DE19724309B4

DE19724309B4 - Sensorgehäuse mit Prozeßanschluß

Info

Publication number: DE19724309B4
Application number: DE19724309A
Authority: DE
Inventors: Benno Kathan
Original assignee: IFM Electronic GmbH
Current assignee: IFM Electronic GmbH
Priority date: 1997-06-10
Filing date: 1997-06-10
Publication date: 2007-01-18
Anticipated expiration: 2017-06-11
Also published as: WO1998057136A1; DE19724309A1; US6112592A

Abstract

Zwei- oder mehrteiliges Gehäuse für Sensoren, insbesondere Druck- oder Strömungssensoren, mit einem Unterteil (2) als Prozeßanschluß und einem Oberteil (3) als Bauteileaufnahme, das also zumindest den größten Teil der elektrischen und elektronischen Bauteile enthält,
wobei das Unterteil (2) und das Oberteil (3) durch eine elastische Preßpassung miteinander verbunden sind und im Bereich der Preßpassung gerade Flächen (6) und gekrümmte Flächen (7) vorhanden sind,
dadurch gekennzeichnet,
daß die geraden Flächen (6) und die gekrümmten Flächen (7) eine Preßpassungsfläche (8) im oberen Bereich des Unterteils (2) bilden, wobei die Preßpassung nach dem Zusammenfügen nur zwischen den gekrümmten Flächen (7) des Unterteils (2) und dem Oberteil (3) ausgebildet ist, während im Bereich der geraden Flächen (6) ein Freiraum (9) zwischen dem Oberteil (3) und dem Unterteil (2) besteht.

Description

Die Erfindung betrifft ein zwei- oder mehrteiliges Gehäuse für Sensoren, gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
Derartige Gehäuse sind beispielsweise aus der US 5,406,857 bekannt.

Sensoren, die zur Überwachung eines Mediums bzw. der Eigenschaft eines Mediums, wie z. B. des Druckes einer Flüssigkeit oder eines Gases, dienen, bestehen meist aus mindestens zwei Teilen, wobei das Unterteil mit einem das Medium führenden Behälter oder Rohr verbunden ist und deshalb häufig auch als Prozeßanschluß bezeichnet wird. Solche Sensoren sind in erster Linie Druck- oder Strömungssensoren, können jedoch auch beispielsweise als kapazitive Füllstandssensoren ausgebildet sein. Bei solchen Sensoren dient das Gehäuse zum einen, wie bei allen Sensoren, zum Schutz des Sensors und der dazu gehörenden Elektronik, zum anderen aber auch zur sicheren und dauerhaften Anschluß an das das Medium führende Rohr bzw. den Behälter.

Vorteil eines Sensors mit einem zwei- oder mehrteiligen Gehäuse ist es, daß bei einem Defekt des Sensors bzw. der Elektronik lediglich das Oberteil des Gehäuses ausgewechselt werden muß, ohne daß durch Auswechseln des Prozeßanschlusses in den laufenden Prozeß eingegriffen werden muß. Problematisch ist bei solchen Gehäusen jedoch die Verbindung zwischen dem als Prozeßanschluß dienenden Unterteil und dem Oberteil, welches den größten Teil der Elektronik enthält und häufig dazu noch einen Stecker oder Kabelanschluß aufweist.

Bei einem bekannten Gehäuse der eingangs genannten Art besteht der Prozeßanschluß aus vernickeltem Messing. Er wird durch Drehen aus genormtem Sechskant-Vollmaterial hergestellt wobei ein Teil der ursprünglichen Sechskantfläche als Schlüsselfläche erhalten bleibt. Zur Verbindung mit dem Meßmedium weist er ein Außen- oder Innengewinde auf. Das Unterteil des Gehäuses wird durch Preßpassung mit dem Oberteil verbunden, wobei am oberen Ende des Unterteils eine Rändelung ausgebildet ist. Die Wandstärke des Oberteils, welches als Rohrstück ausgebildet ist, und zwar aus Kostengründen meist als geschweißtes Rohrstück, nimmt in Richtung auf die Rändelung stufenweise ab.

Nachteilig ist bei einem solch bekannten Gehäuse nun, daß durch das Aufpressen des Oberteils auf das Unterteil die Nickelschutzschicht im Bereich der Rändelung teilweise verletzt wird und das darunter liegende Messing chemisch nicht sehr beständig ist. Dies ist dann besonders nachteilig, wenn das Meßmedium chemisch aggressiv ist. Ein weiterer großer Nachteil besteht darin, daß bezüglich des Innendurchmessers des Oberteils und des Außendurchmessers des Unterteils im Bereich der Preßpassung nur sehr geringe Toleranzen zulässig sind. Die für die Preßpassung aufzuwendenden Kräfte und die Belastbarkeit der Verbindung hängt sehr stark von diesen Toleranzen ab. Da die Wandstärke des Oberteils im Bereich der Preßpassung sehr gering ist, kann es auch zu Rissen oder Verformungen des Oberteils kommen.

Auch sind Gehäuse der eingangs beschriebenen Art bekannt, bei denen das Oberteil und das Unterteil des Gehäuses miteinander verschweißt oder verschraubt werden. Werden Oberteil und Unterteil miteinander verschweißt, so ist selbstverständlich ein Austauschen der Elektronik ohne Eingriff in den Prozeßablauf nicht mehr möglich. Da die, häufig als Steckerverbindung bestehende elektrische Verbindung zwischen Oberteil und Unterteil sehr kurz ist, kann durch unsachgemäßes Verschrauben und zu große Toleranzen der Gewinde eine Position des Oberteils gegenüber dem Unterteil auftreten, die eine sichere Funktion des Sensors nicht mehr gewährleisten kann.

Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, ein Gehäuse zur Verfügung zu stellen, bei dem die Verbindung zwischen Oberteil und Unterteil einfach, aber dennoch sicher zu realisieren ist.

Die zuvor aufgezeigte Aufgabe ist erfindungsgemäß durch ein Gehäuse mit den Merkmalen gemäß dem kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1 gelöst.

Durch die elastische Preßpassung und die unterschiedlichen Flächen müssen die Toleranzen des Innendurchmessers bzw. des Außendurchmessers des Ober- bzw. Unterteils des Gehäuses nicht besonders eng ausgelegt werden, was zu einer kostengünstigen Produktion führt. Bei gleichen Toleranzen wie im Stand der Technik ist die Wahrscheinlichkeit für Beschädigungen des Ober- oder Unterteils deutlich verringert.

Das Oberteil kann sich dadurch in Richtung der geraden Flächen verformen, ohne daß es zu Rissen kommt.

Nach einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist am Unterteil unterhalb der Preßpassungsfläche eine Nut zur Aufnahme eines O-Rings vorhanden. Ein solcher O-Ring dient zur zusätzlichen Abdichtung des Gehäuses, so daß an der Verbindungsstelle zwischen Unterteil und Oberteil weder Flüssigkeiten noch Schmutz in das Ge- häuse eintreten können.

Um das Zusammenfügen von Ober- und Unterteil des Gehäuses weiter zu erleichtern, kann bei dem erfindungsgemäßen Gehäuse der obere Rand des Unterteils oberhalb der Preßpassungsfläche als Einführungskonus ausgebildet werden. Das Zusammenfügen des Ober- und Unterteils kann dadurch weiter erleichtert werden, daß die Wandstärke des Oberteils im Preßpassungsbereich abnimmt. Dabei kann die Abnahme der Wandstärke in Richtung auf das Unterteil hin sowohl stufenförmig als auch kontinuierlich erfolgen.

Um die Befestigung des Unterteils an einer Prozeßleitung oder einem Behälter zu erleichtern, ist ein Teil des Unterteils als beispielsweise sechseckige Schlüsselfläche ausgebildet. Diese Schlüsselfläche kann vorteilhafterweise eine Abstufung enthalten, die als Auflagefläche für den unteren Rand des Oberteils dient.

Wird das Unterteil durch Drehen aus einem genormten Sechskant-Vollmaterial hergestellt, so kann vorteilhafterweise ein Teil der ursprünglichen Sechskantfläche als Schlüsselfläche verwendet werden. Auch kann ein Teil der ursprünglichen Sechskantfläche als gerade Flächen der Preßpassungsfläche übernommen werden. Selbstverständlich kann jedoch die Schlüsselweite der geraden Fläche auch von der Schlüsselweite der Schlüsselfläche abweichen. Ebenso kann anstelle des Sechskant- Vollmaterials auch ein Vierkant-Stangenmaterial mit quadratischem Querschnitt oder ein anderes Stangenmaterial mit regelmäßigen Vieleck-Querschnitt verwendet werden.

Das Oberteil, welches vorteilhafterweise aus einer geschweißten Hülse hergestellt wird, kann sowohl einen konstanten Außendurchmesser aufweisen als auch einen sich nach oben hin erweiternden Außendurchmesser. Vorteilhafterweise weist das Oberteil auch eine Bohrung für einen Steckeranschluß auf.

Bei sehr kleinen Wandstärken des Oberteils kann zur zusätzlichen Fixierung neben der elastischen Preßpassung noch eine Rastverbindung zwischen Unterteil und Oberteil vorgesehen sein.

Sowohl das Oberteil als auch das Unterteil des Gehäuses bestehen vorteilhafterweise aus beschichtetem Messing, beispielsweise aus vernickeltem Messing, oder aus unbeschichtetem Edelstahl, beispielsweise aus V4A.

Im einzelnen gibt es nun eine Vielzahl von Möglichkeiten, das erfindungsgemäße Gehäuse weiterzubilden. Dazu wird verwiesen einerseits auf die dem Patentanspruch 1 nachgeordneten Patentansprüche, andererseits auf die Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels in Verbindung mit der Zeichnung. In der Zeichnung zeigen
1 ein Gehäuse eines Sensors mit einem zusätzlichen Gehäusekopf,
2 eine Ausführung eines Unterteils eines erfindungsgemäßen Gehäuses in Seitenansicht,
3 das Unterteil nach 2 als Querschnitt entlang der Linie A–A in 2,
4 das Unterteil gemäß den 2 und 3 als Längsschnitt entlang der Linie B–B in 3,
5 ein Ausführungsbeispiel eines Oberteils eines erfindungsgemäßen Gehäuses im Längsschnitt und
6 das Unterteil gemäß den 2, 3 und 4 und das Oberteil gemäß 5 zusammengefügt als eine bevorzugte Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Gehäuses mit einem zusätzlichen Steckeranschluß.
In 1 ist dargestellt ein mehrteiliges Gehäuse 1, bestehend aus einem Unterteil 2 und einem Oberteil 3. Das Gehäuse 1 wird abgeschlossen durch einen Gehäusekopf 4, der unter anderem eine Meßwertanzeige 5 aufweist.
Das zu dem erfindungsgemäßen Gehäuse 1 gehörende Unterteil 2 weist, wie die 3 und 6 zeigen, gerade Flächen 6 und gekrümmte Flächen 7 auf, die zusammen eine Preßpassungsfläche 8 bilden (vgl. die 2 und 4). Nach dem Zusammenfügen von Unterteil 2 und Oberteil 3 liegt das Oberteil 3 im Bereich der gekrümmten Flächen 7 am Unterteil 2, während im Bereich der geraden Flächen 6 ein Freiraum 9 zwischen dem Oberteil 3 und dem Unterteil 2 verbleibt. Unterhalb der Preßpassungfläche 8 befindet sich im Unterteil 2 eine Nut 10, in die ein O-Ring 11 zur Abdichtung des Unterteils 2 gegenüber dem Oberteil 3 eingelegt ist. Oberhalb der Preßpassungsfläche 8 befindet sich ein Einführungskonus 12, dessen Durchmesser sich in Richtung der Oberkante des Unterteils 2 hin verringert. Durch diesen Einführungskonus 12 wird das Aufpressen des Oberteils 3 über die Preßpassungsfläche 8 hinweg erleichtert. Unterhalb der Nut 10 befindet sich eine sechskantige Schlüsselfläche 13, deren sechs Ecken im oberen Bereich jeweils eine Abstufung 14 aufweisen. Die Abstufungen 14 dienen als Auflagefläche für den unteren Rand des Oberteils 3, welches über den Einführungskonus 12, die Preßpassungsfläche 8 und die Nut 10, mit dem darin eingelegten O-Ring 11, gepreßt wird. Bei dem in 1 dargestellten Gehäuse 1 sind das Unterteil 2 und das Oberteil 3 zusammengefügt, so daß sich an den unteren Rand des Oberteils 3 unmittelbar die Schlüsselfläche 13 des Unterteils 2 anschießt.
3 zeigt das Unterteil 2 nach 2, hier jedoch im Querschnitt entlang der Linie A–A, so daß die oben bereits erwähnten geraden Flächen 6 und die gekrümmten Flächen 7 der Preßpassungsfläche 8 deutlich werden. 3 zeigt auch, daß die geraden Flächen 6 dieselbe Schlüsselweite wie die Schlüsselfläche 13 haben. Das dargestellte Unterteil 2 ist nämlich durch Drehen aus einem genormten Sechskant-Vollmaterial hergestellt worden. Dabei ist sowohl bei den geraden Flächen 6 als auch bei der Schlüsselfläche 13 die Form des ursprünglichen Sechskant-Vollmaterials unverändert geblieben.
Das es sich bei dem dargestellten Unterteil 2 um einen Prozeßanschluß eines Drucksensors handelt, weist das Unterteil 2 im unteren Bereich ein Innengewinde 15 und ein Außengewinde 16 und im oberen Bereich ein Innengewinde 17 auf. Der untere Bereich des Unterteils 2 ermöglicht also sowohl das Einschrauben des Unterteils 2 in ein Rohr bzw. in einen Behälter, in Verbindung mit einem entsprechenden Innengewinde des Rohres bzw. des Behälters, als auch das Aufschrauben auf ein mit einem entsprechenden Außengewinde versehenes Rohr. Das im oberen Bereich des Unterteils 2 vorgesehene Innengewinde 17 dient zur Aufnahme eines mit einem entsprechenden Außengewinde versehenen Abstützringes, der einer Druckmeßzelle zugeordnet ist.
4 zeigt das Unterteil 2 gemäß den 2 und 3 in einem Längsschnitt entlang der Linie B–B in 3. Sichtbar ist in 4 wie auch in 2 der sich oberhalb der Preßpassungsfläche 8 befindende Einführungskonus 12. Das Innengewinde 17 erstreckt sich über die Höhe des Einführungskonus 12, der Preßpassungsfläche 8 und der Nut 10.
In 5 ist das Oberteil 3 eines erfindungsgemäßen Gehäuses 1 im Längsschnitt dargestellt. Das Oberteil 3 hat die Form einer Hülse mit über der Länge konstanten Außendurchmesser 18. Im unteren Bereich des Oberteils 3 befindet sich ein Preßpassungsbereich 19, der beim Zusammenfügen mit dem Unterteil 2 über die Preßpassungsfläche 8 des Unterteils 2 gedrückt wird und dessen unterer Rand auf den Abstufungen 14 des Unterteils 2 aufsitzt. Die Wandstärke des Preßpassungsbereichs 19 nimmt zum unteren Rand des Oberteils 3 hin stufenförmig ab. Durch die Abnahme der Wandstärke im Preßpassungsbereich 19 wird das Aufpressen des Oberteils 3 auf das Unterteils 2 erleichtert. Diese Abnahme der Wandstärke kann selbstverständlich auch in einer anderen Weise, beispielsweise kontinuierlich erfolgen. Ebenso kann sich bei einer anderen Ausführung des Oberteils 3 dessen Außendurchmesser 18 verändern, beispielsweise nach oben hin erweitern. An einer Seite des Oberteils 3 befindet sich in dessen oberen Bereich eine Bohrung 20, die zur Aufnahme eines in 1 dargestellten Steckeranschlusses 21 dient. Im unteren Teil des Preßpassungsbereichs 19 des Oberteils 3 befindet sich ein O-Ring-Bereich 22, der im zusammengefügten Zustand von Unterteil 2 und Ober-teil 3 die Nut 10 des Unterteils 2 umschließt. Damit ist dann der O-Ring 11 zwischen der Nut 10 des Unterteils 2 und dem O-Ring-Bereich 22 des Oberteils 3 eingepreßt, so daß eine zuverlässige Abdichtung erreicht ist.
Weiter oben ist bereits ausgeführt worden, daß das Unterteil 2 durch Drehen aus einem genormten Sechskant-Vollmaterial hergestellt worden ist. Dabei sind die ursprünglich vorhanden gewesenen, in 6 angedeuteten Ecken 23 abgerundet worden. Der Außendurchmesser 24 der Schlüsselfläche 13 entspricht dem Außendurchmesser 18 des Oberteils 3.
Wie aus der 5 entnommen werden kann, ist der dem Unterteil 2 ferne Teil des Oberteils 3 mit einem Endbereich 25 versehen, dessen Wandstärke sich nach oben hin stufenförmig verringert. Der Endbereich 25 des Oberteil 3 dient zur Aufnahme des in 1 dargestellten Gehäusekopfes 4.
6 zeigt das erfindungsgemäße Gehäuse 1, wobei das Oberteil 3 gemäß 5 auf das Unterteil 2 gemäß den 2 bis 4 aufgepreßt ist. In 6 ist auch der Steckeranschluß 21 dargestellt, der in der Bohrung 20 des Oberteils 3 befestigt ist. 6 zeigt noch einmal die geraden Flächen 6 und die gekrümmten Flächen 7 des Unterteils, wobei das Oberteil 3 im Bereich der gekrümmten Flächen 7 des Unterteils 2 am Unterteil 2 anliegt und im Bereich der geraden Flächen 6 des Unterteils 2 der Freiraum 9 zwischen dem Oberteil 3 und dem Unterteil 2 erkennbar ist. Durch den Freiraum 9 kann sich das Oberteil 3 in Richtung auf die geraden Flächen 6 des Unterteils 2 verformen. In 6 ist auch der O-Ring 11 angedeutet, der zwischen der Nut 10 des Unterteils 2 und dem O-Ring-Bereich 22 des Oberteils 3 eingepreßt ist.
Abschließend sei noch darauf hingewiesen, daß im dargestellten Ausführungsbeispiel sowohl die geraden Flächen 6 des Unterteils 2 als auch dessen gekrümmte Flächen 7 einen Winkelumfang von etwa 30 Grad haben.

Claims

Zwei- oder mehrteiliges Gehäuse für Sensoren, insbesondere Druck- oder Strömungssensoren, mit einem Unterteil (2) als Prozeßanschluß und einem Oberteil (3) als Bauteileaufnahme, das also zumindest den größten Teil der elektrischen und elektronischen Bauteile enthält, wobei das Unterteil (2) und das Oberteil (3) durch eine elastische Preßpassung miteinander verbunden sind und im Bereich der Preßpassung gerade Flächen (6) und gekrümmte Flächen (7) vorhanden sind, dadurch gekennzeichnet, daß die geraden Flächen (6) und die gekrümmten Flächen (7) eine Preßpassungsfläche (8) im oberen Bereich des Unterteils (2) bilden, wobei die Preßpassung nach dem Zusammenfügen nur zwischen den gekrümmten Flächen (7) des Unterteils (2) und dem Oberteil (3) ausgebildet ist, während im Bereich der geraden Flächen (6) ein Freiraum (9) zwischen dem Oberteil (3) und dem Unterteil (2) besteht.
Gehäuse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß am Unterteil (2) unterhalb der Preßpassungsfläche (8) eine Nut (10) zur Aufnahme eines O-Ringes (11) vorhanden ist.
Gehäuse nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der obere Rand des Unterteils (2) oberhalb der Preßpassungsfläche (8) als Einführungskonus (12) ausgebildet ist.
Gehäuse nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß ein Teil des Unterteils (2) als Schlüsselfläche (13) ausgebildet ist und die Schlüsselfläche (13) eine als Auflagefläche für das Oberteil (3) dienende Abstufung (14) enthält.
Gehäuse nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Unterteil (2) im unteren Bereich ein Innengewinde (15) und/oder ein Außengewinde (16) und im oberen Bereich ein Innengewinde (17) aufweist.
Gehäuse nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Unterteil (2) aus einem genormten Sechskant-Vollmaterial gedreht ist und ein Teil des ursprünglichen Sechskant-Vollmaterials die Schlüsselfläche (13) bildet.
Gehäuse nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die geraden Flächen (6) ein Teil der ursprünglichen Sechskantflächen sind.
Gehäuse nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die gekrümmten Flächen (7) einen größeren Winkelumfang als die geraden Flächen (6) haben.
Gehäuse nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß die geraden Flächen (6) einen Winkelumfang von etwa 30 Grad haben.
Gehäuse nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß das Oberteil (3) die Form einer Hülse mit konstanten Außendurchmesser (18) hat und die Wandstärke des Oberteils (3) im unteren Bereich, der als Preßpassungsbereich (19) dient, abnimmt.
Gehäuse nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß das Überpressungsmaß zwischen dem Außendurchmesser der Preßpassungsfläche (8) und dem korrespondierenden Innendurchmesser des Oberteils (3) im Preßpassungsbereich (19) etwa 0.1–0.3 mm, vorzugsweise 0,15–0,2 mm beträgt.
Gehäuse nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß zusätzlich zur elastischen Preßpassung eine Rastverbindung zwischen dem Unterteil (2) und dem Oberteil (3) vorgesehen ist.
Gehäuse nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß das Oberteils (3) eine Bohrung (20) für einen Steckeranschluß (21) aufweist.
Gehäuse nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß das Unterteil (2) und das Oberteil (3) aus beschichtetem Messing oder unbeschichtetem V4A bestehen.
Gehäuse nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Ecken (23) der Schlüsselfläche (13) abgerundet sind und der Außendurchmesser (24) der Schlüsselfläche (13) im Bereich der abgerundeten Ecken (23) gleich dem Außendurchmesser (18) des Oberteils (3) ist.