ITMI961332A1 - FLOAT LEVEL SENSOR - Google Patents
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Description
DESCRIZIONE PER BREVETTO DI INVENZIONE DESCRIPTION FOR INVENTION PATENT
La presente invenzione si riferisce ad un sensore di livello per liquidi, del tipo a galleggiante, adatto per essere impiegato in condizioni particolarmente severe ad esempio nel settore automobilistico, dove il sensore deve essere in grado di resistere a vibrazioni e a forti sollecitazioni meccaniche, nonché a temperature elevate del liquido in cui tale sensore a volte può risultare immerso. The present invention refers to a level sensor for liquids, of the float type, suitable for use in particularly severe conditions, for example in the automotive sector, where the sensor must be able to withstand vibrations and strong mechanical stresses, as well as high temperatures of the liquid in which this sensor can sometimes be immersed.
Come noto, nel settore automobilistico si usano dei sensori elettrici azionati da un galleggiante per controllare ad esempio il livello dell'acqua contenuta nella vaschetta lava vetri, ovvero per controllare il livello del liquido di raffreddamento che circola nel radiatore. As is known, in the automotive sector electric sensors operated by a float are used to control, for example, the level of the water contained in the glass-washing tank, or to control the level of the coolant circulating in the radiator.
Sensori di questo genere sono in generale posti nel vano motore dove possono essere soggetti sia a delle elevate sollecitazioni termiche, sia a forti sollecitazioni meccaniche nonché ad elevate vibrazioni al limite della risonanza, con il grave rischio di danneggiare o di rompere l'ampolla di vetro dell'interruttore magnetico (Reed) associato all'indicatore di livello del genere in questione. Sensors of this kind are generally placed in the engine compartment where they can be subjected to both high thermal stresses and strong mechanical stresses as well as high vibrations at the limit of resonance, with the serious risk of damaging or breaking the glass bulb. magnetic switch (Reed) associated with the level indicator of the type in question.
Questi sensori di livello a galleggiante normalmente comprendono un elemento base in materiale plastico di supporto per dei connettori elettrici di collegamento ad un circuito esterno, rispettivamente di un interruttore magnetico a lamelle interno ad un cappuccio di protezione che si prolunga secondo un asse longitudinale e che si accoppia a tenuta con il corpo di supporto dei connettori elettrici a cui l'interruttore magnetico viene collegato mediante una coppia di conduttori elettrici relativamente sottili; l'interruttore viene azionato in apertura o in chiusura da un magnete incorporato in un galleggiante imperniato al cappuccio di protezione. These float level sensors normally comprise a base element in plastic material to support electrical connectors for connection to an external circuit, respectively of a magnetic switch with blades inside a protection cap which extends along a longitudinal axis and which is tightly coupled with the support body of the electrical connectors to which the magnetic switch is connected by means of a pair of relatively thin electrical conductors; the switch is activated in opening or closing by a magnet incorporated in a float hinged to the protection cap.
In sensori di livello del genere sopra citato esistono numerosi problemi tra i quali quello di rendere il sensore particolarmente affidabile alle più severe condizioni di impiego, evitando rotture accidentali dell'interruttore a lamelle o falsi funzionamenti del sensore causati dalle sollecitazioni termiche o meccaniche a cui il sensore risulta normalmente sottoposto. In level sensors of the aforementioned type there are numerous problems including that of making the sensor particularly reliable under the most severe conditions of use, avoiding accidental breakage of the reed switch or false functioning of the sensor caused by thermal or mechanical stresses to which the sensor is normally subjected.
Altri problemi riguardano la ricerca di un sistema produttivo e di assemblaggio che migliorino l'affidabilità di funzionamento del sensore in qualsiasi condizione di impiego, riducendo contemporaneamente i costi di produzione. In particolare esiste il problema di ricercare un opportuno sistema di collegamento e di supporto dell'interruttore magnetico che consenta di aumentare notevolmente la frequenza critica di risonanza dell'intero sensore, ma che consenta altresì di realizzare un assemblaggio d,ell'intero sensore in particolare il collegamento dell'interruttore magnetico ai due elementi elettrici di collegamento, in modo estremamente semplice e facilmente automatizzabile. Other problems concern the search for a production and assembly system that improve the operating reliability of the sensor in any condition of use, while reducing production costs. In particular, there is the problem of finding an appropriate connection and support system for the magnetic switch which allows to considerably increase the critical resonance frequency of the entire sensor, but which also allows for an assembly of the entire sensor in particular. the connection of the magnetic switch to the two electrical connection elements, in an extremely simple and easily automatable way.
Esiste infine il problema di garantire una perfetta ermeticità del sensore evitando infiltrazioni di liquido, nonché di proteggere adeguatamente il magnete del galleggiante evitando formazioni di depositi o di incrostazioni sul magnete stesso che potrebbero ridurne la sua sensibilità. Finally, there is the problem of guaranteeing a perfect hermetic seal of the sensor avoiding liquid infiltrations, as well as of adequately protecting the magnet of the float avoiding the formation of deposits or encrustations on the magnet itself which could reduce its sensitivity.
Pertanto, scopo della presente invenzione è di fornire un sensore di livello del tipo a galleggiante,7 atto a risolvere i problemi sopra indicati, mediante il quale sia possibile fornire un sistema di assemblaggio economico ed affidabile, tale da ridurre sostanzialmente i rischi di guasto e di un cattivo funzionamento. Therefore, the object of the present invention is to provide a level sensor of the float type, 7 suitable for solving the problems indicated above, by means of which it is possible to provide an economical and reliable assembly system, such as to substantially reduce the risks of failure and of a malfunction.
Quanto sopra è ottenibile mediante un sensore di livello a galleggiante secondo la presene invenzione, le cui caratteristiche innovative risiedono nel fatto che gli elementi elettrici di collegamento sono costituiti da due lamine piane co-stampate con il supporto, in cui le due lamine si prolungano su un lato del corpo base di supporto per differenti lunghezze, all'interno del cappuccio di protezione, terminando con estremità sagomate predisposte per il collegamento ai terminali dell'interruttore magnetico; il cappuccio di protezione comprende inoltre una culla interna di alloggiamento dell'interruttore magnetico, delimitata da due superfici laterali di guida e di appoggio delle lamine di collegamento con l'interruttore magnetico, le quali guide si prolungano verso l'estremità posteriore, complanarmente tra loro e parallelamente all'asse longitudinale del cappuccio di protezione. The above can be obtained by means of a float level sensor according to the present invention, the innovative characteristics of which reside in the fact that the electrical connection elements consist of two flat sheets co-molded with the support, in which the two sheets extend on one side of the support base body for different lengths, inside the protection cap, ending with shaped ends designed for connection to the terminals of the magnetic switch; the protection cap also comprises an internal cradle for housing the magnetic switch, delimited by two lateral surfaces for guiding and supporting the connecting plates with the magnetic switch, which guides extend towards the rear end, coplanar with each other and parallel to the longitudinal axis of the protective cap.
Secondo un'ulteriore caratteristica dell'invenzione, le due lamine di collegamento sono inizialmente unite tra loro sotto forma di un telaio in un solo pezzo che può essere facilmente predisposto e supportato nello stampo durante la fase di co-stampaggio del corpo plastico di supporto, venendo successivamente separate mediante una semplice operazione di tranciatura nel punto o nei punti di collegamento iniziali, in modo da isolarle elettricamente. According to a further feature of the invention, the two connecting plates are initially joined together in the form of a one-piece frame which can be easily prepared and supported in the mold during the co-molding phase of the plastic support body, being subsequently separated by a simple shearing operation at the initial connection point or points, so as to electrically isolate them.
Secondo un'ulteriore caratteristica dell'invenzione, l'ermeticità tra il corpo base di supporto dei due elementi elettrici di collegamento e dell'interruttore magnetico, con il cappuccio di protezione, viene ottenuta mediante un anello in materiale plastico che viene sovra-stampato ai bordi contrapposti del corpo di supporto e del cappuccio di protezione, opportunamente accoppiati tra loro. According to a further feature of the invention, the hermetic seal between the base supporting body of the two electrical connection elements and of the magnetic switch, with the protection cap, is obtained by means of a ring in plastic material which is over-molded at the opposite edges of the support body and of the protection cap, suitably coupled together.
Infine, secondo un'ulteriore caratteristica della presente invenzione, il magnete di azionamento dell'interruttore risulta incorporato in un apposito alloggiamento di una staffa di articolazione del galleggiante al cappuccio di protezione, in modo che il materiale plastico del galleggiante incorpori parzialmente la staffa di imperniamento, fino a ricoprire il magnete che risulta in questo modo protetto nel suo alloggiamento. Finally, according to a further characteristic of the present invention, the actuating magnet of the switch is incorporated in a suitable housing of a bracket for articulation of the float to the protection cap, so that the plastic material of the float partially incorporates the pivot bracket , until covering the magnet which is thus protected in its housing.
Queste ed ulteriori caratteristiche e vantaggi di un sensore di livello a galleggiante secondo l'invenzione, risulteranno maggiormente dalla descrizione che segue, relativa ad una forma di realizzazione preferenziale mostrata nei disegni allegati, in cui: These and further characteristics and advantages of a float level sensor according to the invention will become clearer from the following description, relating to a preferential embodiment shown in the attached drawings, in which:
Fig. 1 è una sezione longitudinale del sensore fatta in un piano sostanzialmente verticale; Fig. 1 is a longitudinal section of the sensor made in a substantially vertical plane;
Fig. 2 è una sezione longitudinale secondo la linea 2-2 di figura 1; Fig. 2 is a longitudinal section along the line 2-2 of Fig. 1;
Fig. 3 è una vista in pianta dal basso del sensore di figura 1; Fig. 3 is a bottom plan view of the sensor of Fig. 1;
Fig. 4 è una sezione trasversale secondo la linea 4-4 di figura 1; Fig. 4 is a cross section along the line 4-4 of Fig. 1;
Fig. 5 è una sezione trasversale secondo la linea 5-5 di figura 1; Fig. 5 is a cross section along the line 5-5 of Fig. 1;
Fig. 6 è una sezione longitudinale del solo cappuccio protettivo; Fig. 6 is a longitudinal section of the protective cap only;
Fig. 7 è una vista parzialmente sezionata del galleggiante con la staffa di imperniamento; Fig. 7 is a partially sectioned view of the float with the pivot bracket;
Fig. 8 è una vista in pianta dei due elementi elettrici di contatto, nella loro condizione iniziale, predisposti per il co-stampaggio nell'elemento base di supporto. Fig. 8 is a plan view of the two electrical contact elements, in their initial condition, arranged for co-molding in the base support element.
Come mostrato nelle varie figure, il sensore di livello secondo la presente invenzione sostanzialmente è costituito da un corpo cavo in materiale plastico comprendente un'elemento di base 10 ed un cappuccio protettivo 11; due elementi elettrici di collegamento 12, 13 sotto forma di lamine piane, si prolungano complanarmente e parallelamente all'asse longitudinale del corpo del sensore, da entrambi i lati dell'elemento base di supporto, col quale sono stati co-stampati. As shown in the various figures, the level sensor according to the present invention substantially consists of a hollow body made of plastic material comprising a base element 10 and a protective cap 11; two electrical connecting elements 12, 13 in the form of flat sheets extend coplanar and parallel to the longitudinal axis of the sensor body, on both sides of the base support element, with which they have been co-molded.
Più precisamente, le lamine piane 12 e 13 si prolungano su un lato dell'elemento di base 10 per definire i due connettori 12A e 13A di collegamento, con un circuito esterno, mentre dall'altro lato si prolungano per tratti 12B e 13B di differente lunghezza terminando con estremità 14 e 15 sagomate e ripiegate verso l'interno, predisposte con opportuni fori per l'introduzione e la saldatura dei terminali elettrici di un interruttore magnetico a lamelle 16 (Reed) di per sè noto. More precisely, the flat plates 12 and 13 extend on one side of the base element 10 to define the two connectors 12A and 13A for connection, with an external circuit, while on the other side they extend by sections 12B and 13B of different length ending with ends 14 and 15 shaped and folded inwards, arranged with suitable holes for the introduction and welding of the electrical terminals of a reed magnetic switch 16 known per se.
Con 17 è stato infine indicato un galleggiante in materiale plastico, provvisto di una staffa di incernieramento 18, sempre in materiale plastico, terminante con una parte a forcella 18A elasticamente cedevole incernierata tramite opportuni perni laterali 19 a corrispondenti alette flessibili 21 predisposte nella parte inferiore del cappuccio 11 di protezione. Finally, 17 indicates a float in plastic material, provided with a hinging bracket 18, again in plastic material, ending with an elastically yielding fork part 18A hinged by means of suitable lateral pins 19 to corresponding flexible fins 21 arranged in the lower part of the protective cap 11.
Con 20 in figure 1, 3 e 7 è stato infine indicato un magnete permanente di azionamento dell'interruttore 16; il magnete 20 viene predisposto in fase di assemblaggio in un corrispondente alloggiamento 18' della staffa 18, che si apre posteriormente o sul lato opposto a quello dell'interruttore magnetico 16. Dopo l'introduzione del magnete, l'alloggiamento 18' viene chiuso ed il magnete 20 protetto verso l'esterno dal materiale plastico del galleggiante 17 che viene sovrastampato e che parzialmente ingloba la staffa di incernieramento 18. Finally, reference numbers 20 in Figures 1, 3 and 7 indicate a permanent magnet for actuating the switch 16; the magnet 20 is arranged during the assembly phase in a corresponding housing 18 'of the bracket 18, which opens at the rear or on the opposite side to that of the magnetic switch 16. After the introduction of the magnet, the housing 18' is closed and the magnet 20 protected towards the outside by the plastic material of the float 17 which is overmolded and which partially incorporates the hinging bracket 18.
Come detto inizialmente i due elementi elettrici di collegamento 12, 13 sotto forma di lamine piane, coplanari e co-stampate con l'elemento base 10 in materiale plastico. As initially said, the two electrical connecting elements 12, 13 in the form of flat, coplanar and co-molded sheets with the base element 10 in plastic material.
A questo proposito, come risulta dal confronto tra la figura 1 e la figura 8, le due lamine 12 e 13 sono inizialmente formate in un solo pezzo per tranciatura da lamiera metallica, essendo le due lamine 12 e 13 inizialmente unite da due parti trasversali 22 che assicurano inizialmente una disposizione piana ed un loro corretto posizionamento relativo, che semplifica il posizionamento di questo inserto nella cavità dello stampo durante il co-stampaggio della base in plastica 10 facilitando il successivo collegamento dell'interruttore in quanto i fori alle due estremità mantengono un loro preciso allineamento. Le due parti trasversali 22 verranno successivamente eliminate per separare elettricamente le due lamine 12 e 13, tranciandole lungo le linee di taglio tratteggiate nella stessa figura 8. In this regard, as can be seen from the comparison between figure 1 and figure 8, the two sheets 12 and 13 are initially formed in a single piece by blanking from metal sheet, the two sheets 12 and 13 being initially joined by two transverse parts 22 which initially ensure a flat arrangement and their correct relative positioning, which simplifies the positioning of this insert in the cavity of the mold during the co-molding of the plastic base 10, facilitating the subsequent connection of the switch since the holes at the two ends maintain a their precise alignment. The two transversal parts 22 will be subsequently eliminated to electrically separate the two sheets 12 and 13, cutting them along the cut lines dashed in the same figure 8.
Grazie alla conformazione piana ed alla disposizione co-planare delle due lamine 12 e 13 nonché al fatto che presentano una larghezza sostanziale, compresa fra due e tre millimetri circa, pari a due o tre volte lo spessore delle lamine stesse, non solo si ottiene una struttura sufficientemente rigida dei singoli elementi di contatto 12 e 13, tale da avere frequenze di risonanza molto elevate e notevolmente superiori a quelle dei fili metallici di collegamento normalmente impiegati nei sensori tradizionali, ma tale conformazione piana delle lamine 12 e 13 consente altresì un loro posizionamento corretto e l'adozione di idonei mezzi di guida e di supporto all'interno del cappuccio 11 di protezione. Thanks to the flat conformation and the co-planar arrangement of the two sheets 12 and 13 as well as to the fact that they have a substantial width, between about two and three millimeters, equal to two or three times the thickness of the sheets themselves, not only is a sufficiently rigid structure of the individual contact elements 12 and 13, such as to have very high resonance frequencies and considerably higher than those of the metal connection wires normally used in traditional sensors, but this flat conformation of the plates 12 and 13 also allows their positioning correct and the adoption of suitable guiding and supporting means inside the protection cap 11.
Ciò può essere maggiormente chiarito con riferimento alle figure 1, 2, 4 e 6 dei disegni allegati. Infatti come si nota dalle figure 4 e 6, internamente al cappuccio di protezione 11, a partire da una certa distanza dall'estremità aperta di quest'ultimo, verso l'estremità chiusa o di fondo del cappuccio stesso, è prevista una culla 23 di alloggiamento dell'interruttore magnetico 16; la culla 23 ha un profilo semicircolare delimitato lateralmente da due superfici piane co-planari 24 e 25 che si prolungano parallelamente all'asse longitudinale dello stesso cappuccio protettivo. Le due superfici piane 24 e 25 svolgono una duplice funzione di guida delle due lamine di collegamento 12 e 13, durante l'inserimento nel cappuccio al momento dell'assemblaggio del sensore, nonché svolgono una funzione di supporto o di appoggio delle lamine stesse; infatti le due lamine 12 e 13 sono supportate alle loro estremità libere o per una parte sostanziale della loro lunghezza, riducendo sostanzialmente in questo modo il rischio di raggiungere condizioni di risonanza pericolose per l'intero complesso dell'interruttore 16 e delle due lamine di collegamento, rischi che vengono ulteriormente ridotti dalla rigidità o robustezza meccanica delle lamine stesse. This can be further clarified with reference to figures 1, 2, 4 and 6 of the attached drawings. In fact, as can be seen from figures 4 and 6, inside the protection cap 11, starting from a certain distance from the open end of the latter, towards the closed or bottom end of the cap itself, there is a cradle 23 of magnetic switch housing 16; the cradle 23 has a semicircular profile laterally delimited by two flat co-planar surfaces 24 and 25 which extend parallel to the longitudinal axis of the same protective cap. The two flat surfaces 24 and 25 perform a double function of guiding the two connecting plates 12 and 13, during insertion into the cap at the time of assembly of the sensor, as well as carrying out a function of supporting or resting the plates themselves; in fact the two plates 12 and 13 are supported at their free ends or for a substantial part of their length, thus substantially reducing the risk of reaching resonance conditions dangerous for the whole assembly of the switch 16 and of the two connecting plates , risks which are further reduced by the mechanical stiffness or strength of the foils themselves.
L'interruttore magnetico 16, che è la parte più delicata dell'intero sensore, risulta in questo modo alloggiato in un'opportuna culla protettiva, per altro supportato saldamente dalle due lamine piatte di collegamento. Si nota infine dalla figura 8 nonché dalla figura 2, che le estremità sagomate 14 e 15 delle due lamine di collegamento 12 e 13, sono ripiegate verso l'interno per consentire una posizione centrale dell'interruttore magnetico 16; sono altresì predisposte con opportuni fori 31 e 32 allineati nella direzione longitudinale del sensore, ad una distanza prestabilita per consentire una facile inserzione e la saldatura delle estremità ripiegate dei due terminali di contatto dell'interruttore magnetico. Tale operazione oltre a poter essere fatta manualmente in modo estremamente agevole, può altresì essere fatta con un idoneo sistema automatico di assemblaggio con conseguenti vantaggi di maggiore affidabilità ed economicità del sensore stesso. The magnetic switch 16, which is the most delicate part of the entire sensor, is thus housed in a suitable protective cradle, moreover firmly supported by the two flat connecting plates. Finally, it can be seen from Figure 8 as well as from Figure 2 that the shaped ends 14 and 15 of the two connecting plates 12 and 13 are folded inwards to allow a central position of the magnetic switch 16; they are also arranged with suitable holes 31 and 32 aligned in the longitudinal direction of the sensor, at a predetermined distance to allow easy insertion and welding of the folded ends of the two contact terminals of the magnetic switch. This operation, besides being able to be carried out manually in an extremely easy way, can also be done with a suitable automatic assembly system with consequent advantages of greater reliability and cost-effectiveness of the sensor itself.
Poiché un sensore di livello di questo tipo è normalmente destinato a lavorare parzialmente o totalmente immerso in un liquido, per conseguire un elevato grado di affidabilità risulta essenziale garantire una perfetta ermeticità tra la base 10 di supporto delle lamine 12 e 13 di collegamento dell'interruttore 16, ed il cappuccio di protezione 11, in quanto una eventuale infiltrazione di liquido metterebbe il sensore fuori uso. Since a level sensor of this type is normally destined to work partially or totally immersed in a liquid, in order to achieve a high degree of reliability it is essential to ensure a perfect hermetic seal between the base 10 supporting the plates 12 and 13 connecting the switch. 16, and the protection cap 11, since a possible infiltration of liquid would put the sensor out of use.
A tale proposito, secondo un'ulteriore caratteristica della presente invenzione, la base 10 e l'estremità aperta del cappuccio di protezione 11 sono state provviste di bordi contrapposti 26 e 27 aventi profili coniugati che si adattano a tenuta sotto stretta tolleranza, nonché sono provvisti di una corrispondente superficie piana 28 che assicura un loro corretto orientamento al momento dell'introduzione degli elementi elettrici di contatto 12 e 13, rispetto alla culla interna 23 di alloggiamento dell'interruttore magnetico 16 ed alle guide 24 e 25. In this regard, according to a further characteristic of the present invention, the base 10 and the open end of the protective cap 11 have been provided with opposite edges 26 and 27 having conjugate profiles which fit tightly under strict tolerance, as well as are provided of a corresponding flat surface 28 which ensures their correct orientation at the moment of introduction of the electrical contact elements 12 and 13, with respect to the internal cradle 23 for housing the magnetic switch 16 and to the guides 24 and 25.
Il perfetto accoppiamento dei bordi contrapposti della base 10 del cappuccio 11 di per sè già assicura un buon grado di tenuta ermetica che viene ulteriormente migliorato dal sovrastampaggio di un anello 29 in materiale plastico che circonda completamente le estremità accoppiate della base 10 e del cappuccio 11, formando una sorta di tenuta a labirinto mediante idonee nervature interne 30 predisposte su superiici contrapposte della base 10 e dell'estremità aperta del cappuccio 11. The perfect coupling of the opposite edges of the base 10 of the cap 11 in itself already ensures a good degree of hermetic seal which is further improved by the overmolding of a ring 29 in plastic material which completely surrounds the coupled ends of the base 10 and of the cap 11, forming a sort of labyrinth seal by means of suitable internal ribs 30 arranged on opposite surfaces of the base 10 and of the open end of the cap 11.
Da quanto detto e mostrato risulta dunque evidente che si è fornito un sensore di livello a galleggiante, notevolmente innovativo per quanto riguarda la sua struttura e per quanto riguarda il metodo di assemblaggio, in grado di garantire un'elevata affidabilità di funzionamento. From what has been said and shown it is therefore evident that a float level sensor has been provided, which is considerably innovative as regards its structure and as regards the method of assembly, capable of guaranteeing high operational reliability.
Si intende comunque che quanto è stato detto e mostrato con riferimento ai disegni allegati è stato dato a puro titolo esemplificativo di una soluzione preferenziale, e che altre modifiche o varianti possono essere apportate al sensore di livello nel suo complesso o ad alcuni suoi componenti in particolare, senza per altro allontanarsi dai principi generali dell'invenzione. However, it is understood that what has been said and shown with reference to the attached drawings has been given purely by way of example of a preferential solution, and that other modifications or variants can be made to the level sensor as a whole or to some of its components in particular. , without however departing from the general principles of the invention.
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Applications Claiming Priority (1)
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Family Applications (1)
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