, um so zu vermeiden, dass der Prüfschaft (24) durch die Öffnung zurückgezogen wird, während sich der Tastkörper in Bezug auf den Schaft (32) dreht.
Anordnung gemäß Anspruch 2, worin die Mittel zum Einbringen des Schaftes (32) ein mit einem Gewinde ausgestattetes distales Ende (46) zur Anordnung an dem Fühlereinbauort und einen Sechskantkopf (44) an dem proximalen Ende zur Aufnahme eines Sechskantschlüssels zur Befestigung des Schaftes an dem Fühlereinbauort aufweisen.
Anordnung gemäß Anspruch 2 oder 3, worin die Rückhaltemittel (36) an dem distalen Ende (26) des Prüfschaftes (24) angebracht sind und ein im Wesentlichen zylindrisches Ansatzstück mit einem Durchmesser einschließt, welcher größer ist als derjenige der Öffnung (42).
Anordnung gemäß Anspruch 4, worin das distale Ende (26) des Prüfschaftes (24) mit einem Gewinde ausgestattet ist, und das Ansatzstück (36) ein Innengewinnende zum Anfügen des mit einem Gewinde ausgestatteten distalen Endes des Prüfschaftes (24) einschließt.
Anordnung gemäß Anspruch 4 oder 5, worin ein Tastelement sich durch das Ansatzstück (36) erstreckt, wenn es in dem Tasteinrichtungskörper eingekapselt ist.
Anordnung gemäß Anspruch 4, 5 oder 6, die ferner einen Absatz (40) aufweist, welcher zwischen dem Prüfkopf (12) und dem distalen Ende (26) des Prüfschaftes (24) angeordnet ist, zum Einrasten und Positionieren des Ansatzstücks (36).
Anordnung gemäß einem der Ansprüche 2 bis 7, die ferner mindestens ein Dichtungsmittel (30) aufweist, welches sich zwischen dem Prüfkopf (12) und dem Schaft (32) befindet.
Anordnung gemäß einem der Ansprüche 4 bis 7, die ferner ein Dichtungsmittel (30) einschließt, welches zwischen dem Ansatzstück (36) und dem Schaft (32) positioniert ist.
Anordnung gemäß einem der Ansprüche 2 bis 9, worin der Schaft (32) ein O-förmiges Dichtungsmittel im Innern der Öffnung (42) beinhaltet.
Anordnung gemäß Anspruch 8, 9 oder 10, worin die Dichtung (30) kreisförmig ist.
Anordnung gemäß einem der Ansprüche 8 bis 11, worin die Dichtung (30) im Wesentlichen flach ist.
Anordnung gemäß einem der Ansprüche 8 bis 12, worin die Dichtung (30) aus einem Elastomermaterial mit einem Härtemesswert zwischen 45 bis 95 hergestellt ist.
Anordnung gemäß einem der Ansprüche 8 bis 13, worin die Dichtung (30) aus einem thermoplastischen Gummi oder einem vergleichbaren Elastomer hergestellt ist.
Anordnung gemäß einem der vorangegangen Ansprüche, welches ein Tastelement aufweist, welches in dem Tasteinrichtungskörper eingekapselt ist.
Anordnung gemäß Anspruch 15, worin sich das Fühlerelement an dem distalen Ende des Prüfschaftes (24) befindet.
Anordnung gemäß Anspruch 16, worin der Prüfschaft (24) eine metallische Manschette zum Schutz des Fühlerelements aufweist.
Anordnung gemäß Anspruch 15, 16 oder 17, worin der Tasteinrichtungskörper ein Kabel einschließt, welches sich von dem Prüfkopf (12) zum Anschluss einer Auslesevorrichtung erstreckt.
Anordnung gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche, worin das Fühlerelement ein Temperatursensor ist.