EP1463922A1 - Magnetostriktives sensor-element - Google Patents
Magnetostriktives sensor-elementInfo
- Publication number
- EP1463922A1 EP1463922A1 EP02793124A EP02793124A EP1463922A1 EP 1463922 A1 EP1463922 A1 EP 1463922A1 EP 02793124 A EP02793124 A EP 02793124A EP 02793124 A EP02793124 A EP 02793124A EP 1463922 A1 EP1463922 A1 EP 1463922A1
- Authority
- EP
- European Patent Office
- Prior art keywords
- support body
- head plate
- protective profile
- waveguide
- extension
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Withdrawn
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Classifications
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- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01D—MEASURING NOT SPECIALLY ADAPTED FOR A SPECIFIC VARIABLE; ARRANGEMENTS FOR MEASURING TWO OR MORE VARIABLES NOT COVERED IN A SINGLE OTHER SUBCLASS; TARIFF METERING APPARATUS; MEASURING OR TESTING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- G01D5/00—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable
- G01D5/48—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable using wave or particle radiation means
- G01D5/485—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable using wave or particle radiation means using magnetostrictive devices
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01D—MEASURING NOT SPECIALLY ADAPTED FOR A SPECIFIC VARIABLE; ARRANGEMENTS FOR MEASURING TWO OR MORE VARIABLES NOT COVERED IN A SINGLE OTHER SUBCLASS; TARIFF METERING APPARATUS; MEASURING OR TESTING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- G01D11/00—Component parts of measuring arrangements not specially adapted for a specific variable
- G01D11/24—Housings ; Casings for instruments
- G01D11/245—Housings for sensors
Definitions
- the invention relates to a magnetostrictive displacement sensor.
- a magnetostrictive displacement sensor generally comprises a wire or tube-shaped waveguide made of magnetostrictive material and extending in the measuring direction, in particular straight.
- a position magnet which is brought close to the waveguide in a contactless manner, a superimposed magnetic field triggers a mechanical-elastic wave which propagates in both directions along the waveguide and can be detected at its end. Based on the defined transit time, the exact distance of the position magnet from the end of the waveguide can be determined and thus the position of a movable assembly to which the position magnet is attached.
- a separate covering of the head plate in the form of a completely enclosing, in particular inherently stable, housing can also be dispensed with because this sensor element - due to only limited stability of the support body - always in a substantially more stable housing anyway, for example one stable protection profile, is recorded by inserting the support body of the sensor element, this protection profile having a different design depending on the application, and can also consist directly of parts of the component on which the position is to be determined.
- an ideal form of such a stable protective profile surrounding it is a protective profile which is as flat as possible, in order to be able to arrange it on the surfaces of another component without requiring a large additional volume.
- the arrangement between the Villary ribbon, waveguide and detector coil, as well as their arrangement on or in the head board, plays an important role in the assembly effort, since the Villary ribbon should be positioned freely cantilevered from the waveguide in the center of the opening of the detector coil and by touching it Effect can be influenced.
- the head board can, preferably after attachment to the support body, for. B. with a "conformal coating", that is, a plastic coating with a substantially constant coating thickness, which is usually done by spraying or immersion in liquid plastic.
- a "conformal coating” that is, a plastic coating with a substantially constant coating thickness, which is usually done by spraying or immersion in liquid plastic.
- the recess for the head plate is made in the cross section of the support body so that the remaining Extension can take the head board well and a high inherent rigidity of the extension is maintained.
- the cutout can either be more than half of the Extend cross-section, so that the remaining extension is an almost plate-shaped segment of significantly less than 180 ° of the round tube circumference, and the head plate is placed only with its underside on this almost plate-shaped extension.
- Another possibility is to make the recess smaller in cross-section with regard to the angular segment and to insert the head plate in the then more arc-shaped, C-shaped extension in such a way that not only the edge area of the underside but also the adjacent narrow side of the plate in the inner circumference of the remaining extension and can be attached with this.
- This has the advantage that the stability of the extension, especially against vibrations, increases disproportionately with the size of its segment angle.
- the cut surfaces of the cutout preferably run parallel to the longitudinal direction of the support body or tube, which can be straight or curved, so that the head plate fastened thereon is parallel to this longitudinal direction, the measuring direction of the sensor.
- the top plate is connected to the extension as rigidly as possible, that is to say in a positive or non-positive manner, in particular by gluing, both to the cut surface of the extension and to the inner circumference of the extension in between and the outer edges of the extension.
- the cross-sectional shape of the extension not only encloses the underside but also the narrow side of the head plate in a C-shape, this results in a particularly stable connection.
- the head board will have to be larger than when only the components for the electrical signal generation are accommodated.
- the head plate is enlarged by extension along the measuring direction, that is, along the support body, the head plate then extending alongside the support body in the measurement direction, but is preferably not connected to the outer edge of the support body with the longitudinal edge facing the support body. but protrudes into a slot of the support body arranged in the measuring direction and is fixed, in particular glued, in the latter.
- the slot on one side will either completely penetrate the wall of the tube or only represent a groove in the outer surface of the tube or be directly butt-glued to the support body of the waveguide.
- the head board is fitted with the mostly electrical and electronic components, if possible, only on one side, namely the side facing away from the extension, in order to achieve the goal that the entire sensor element does not move sideways or as little as possible across the width of the support body protrudes. Due to the recess extending over more than half of the cross section, this is ensured when the circuit board is facing away from one side.
- the detector coil which is not applied on one side to the head board, but is located in a recess or an opening in the head board to achieve the same goal and extends on both sides of its main plane.
- the circumferentially closed, tubular support body can be sealed, for example by a cap.
- a tubular support body that is to say closed with respect to the circumference, is also open at least at the rear end opposite the head plate, and the waveguide will run out freely there, in particular without a tensioning spring.
- the waveguide can protrude from the end of the support body or also protrude beyond it.
- the cross section of the support body is generally open at the front end as well. Furthermore, a connector for connecting an electrical or electronic evaluation unit is provided on the head board.
- the sensor element can be inserted with the closed or open front end of the support body first into a corresponding surrounding housing, preferably in a form-fitting manner, and thereby supported, and at the rear end, namely the head plate, an electrical line can be led out of the surrounding housing via the plug are interrupted, for example, by a further plug (or a cable), which is again present in the surrounding housing, for example in the end cap of a corresponding protective profile.
- a corresponding protective profile has an inner circumference, preferably with a closed cross section, in particular formed in one piece, and at least one inner circumference, into which the support body of the element can be inserted and held there in a form-fitting manner in the transverse direction, so that even strong vibrations or shock-like mechanical loads on the sensor is endured without distortion of the measurement signal.
- a damping is provided between the protective profile and the sensor element for this purpose, which can consist of a damping molded body or a damping adhesive between the two components.
- the inner circumference is designed in the form of a circular arc and open on one side to protrude the head plate projecting from the support body on one side into the remaining free space, or else closed in a circle.
- a correspondingly dimensioned opening in the inner circumference must be milled in the end area of the protective profile in order to lead the head board out into the main space of the protective profile.
- the bulkhead running between them can be made so thick that it is possible to accommodate through openings in this bulkhead, preferably evenly spaced apart in the measuring direction, from one outside to the opposite outside of the cross section go through the protective profile and have no connection to the free space or to the inner circumference of the protective profile.
- These through openings allow the protective profile to be screwed to another module in a simple manner, without the outer contour of the protective profile having to have extensions or projections for attaching retaining clips etc., and as a result an overall smoother, smoother, more continuous Outside circumference can be achieved.
- the protective profile as a whole is preferably designed as an extruded profile and cut to the necessary length, and in addition in the end regions the inner circumference is enlarged by milling, in particular on the one hand to create space for the head board, which is to be located entirely inside the protective profile, and on the other hand also Inclusion of end caps to be inserted into the front ends of the protective profile, which - and thus also the inner circumference of the protective profile in its end region - should have a contour that runs all the way around without a sharp-edged transition, in order to be able to use an O-ring inserted in a groove as a seal Installation effort considerably reduced by avoiding pre-fabricated, specially shaped, flat seals.
- the protective profile can be provided with two symmetrical inner circumferences opposite one another, so that two different sensor elements can be inserted into the same protective profile, for example from opposite end faces, and the sensor thus obtained can thus be designed redundantly.
- the protective profile can also be designed asymmetrically, in particular only have an inner circumference and an adjacent space.
- at least one groove can be arranged in the narrow side of the free space in the measuring direction, on the narrow side of the free space facing away from the inner circumference.
- the groove is preferably dimensioned and arranged, in particular arranged off-center, that a head plate of a sensor element inserted into the inner circumference with its freely projecting longitudinal edge is guided and held in this groove, in particular also fixed, for. B. glued, can be.
- the flat protective profile has an all-round smooth outer circumference on at least one of its narrow sides
- the advantage is achieved that a position magnet on the outside of the narrow side of the protective profile, which contains the sensor element, is very close and of all three Sides, i.e. over a circumferential angle of more than 270 degrees, can be brought up, which greatly facilitates the application of such a sensor on a machine and can be moved in the measuring direction over the entire length of the waveguide, also over the length of the head plate.
- Figures 1 and 2a show a sensor element in which the support body 1 is a tube with a circular cross section and, like the waveguide 3 running centrally therein, is shown in a greatly shortened form. In practice, these two components are made very long compared to the diameter, since they have to extend over the entire measuring range in measuring direction 10.
- a rectilinear waveguide in the support body can also be a curved, in particular ring-shaped and circularly curved, support body with a waveguide 3 located therein, whereby the measuring direction 10 is no longer a straight but a curved line, for example a circle or almost complete circle, could be.
- the waveguide 3 is held centrally in the substantially larger inner cavity of the support body 1 by means of webs which are spaced in the longitudinal direction or by a support which is present throughout, for example by means of one or more tubular pieces having a homogeneous or cellular structure, for.
- B. a foam hose 26 with respect to the inner diameter of the support body 1.
- An insulated return conductor 27 is arranged between the outer circumference of this hose 26 and the inner circumference of the tube.
- the support body 1 can be tightly closed by a front cap 7, and the waveguide 3 can have a damper 13 at its free front end in order not to reflect mechanical vibrations arriving in the waveguide 3 , but to dampen as completely as possible.
- Essential to the invention is the rear end of the tubular support body 1 and waveguide 3 and their connection to the head board 2 arranged there, without there being in particular the need to accommodate this head board in any form of holder or housing by first this housing or the Bracket is stably connectable to the support body 1.
- the head board is connected directly and without an intermediate housing to the protective profile 20 in a stable manner by means of a force fit or form fit.
- a recess 11 is made at the rear end of the support body 1 over a length that corresponds at most to the length of the head plate 2.
- a parallel to a tangent is placed offset inwards with respect to the cross section of the support body 1 and the larger part of the cross section separated thereby is removed.
- the head plate 2 is glued onto the remaining smaller part of the cross section, which then remains in the form of an extension 9.
- the adhesive 14 is preferably not only arranged between the contact surfaces of the head plate 2 with the extension 9, but also between the head plate 2 and the inner circumferential segment of this extension 9, in order to ensure secure bonding, and preferably also extends around the edges of the extension 9 something around on the outer surface of the extension.
- FIG. 2b Another form of the recess is shown in the top view in FIG. 2b, and also looks in the measuring direction in FIG. 5b:
- the cutout 11 extends only over approximately 90 ° to 160 ° in cross section, so that the extension 9 has an approximately C-shaped cross section into which the head plate 2 projects with its edge ,
- the extension 9 encompasses one of the main sides of the head plate 2 and the narrow side 2b which plunges into the inner circumference of the extension 9.
- the extension 9 extends only as far around on the main side of the head board 2 that the waveguide 3 connected there to the head board 2 still remains accessible for attachment to the head board 2, and also the Villary ribbon 4 which may be present.
- the head board 2 is also formed longer in the measuring direction 10 than in the other solutions shown.
- the enlarged area of the head board 2 serves to accommodate the entire evaluation electronics there, so that an industrial-grade output signal can be emitted by this sensor element.
- the recess 11 and thus the extension 9 of the tubular support body 1 are not enlarged, but are generally only a fraction of the length of the head plate 2.
- the wall of the tubular support body 1 is preferably slotted according to the thickness of the head plate 2, and this extends into the slot and preferably through the slot into the interior of the tubular support body 1, with which thus preferably an adhesive over the entire Length of the slot 34 is possible.
- the head board 2 is equipped with various components, the assembly preferably taking place on only one outer surface, namely the outer surface facing away from the extension 9.
- One component, the detector coil 5, is seated in an opening in the head board 2 and thus extends to both sides of the board, the major part of the cross section protruding on the component side of the board 2.
- the board 2 including its assembly - viewed in the side view, ie viewed in the direction of view in the plane of the head board 2 - protrudes as little as possible beyond the width of the support body 1.
- the element with the greatest width is the detector coil 5, which is thicker than the support body 1.
- the thickness of the extension 9 considered in this view taking into account the thickness of the head plate 2 and the insertion depth of the detector coil 5, is shown in FIG Head board 2 selected so that the detector coil 5 either protrudes only on one side - upwards in FIG. 1 - over the width of the support body and ends in the other direction with the outer edge of the support body 1, or approximately the same in both directions protrudes far beyond the width of the support body 1.
- the detector coil 5 has an approximately cylindrical shape with a central cylindrical opening which is open at least on one side, preferably on both sides.
- the positioning of the detector coil 5 must also be selected such that a so-called Villary ribbon 4 extends approximately centrally along this opening 5a of the detector coil 5 and projects in the direction of the waveguide 3 and on it, specifically is attached, in particular glued or welded, on the side of the waveguide 3 opposite the head plate 2. It is clear from this that the detector coil 5 with its longitudinal central axis transverse to Direction of the waveguide 3, but parallel to the plane of the board 2, is arranged.
- an end pole 6 is arranged on the head board 2, that is to say a connection between the rear end of the waveguide 3 and the electrical conductor tracks of the head board 2.
- the head board 2 has an opening 12 for fixing the detector coil 5, the opening of which is dimensioned such that the detector coil 5 to be inserted therein cannot fall through, but rather dips into the head board at the desired target depth.
- the opening 12 is preferably not rectangular like the corresponding longitudinal section of the detector coil 5, but instead has bay-like extensions at the corner regions, so that crack formation in the circuit board is avoided from the sharp-edged corners and on the flanks between the bulges so that the detector coil 5 can be pressed in with a relatively high force, since these regions serve as elastic holding tongues.
- the detector coil 5 can only be fastened between them by clamping.
- FIG. 3 shows in an enlarged longitudinal section through the axis of symmetry of the detector coil 5 in detail how on the one hand this coil extends on both sides of the head plate 2 and the Villary ribbon 2 projects freely from the fixation on the waveguide 3 without touching the detector Coil 5 extends through its opening 5a and protrudes on the opposite side.
- Figure 3 also shows the fixation of the waveguide 3 by means of the end pole 6, which is part of the head board 2, on this head board and thus the connection of the waveguide 3 with the other components on the board 2 and between the extension 9 and the non-equipped rear side of the circuit board 2 lying return conductor 27.
- FIG. 3 also shows that on the one side, in FIG. 3 on the left, the detector coil 5 does not protrude beyond the width of the support body 1, on the other hand on the right side, the component side of the head board 2, due to the larger diameter of this detector coil 5 relative to the support body 1.
- Figure 4a also shows a protective profile 20 in two variants, usually as an extruded profile made of z. B. aluminum or as an extruded profile made of suitable plastic.
- the sensor element can be introduced into such a protective profile, as shown in FIG. 5a.
- the protective profile 20 is formed symmetrically to its longitudinal center plane 23, which extends in the direction of the profile and is perpendicular to the larger extent of the cross section.
- the protective profile 20 has a very flat cross section in the form of an elongated rectangle with rounded narrow sides.
- One of the two parallel long longitudinal walls can be extended on both sides beyond the narrow ends and thereby form extensions 15, which are used for screwing, jamming or other fastening to another component, for example also insertion into an undercut.
- the outer surfaces 18a, b are smooth in order to prevent other objects from getting caught.
- the inner free space 19 can either be a single continuous free space, as shown in the right half of the figure, with an inner circumference 21 in the form of a not completely closed circle at the narrow end of this free space.
- This inner circumference 21 is dimensioned such that the support body 1 of a sensor element 22 can be inserted into it, as shown in FIG. 5.
- the gap which represents the connection of the inner circumference 21 to the rest of the free space 19 is sufficiently wide and arranged so that the head plate 2 projecting from the cross section of the support body 1 on one side fits together with the equipment and can thus protrude into the central free space 19, and is held with its free end in a form-fitting manner in the corresponding, in particular eccentric, groove 25 of the opposite end of the free space 19, as can best be seen in the left half of FIG. 5b.
- the head board 2 not only protrudes into this groove 25 in a form-fitting manner, but is also fastened in a damping manner relative to it, for example by gluing by means of an adhesive 35 which dampens mechanical vibrations.
- the analog inner circumference 21 ' is a self-contained inner circumference, that is to say this cavity is separated from the free space 19 by a web.
- a groove 25 can be incorporated in the web 24 on the outside, ie towards the free space 19, for receiving the free end of a head plate 2 of a sensor element 22, the support body 1 of which is located in the opposite inner circumference 21. Since the head plate 2 is not centered on the receiving support body, but is offset, fastened and strived towards the center, the groove 25 can also be machined off-center in the web 24.
- FIGS. 4b and 4c Common to the two solutions of FIGS. 4b and 4c is that they have a smooth, edge-free outer contour in cross section, without the extensions 15 according to FIG. 4a.
- this protective profile 20 'to adjacent components inside the inner circumference 21' is separated from the free space 19 by a web widened to form a partition wall 31, the thickness of which is sufficient to pass through openings 32 from one outer surface to the other the opposite outer surface of the protective profile 20 'at intervals, as shown in FIG. 4b, without these through openings 32 having an inner connection to the inner circumference 21' or the free space 19.
- FIG. 4b While in FIG. 4b an inner circumference 21 'is formed in each of the two end regions of the protective profile 20', the construction according to FIG. 4c only has an inner circumference 21 'and next to it a free space 19. In both cases, one of the webs 24 between the free space 19 and the inner circumference 21 'is equipped as a widened partition wall 31 equipped with through openings, as a result of which the protective profile 20' according to FIG. 4b is also asymmetrical.
- the grooves 25 in the free space 19 are also arranged eccentrically to the transverse center of the free space 19.
- the protective profile 20 is symmetrically equipped with a closed inner circumference 21 ', as shown in the left half of the figure, such a push-in can of course only take place if the web 24 is removed over the length in the front end region of the protective profile 20 over the length required for housing the head board 2 is required.
- This removal usually takes place mechanically, for example by means of milling, and must be of such an axial length that, in addition to accommodating the circuit board, an end cap 16 can also be introduced into the front end of the protective profile 20, which with its end plate 16a on the outside the end face of the protective profile 20, but with its plug part 16b protrudes into the free space of the protective profile 20 and is sealed off from the inner circumference of the protective profile 20, preferably by means of a conventional O-ring seal.
- the plug part 16b must have a smooth outer circumference and the protective profile 20 must have a correspondingly smooth inner circumference in this length range.
- the inner contour of the protective profile 20 is milled out at least over the length of the plug part 16b to form such a smooth contour 29 in the form of a rectangle with semicircular rounded narrow sides and without shoulders, in which the web 24 or the protruding corners between the free space 19 and the inner circumference 21 are also milled off, as are the webs 17 projecting inwards from the longitudinal sides, which serve to stiffen the profile and to abut the top plate 2.
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Abstract
Die Erfindung betrifft ein Sensor-Element und einen daraus aufgebauten Wegsensor. Der in einem Stützkörper, beispielsweise einen Rohr, untergebrachte Wellenleiter muss eine definierte Lage zu den Elementen einer Platine gebrachte werden. Zur Erreichung eines einfachen und montagefreundlichen Aufbaus wird erfindungsgemäss vorgeschlagen, die Kopfplatine ohne umgebendes eigenes Gehäuse direkt in einer Aussparung des meist rohrförmigen Stützkörpers zu befestigen, beispielsweise zu verkleben.
Description
Magnetostriktives Sensor-Element
I. Anwendungsgebiet
Die Erfindung betrifft einen magnetostriktiven Wegsensor.
II. Technischer Hintergrund
Ein magnetostriktiver Wegsensor umfasst einen in der Regel draht- oder rohrför- migen, in Messrichtung, insbesondere gerade, verlaufenden Wellenleiter aus magnetostriktiven Material. Durch einen, insbesondere, kontaktlos nahe an den Wellenleiter herangebrachten Positionsmagneten wird mittels Überlagerung von Magnetfeldern eine mechanisch-elastische Welle ausgelöst die sich in beiden Rich- tungen entlang des Wellenleiters ausbreitet und an dessen Ende detektiert werden kann. Aufgrund der definierten Laufzeit kann die exakte Entfernung des Positionsmagneten von dem Ende des Wellenleiters bestimmt werden und damit die Position einer beweglichen Baugruppe, an welcher der Positionsmagnet befestigt ist.
Hinsichtlich der Montage ist es z.B. aus der EP 0 882 212 bekannt, den Wellenleiter in einem Stützkörper, zum Beispiel einem Rohr, aufzunehmen, und die Kopfplatine in einer Art Gehäuse, die an einem Ende des Stützkörpers mit diesem verbunden ist. Da vor allem der Übergang zwischen Stützkörper und dieser Kopf- platine auch mechanisch sehr stabil ausgebildet sein muss, war dies bei den bisherigen Konstruktionen dadurch gewährleistet, dass das Gehäuse der Kopfplatine den Stützkörper in seinem Endbereich außen umschließt.
Dies erhöht jedoch den Aufwand und damit Preis für die Herstellung des Sensor- Elementes.
Zusätzlich kann auf eine separate Umhüllung der Kopfplatine in Form eines ganz umschließenden, insbesondere eigenstabilen, Gehäuses auch deshalb verzichtet werden, weil dieses Sensor-Element - aufgrund einer nur begrenzten Stabilität auch des Stützkörpers - ohnehin immer in einem wesentlich stabileren Umgehäu- se, beispielsweise einem stabilen Schutzprofil, aufgenommen wird durch Einschieben des Stützkörpers des Sensor-Elementes, wobei dieses Schutzprofil je nach Anwendungsfall eine jeweils andere Gestaltung besitzt, und auch direkt aus Teilen des Bauteiles, an dem die Positionsbestimmung erfolgen soll, bestehen kann.
Eine ideale Form eines solchen umgebenden stabilen Schutzprofiles ist jedoch ein möglichst flaches Schutzprofil, um es an Flächen eines anderen Bauteiles anordnen zu können, ohne ein großes zusätzliches Volumen zu beanspruchen.
Beim Montageaufwand spielt die Anordnung zwischen Villary-Bändchen, Wellenleiter und Detektorspule, sowie deren Anordnung auf bzw. in der Kopfplatine eine wesentliche Rolle, da das Villary-Bändchen frei auskragend vom Wellenleiter im Zentrum der Öffnung der Detektorspule positioniert werden sollte und durch Berührung bereits die Wirkung beeinflußt werden kann.
III. Darstellung der Erfindung
a) Technische Aufgabe
Es ist daher die Aufgabe gemäß der vorliegenden Erfindung, ein magnetostriktives Sensor-Element bzw. einen dieses Element umfassenden komplettierten Wegsensor (ausgenommen des Positionsmagneten) zu schaffen, welcher einfach und kostengünstig herzustellen ist und der noch ausreichend stabil für die unterschiedlichen Anwendungsfälle ist. Darüberhinaus soll eine möglichst einfache Vorge-
hensweise für die Montage eines solchen Sensor-Elementes als auch des fertiggestellten Wegsensors geboten werden, und /oder darüberhinaus das Sensor- Element als modularer und damit separat verwendbarer Bestandteil des Sensors mit einem insbesondere niederohmigen Ausgangssignal ausgebildet werden.
b) Lösung der Aufgabe
Diese Aufgabe wird durch die kennzeichnenden Merkmale der Ansprüche 1 , 14 und 32 gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen ergeben sich aus den Unteransprüchen.
Durch die Befestigung der Kopfplatine direkt an einem geeigneten, insbesondere ausgesparten Teil des Stützkörpers, z. B. eines U-Profiles oder Rohres, wird kein stabilisierendes separates Gehäuse oder Verbindungsteil für die Kopfplatine benötigt. Dies erleichtert auch die Montage erheblich.
Es liegen dann zwar die auf der Kopfplatine angeordneten Bauteile frei zugänglich vor, da jedoch das gesamte Sensor-Element niemals offen, sondern immer einge- baut in ein weiteres, stabiles Umgehäuse, insbesondere ein Schutzprofil, erfolgt, ist dies in der Praxis kein Nachteil.
Falls die Kopfplatine gegen Umwelteinflüsse geschützt werden soll, kann die Kopfplatine, vorzugsweise nach Befestigung an dem Stützkörper, z. B. mit einem „Conformal Coating", also einem Kunststoffüberzug mit im Wesentlichen gleichbleibender Beschichtungsdicke, überzogen werden, was in der Regel durch Aufsprühen oder Eintauchen in flüssigen Kunststoff geschieht. Die Aussparung für die Kopfplatine erfolgt dabei im Querschnitt des Stützkörpers so, dass der verbleibende Fortsatz die Kopfplatine gut aufnehmen kann und eine hohe Eigensteifigkeit des Fortsatzes erhalten bleibt.
Bei einem rohrförmigen Stützkörper kann die Aussparung je nach Dimension, Wandstärke und Material des Rohres sich entweder über mehr als die Hälfte des
Querschnittes erstrecken, so dass der verbleibende Fortsatz ein fast platten- förmiges Segment von deutlich weniger als 180° des runden Rohrumfanges darstellt, und die Kopfplatine nur mit ihrer Unterseite auf diesem fast plattenförmigen Fortsatz aufzulegen.
Eine andere Möglichkeit besteht darin, die Aussparung hinsichtlich des Winkelsegments im Querschnitt kleiner zu gestalten und die Kopfplatine in den dann mehr bogenförmigen, C-förmigen Fortsatz so einzulegen, dass nicht nur der Randbereich der Unterseite sondern auch die angrenzende Schmalseite der Plati- ne im Innenumfang des verbleibenden Fortsatzes aufgenommen und mit diesem befestigt werden kann. Dies hat den Vorteil, dass die Stabilität des Fortsatzes, vor allem gegen Vibrationen, mit der Größe seines Segmentwinkels überproportional zunimmt.
Die Schnittflächen der Aussparung verlaufen dabei vorzugsweise parallel zur Längsrichtung des Stützkörpers bzw. Rohres, welches gerade oder gebogen sein kann, so dass auch die darauf befestigte Kopfplatine parallel zu dieser Längsrichtung, der Messrichtung des Sensors, ist.
Die Kopfplatine wird möglichst starr, also formschlüssig oder kraftschlüssig, mit dem Fortsatz verbunden, insbesondere durch Verklebung, und zwar sowohl gegenüber der Schnittfläche des Fortsatzes, als auch gegenüber dem dazwischen befindlichen Innenumfang des Fortsatzes als auch den Außenkanten des Fortsatzes.
Sofern dabei die Querschnittsform des Fortsatzes nicht nur die Unterseite, sondern auch die Schmalseite der Kopfplatine C-förmig umschließt, ergibt dies eine besonders stabile Verbindung.
Wenn auf der Kopfplatine die gesamte Elektronik bis zur Signalausgabe als Industrie- bzw. Automotive-taugliche Schnittstelle (insbesondere Start-Stopp/0 bis 10 Volt/4 bis 20 mA/0 bis 5Volt/0,5 bis 4,5 Volt/CAN-Bus/Profi-Bus/Device-Net- Bus/SSI/Endat) untergebracht werden soll, wird die Kopfplatine größer sein müs-
sen als bei Unterbringung lediglich der Komponenten für die elektrische Signalerzeugung.
In diesem Fall wird die Kopfplatine durch Verlängerung entlang der Meßrichtung, also entlang des Stützkörpers, vergrößert, wobei sich die Kopfplatine dann in Meßrichtung neben dem Stützkörper entlang erstreckt, dabei jedoch mit der dem Stützkörper zugewandten Längskante vorzugsweise nicht mit dem Außenumfang des Stützkörpers verbunden ist, sondern in einen in Meßrichtung angeordneten Schlitz des Stützkörpers hineinragt und in diesem fixiert, insbesondere verklebt, ist. Bei einem rohrförmigen Stützkörper wird der Schlitz auf der einen Seite die Wandung des Rohres entweder vollständig durchdringen oder nur eine Nut in der Außenfläche des Rohres darstellen oder direkt stumpf mit dem Stützkörper des Wellenleiters verklebt.
Die Kopfplatine ist mit den darauf aufgebrachten, meist elektrischen und elektronischen Komponenten möglichst nur auf einer Seite, nämlich der dem Fortsatz abgewandten Seite, bestückt, um das Ziel zu erreichen, dass das gesamte Sensor- Element nicht oder möglichst wenig über die Breite des Stützkörpers seitlich hinausragt. Durch die über mehr als die Hälfte des Querschnittes sich erstreckende Aussparung ist dies bei einseitiger abgewandter Bestückung der Platine gewährleistet.
Einzige Ausnahme davon bildet unter Umständen die Detektorspule, die nicht einseitig auf der Kopfplatine aufgebracht wird, sondern zur Erreichung des gleichen Zieles in einer Vertiefung oder einem Durchbruch der Kopfplatine sitzt und sich beidseits deren Hauptebene erstreckt.
Je nach Durchmesser der Detektor-Spule ist deren Anordnung zur Hauptplatine sowie die Breite und/oder Dicke des Fortsatzes so gewählt, dass diese Spule ent- weder innerhalb der Breite des Stützkörpers liegt oder insgesamt seitlich nur möglichst wenig darüber hinaus steht, also insbesondere nicht auf der einen Seite gegenüber den Außenabmessungen des im Querschnitt offenen oder geschlossenen Stützkörpers zurücksteht und auf der anderen über diese hinausragt.
An dem von der Kopfplatine gegenüberliegenden vorderen Ende kann vor allem der umfänglich geschlossene, rohrförmige Stützkörper dicht verschlossen sein, etwa durch eine Kappe. Vorzugsweise jedoch ist auch ein rohrförmiger, also hin- sichtlich des Umfanges geschlossener, Stützkörper wenigstens an dem von der Kopfplatine entgegengesetzten, hinteren Ende offen, und der Wellenleiter wird dort frei auslaufen, also insbesondere ohne eine spannende Feder. Dadurch ist eine einfache und kostengünstige Herstellung aus quasi endlosem Profilmaterial durch einfaches Ablängen möglich. Der Wellenleiter kann dabei gegenüber dem Ende des Stützkörpers zurückstehen oder auch über diesen hinausragen. Auch am vorderen Ende ist der Querschnitt des Stützkörpers in aller Regel offen. Ferner ist auf der Kopfplatine ein Stecker zum Anschluss einer elektrischen oder elektronischen Auswerteeinheit vorhanden.
Dadurch kann das Sensor-Element mit dem geschlossenen oder offenen vorderen Ende des Stützkörpers voran in ein entsprechendes Umgehäuse, vorzugsweise formschlüssig, eingeschoben und dadurch abgestützt werden, und am hinteren Ende, nämlich der Kopfplatine, kann über den Stecker eine elektrische Leitung aus dem Umgehäuse herausgeführt werden, beispielsweise unterbrochen durch einen wiederum im Umgehäuse vorhandenen weiteren Stecker (oder ein Kabel), beispielsweise in der Endkappe eines entsprechenden Schutzprofils.
Ein entsprechendes Schutzprofil weist einen Innenumfang mit vorzugsweise einem geschlossenem Querschnitt, insbesondere einstückig ausgebildet, auf und wenigstens einen Innenumfang, in den der Stützkörper des Elementes eingeschoben werden kann und dort in Querrichtung formschlüssig gehalten wird, so dass auch starke Vibrationen oder schockförmige mechanische Belastungen des Sensors ohne Meßsignal-Verfälschung ertragen wird. Insbesondere ist zu diesem Zweck zwischen dem Schutzprofil und dem Sensor-Element eine Dämpfung vor- gesehen, die aus einem dämpfenden Formkörper oder auch einem dämpfenden Kleber zwischen den beiden Bauteilen bestehen kann.
Der Innenumfang ist für ein rundes Rohr als Stützkörper kreisbogenförmig und einseitig offen zum Herausragen der einseitig vom Stützkörper vorstehenden Kopfplatine in den übrigen Freiraum ausgebildet oder auch kreisförmig geschlossen. In diesem Fall muss im Endbereich des Schutzprofils zum Herausführen der Kopfplatine in den Hauptraum des Schutzprofiles eine seitliche entsprechend dimensionierte Öffnung in den Innenumfang gefräst werden.
Bei voneinander getrenntem Innendurchmesser und übrigem Freiraum im Inneren des Schutzprofiles kann die dazwischen verlaufende Schottwand so dick ausge- bildet werden, dass es möglich ist - vorzugsweise in Meßrichtung gleichmäßig beabstandet mehrere - Durchgangsöffnungen in dieser Schottwand unterzubringen, die von einer Außenseite zur gegenüberliegenden Außenseite des Querschnittes des Schutzprofiles durchgehen und keine Verbindung zum Freiraum als auch zum Innenumfang des Schutzprofiles aufweisen. Über diese Durchgangsöff- nungen kann auf einfache Art und Weise eine Verschraubung des Schutzprofiles an einer anderen Baugruppe erfolgen, ohne dass die Außenkontur des Schutzpro- files Fortsätze oder Vorsprünge aufweisen muß zum Ansetzen von Halteklammern etc. und dadurch kann ein insgesamt glatter, absatzfreier, stetiger Außenumfang erzielt werden.
Vorzugsweise wird jedoch das Schutzprofil insgesamt als Strangpressprofil ausgebildet und auf die notwendige Länge geschnitten, und zusätzlich in den Endbereichen der Innenumfang vergrößert durch Ausfräsen, insbesondere einerseits zum Platz schaffen für die Kopfplatine, die vollständig im Inneren des Schutzprofils Platz finden soll, und andererseits auch zur Aufnahme von in die stirnseitigen Enden des Schutzprofils einzusteckende Endkappen, die - und damit ebenso der Innenumfang des Schutzprofils in seinem Endbereich - eine ohne scharfkantigen Übergang umlaufende Kontur besitzen sollen, um einen in eine Nut eingelegten O- Ring als Dichtung verwenden zu können, was den Montageaufwand durch Ver- meidung von vorzufertigenden, speziell geformten, Flachdichtungen erheblich verringert.
Das Schutzprofil kann mittensymmetrisch mit zwei einander gegenüberliegenden Innenumfängen ausgestattet sein, so dass zwei verschiedene Sensor-Elemente in dasselbe Schutzprofil, beispielsweise von gegenüberliegenden Stirnseiten her, eingeschoben werden können und der so erhaltene Sensor damit redundant aus- gebildet werden kann.
Das Schutzprofil kann auch unsymmetrisch ausgebildet sein, insbesondere nur einen Innenumfang und einen daneben angeordneten Freiraum aufweisen. Zusätzlich kann in der Schmalseite des Freiraumes in Meßrichtung verlaufend we- nigstens eine Nut angeordnet sein, und zwar auf der vom Innenumfang abgewandten Schmalseite des Freiraumes. Dabei ist die Nut vorzugsweise so dimensioniert und angeordnet, insbesondere außermittig angeordnet, dass eine Kopfplatine eines in den Innenumfang eingesteckten Sensor-Elementes mit ihrer frei abragenden Längskante in dieser Nut geführt und gehalten, insbesondere auch fixiert, z. B. verklebt, werden kann.
Besonderer Bedarf besteht dabei an einem möglichst flach auszubildenden Schutzprofil, dessen eine von zwei zueinander parallelen, insbesondere längeren, Außenflächen seitlich überstehend mit Fortsätzen zum Befestigen an einen ande- ren Bauteil ausgestattet sein können.
Vor allem wenn diese Fortsätze fehlen und das flache Schutzprofil an wenigstens einer seiner Schmalseiten einen umlaufend glatten Außenumfang besitzt, wird dadurch der Vorteil erreicht, das ein Positionsmagnet außen an die Schmalseite des Schutzprofiles, welches das Sensor-Element enthält, sehr nahe und von allen drei Seiten, also über einen Umfangswinkel von mehr als 270 Grad, herangeführt werden kann, was die Applikation eines solchen Sensors an einer Maschine stark erleichtert und in Meßrichtung über die ganze Länge des Wellenleiters, auch über die Länge der Kopfplatine hinweg, verfahren werden kann.
c) Ausführungsbeispiele
Eine Ausführungsform gemäß der Erfindung ist im folgenden anhand der Figuren beispielhaft näher beschrieben. Es zeigen:
Fig. 1 : eine Aufsicht auf das Sensor-Element,
Fig. 2a: eine Seitenansicht gemäß Figur 1 ,
Fig. 2b: eine Aufsicht auf eine andere Bauform des Sensor-Elementes,
Fig. 3: eine Frontansicht gemäß Figur 1 ,
Fig. 4: Schnittdarstellungen des Schutzprofiles,
Fig. 5a: den Wegsensor in Frontansicht,
Fig. 5b: eine andere Bauform des Wegsensors in Frontansicht, und
Figuren 3: einen Längsschnitt durch den Endbereich des Sensors.
Die Figuren 1 und 2a zeigen ein Sensor-Element, bei dem der Stützkörper 1 ein Rohr mit kreisförmigem Querschnitt ist und ebenso wie der zentral darin verlaufende Wellenleiter 3 stark verkürzt dargestellt ist. In der Praxis sind diese beiden Bauteile sehr lang im Vergleich zum Durchmesser ausgebildet, da sie sich ja über den gesamten Messbereich in Messrichtung 10 erstrecken müssen.
Anstelle eines geradlinig verlaufenden Wellenleiters im Stützkörper kann es sich auch um einen gekrümmten, insbesondere ringförmig und kreisförmig gekrümm- ten, Stützkörper mit darin liegendem Wellenleiter 3 handeln, wodurch die Messrichtung 10 nicht mehr eine gerade, sondern eine gekrümmte Linie, beispielsweise ein Kreis oder nahezu vollständiger Kreis, sein könnte.
Der Wellenleiter 3 ist zentral im wesentlich größeren inneren Hohlraum des Stützkörpers 1 gehalten durch in Längsrichtung beabstandete Stege oder eine durchgängig vorhandene Abstützung beispielsweise mittels eines oder mehrerer rohr- förmiger Stücke mit homogener oder zellförmiger Struktur, z. B. eines Schaum- Schlauches 26 gegenüber dem Innendurchmesser des Stützkörpers 1. Ein isolierter Rückleiter 27 ist zwischen dem Außenumfang dieses Schlauches 26 und dem Innenumfang des Rohres angeordnet.
Am vorderen, in den Figuren 1 und 2 linken, Ende kann der Stützkörper 1 durch eine Frontkappe 7 dicht verschlossen sein, und der Wellenleiter 3 kann an seinem freien vorderen Ende einen Dämpfer 13 aufweisen, um dort ankommenden mechanischen Schwingungen im Wellenleiter 3 nicht zu reflektieren, sondern möglichst vollständig zu dämpfen.
Für die Erfindung wesentlich ist jedoch das hintere Ende des rohrförmigen Stützkörpers 1 und Wellenleiters 3 und deren Verbindung mit der dort angeordneten Kopfplatine 2, ohne dass insbesondere die Notwendigkeit besteht, diese Kopfplatine in irgendeiner Form von Halterung oder Gehäuse unterzubringen, indem erst dieses Gehäuse oder die Halterung stabil mit dem Stützkörper 1 verbindbar ist. Die Kopfplatine wird direkt und ohne Zwischengehäuse mit dem Schutzprofil 20 durch Kraftschluss oder Formschluss stabil verbunden.
Zu diesem Zweck wird am hinteren Ende der Stützkörper 1 über eine Länge, die maximal der Länge der Kopfplatine 2 entspricht, eine Aussparung 11 angefertigt. Dabei wird entweder - wie in Fig. 1 , 2a und 3 dargestellt - hinsichtlich des Querschnittes des Stützkörpers 1 eine Parallele zu einer Tangente nach innen versetzt gelegt und der dadurch abgetrennte größere Teil des Querschnittes entfernt. Auf den verbleibenden kleineren Teil des Querschnittes, der dann in Form eines Fortsatzes 9 bestehen bleibt, ist die Kopfplatine 2 aufgeklebt.
Da die Kopfplatine 2 - betrachtet in Messrichtung 10, also der Verlaufsrichtung des Stützkörpers 1 und Wellenleiters 3 - wesentlich breiter als der Querschnitt des Stützkörpers 1 ist, erfolgt diese Anordnung der Kopfplatine 2 so, dass diese nur
auf einer Seite über die Breite des Querschnittes des Stützkörpers 1 vorsteht, also insbesondere auf der anderen Seite mit der Außenkante des Stützkörpers, insbesondere mit der Außenkante des Fortsatzes 9, abschließt, wie am besten in der Figur 3 dargestellt.
Der Kleber 14 ist dabei vorzugsweise nicht nur zwischen den Berührungsflächen der Kopfplatine 2 mit dem Fortsatz 9, sondern auch zwischen der Kopfplatine 2 und dem Innenumfangssegment dieses Fortsatzes 9 angeordnet, um eine sichere Verklebung zu gewährleisten, und reicht vorzugsweise auch um die Kanten des Fortsatzes 9 etwas auf die Außenfläche des Fortsatzes herum.
Eine andere Form der Aussparung zeigt in der Aufsicht Fig. 2b, und betrachtet in Meßrichtung auch Fig. 5b:
Wie am besten in Fig. 5b zu erkennen, erstreckt sich die Aussparung 11 hinsichtlich des Querschnittes nur über ca. 90° - 160°, so dass der Fortsatz 9 einen etwa C-förmigen Querschnitt besitzt, in den die Kopfplatine 2 mit ihrem Rand hineinragt. Der Fortsatz 9 umgreift die eine der Hauptseiten der Kopfplatine 2 sowie die in den Innenumfang des Fortsatzes 9 eintauchende Schmalseite 2b. Der Fortsatz 9 reicht dabei nur soweit herum auf diejenige Hauptseite der Kopfplatine 2, dass der dort mit der Kopfplatine 2 verbundene Wellenleiter 3 noch für die Befestigung auf der Kopfplatine 2 zugänglich bleibt, und auch das ggf. vorhandene Villary- Bändchen 4.
Zusätzlich ist bei der Lösung gemäß Fig. 2b die Kopfplatine 2 auch länger in Meßrichtung 10 ausgebildet als bei den anderen dargestellten Lösungen. Die vergrößerte Fläche der Kopfplatine 2 dient dazu, dort die gesamte Auswerteelektronik unterzubringen, so dass ein industrietaugliches Ausgangssignal von diesem Sensor-Element abgegeben werden kann.
Die Aussparung 11 und damit der Fortsatz 9 des rohrförmigen Stützkörpers 1 werden jedoch nicht vergrößert, sondern betragen in der Regel nur einen Bruchteil der Länge der Kopfplatine 2. Um den übrigen Teil der Länge stabil am Stützkörper
1 zu befestigen, wird vorzugsweise die Wandung des rohrförmigen Stützkörpers 1 geschlitzt entsprechend der Dicke der Kopfplatine 2, und diese erstreckt sich in den Schlitz hinein und vorzugsweise durch den Schlitz hindurch ins Innere des rohrförmigen Stützkörpers 1 , mit dem somit vorzugsweise eine Verklebung über die gesamte Länge des Schlitzes 34 möglich ist.
Wie die Figuren 1, 3 und 2a zeigen, ist die Kopfplatine 2 mit verschiedenen Bauteilen bestückt, wobei die Bestückung vorzugsweise auf nur einer Außenfläche, nämlich der von dem Fortsatz 9 abgewandten Außenfläche, erfolgt. Ein Bauele- ment, die Detektor-Spule 5, sitzt dabei in einem Durchbruch der Kopfplatine 2, und erstreckt sich damit auf beide Seiten der Platine, wobei der größere Teil des Querschnittes auf der Bestückungsseite der Platine 2 hervorsteht.
Dies dient dem Ziel, dass die Platine 2 samt ihrer Bestückung - in der Seitenan- sieht, also mit Blickrichtung in der Ebene der Kopfplatine 2 betrachtet - möglichst wenig über die Breite des Stützkörpers 1 vorsteht. Das die größte Breite aufweisende Element ist dabei die Detektor-Spule 5, die dicker ist als der Stützkörper 1. Dabei ist die in dieser Ansicht betrachtete Dicke des Fortsatzes 9 unter Berücksichtigung der Dicke der Kopfplatine 2 und die Einsetztiefe der Detektor-Spule 5 in der Kopfplatine 2 so gewählt, dass die Detektor-Spule 5 entweder nur auf der einen Seite - in Figur 1 nach oben - über die Breite des Stützkörpers vorsteht, und in der anderen Richtung mit der Außenkante des Stützkörpers 1 abschließt, oder in beide Richtungen etwa gleich weit über die Breite des Stützkörpers 1 vorsteht.
Die Detektor-Spule 5 weist eine etwa zylindrische Form auf mit zentraler zylindrischer Öffnung, die mindestens einseitig, vorzugsweise beidseits, offen ist. Die Positionierung der Detektor-Spule 5 muss dabei zusätzlich so gewählt werden, dass sich ein sogenanntes Villary-Bändchen 4 etwa zentral längs durch diese Öffnung 5a der Detektor-Spule 5 hindurch erstreckt und in Richtung auf den Wellenleiter 3 vorsteht und auf diesem, und zwar auf der der Kopfplatine 2 gegenüberliegenden Seite des Wellenleiters 3, befestigt, insbesondere verklebt oder verschweißt, ist. Daraus wird klar, dass die Detektor-Spule 5 mit ihrer Längsmittelachse quer zur
Richtung des Wellenleiters 3, aber parallel zur Ebene der Platine 2, angeordnet ist.
Ferner ist auf der Kopfplatine 2 ein Endpol 6 angeordnet, also eine Verbindung zwischen dem hinteren Ende des Wellenleiters 3 und den elektrischen Leiterbahnen der Kopfplatine 2.
Ein auf der Kopfplatine 2 aufgesetzter Stecker 8, vorzugsweise an dem vom Stützkörper 1 am weitesten entfernten Bereich, stellt die elektrische Verbindung der Kopfplatine 2 mit einer externen Auswerteeinheit sicher.
Die Kopfplatine 2 weist zur Fixierung der Detektor-Spule 5 einen Durchbruch 12 auf, dessen Größe so bemessen ist, dass die darin einzulegende Detektor-Spule 5 nicht durchfallen kann, sondern in der gewünschten Soll-Tiefe in die Kopfplatine eintaucht.
Vorzugsweise ist dabei der Durchbruch 12 nicht rechteckig wie der entsprechende Längsschnitt der Detektor-Spule 5, sondern weist an den Eckbereichen buchtartige Erweiterungen auf, so dass eine Rissbildung in der Platine von den scharfkan- tigen Ecken aus vermieden wird und an den Flanken zwischen den Ausbuchtungen damit die Detektor-Spule 5 mit relativ hoher Kraft eingepresst werden kann, da diese Bereiche als elastische Haltezungen dienen. Insbesondere kann die Detektor-Spule 5 lediglich durch Verklemmen dazwischen befestigt werden.
Figur 3 zeigt in einem vergrößertem Längsschnitt durch die Symmetrieachse der Detektor-Spule 5 im Detail, wie sich einerseits diese Spule auf beiden Seiten der Kopfplatine 2 erstreckt und das Villary-Bändchen 2 von der Fixierung am Wellenleiter 3 aus frei auskragend ohne Berührung mit der Detektor-Spule 5 durch deren Öffnung 5a hindurch erstreckt und auf der gegenüberliegenden Seite herausragt. Figur 3 zeigt auch die Fixierung des Wellenleiters 3 mittels des Endpols 6, der Bestandteil der Kopfplatine 2 ist, auf dieser Kopfplatine und damit die Verbindung des Wellenleiters 3 mit den anderen Bauteilen auf der Platine 2 und den zwischen
dem Fortsatz 9 und der nicht bestückten Rückseite der Platine 2 liegenden Rückleiter 27.
Figur 3 zeigt auch, dass auf der einen Seite, in Figur 3 links, die Detektor-Spule 5 nicht über die Breite des Stützkörpers 1 vorsteht, dagegen auf der rechten Seite, der Bestückungsseite der Kopfplatine 2, aufgrund des größeren Durchmessers dieser Detektor-Spule 5 gegenüber dem Stützkörper 1.
Figur 4a zeigt ferner ein Schutzprofil 20 in zwei Varianten, in der Regel als Strangpress-Profil hergestellt aus z. B. Aluminium oder als extrudiertes Profil aus geeignetem Kunststoff. In ein solches Schutzprofil kann das Sensor-Element eingebracht werden, wie in Figur 5a dargestellt.
In aller Regel ist das Schutzprofil 20 symmetrisch zu seiner Längsmittelebene 23 ausgebildet, welche in Richtung des Profiles verläuft und senkrecht zur größeren Erstreckung des Querschnittes steht.
In Figur 4a sind die beiden Hälften des Profiles in unterschiedlichen Varianten dargestellt:
Gemeinsam ist die Tatsache, dass das Schutzprofil 20 einen sehr flachen Querschnitt in Form eines länglichen Rechtecks mit gerundeten Schmalseiten aufweist. Dabei kann von den beiden parallelen langen Längswänden die eine über die schmalseitigen Enden hinaus beidseits verlängert sein und dabei Fortsätze 15 bilden, welche der Verschraubung, Verklemmung oder anderweitiger Befestigung an einem anderen Bauteil dient, beispielsweise auch dem Einschieben in einen Hinterschnitt.
Vor allem wenn diese Fortsätze 15 nicht vorhanden sind, wie in Figur 4 in der rechten Bildhälfte oder Fig. 4b, c angedeutet, ermöglicht es ein solches flaches
Schutzprofil, den Positionsmagneten 28 in beliebiger Winkellage auf einer der drei
Seiten des schmalseitigen Umfanges des Schutzprofiles nahe an dem dort unter-
gebrachten Wellenleiter 3 zu positionieren, was eine sehr flexible Applikation des Sensors im jeweiligen Anwendungsfall ermöglicht.
Die Außenflächen 18a, b sind - abgesehen ggf. von diesen überstehenden Fort- Sätzen und dem dadurch zum Rest der Kontur bestehenden Übergängen - glatt, um ein Verhaken anderer Gegenstände zu vermeiden.
Der innere Freiraum 19 kann entweder ein einziger durchgehender Freiraum sein, wie in der rechten Bildhälfte dargestellt, mit einem Innenumfang 21 in Form eines nicht ganz geschlossenen Kreises am schmalseitigen Ende dieses Freiraumes. Dieser Innenumfang 21 ist so dimensioniert, dass in diesen der Stützkörper 1 eines Sensor-Elementes 22 eingeschoben werden kann, wie in Figur 5 dargestellt.
Die Lücke, welche die Verbindung des Innenumfanges 21 zum Rest des Freirau- mes 19 darstellt, ist ausreichend breit und so angeordnet, dass die einseitig vom Querschnitt des Stützkörpers 1 abstehende Kopfplatine 2 samt Bestückung hindurch passt und damit in den mittigen Freiraum 19 hineinragen kann, und mit ihrem freien Ende ggf. in der entsprechenden insbesondere außermittigen, Nut 25 des gegenüberliegenden Endes des Freiraumes 19 formschlüssig gehalten wird, wie am besten in der linken Bildhälfte der Fig. 5b zu erkennen. Dabei ragt die Kopfplatine 2 in diese Nut 25 nicht nur formschlüssig hinein, sondern ist gegenüber dieser auch dämpfend befestigt, beispielsweise durch Verkleben mittels eines mechanische Schwingungen dämpfenden Klebers 35.
In der linken Bildhälfte der Figur 4a ist eine andere Bauform dargestellt, in der der analoge Innenumfang 21' ein in sich geschlossener Innenumfang ist, also dieser Hohlraum getrennt vom Freiraum 19 durch einen Steg ist. In dem Steg 24 kann auf der Außenseite, also zum Freiraum 19 hin, eine Nut 25 eingearbeitet sein zur Aufnahme des freien Endes einer Kopfplatine 2 eines Sensor-Elementes 22, des- sen Stützkörper 1 sich in dem gegenüberliegenden Innenumfang 21 befindet.
Da die Kopfplatine 2 an dem aufnehmenden Stützkörper nicht mittig, sondern zur Mitte versetzt, befestigt ist und abstrebt, kann auch die Nut 25 außermittig in dem Steg 24 eingearbeitet sein.
Darüber hinaus zeigen die Fig. 4b und 4c weitere Bauformen des Schutzprofiles:
Gemeinsam ist den beiden Lösungen der Fig. 4b und 4c, dass sie eine glatte, kantenfreie Außenkontur im Querschnitt besitzen, ohne die Fortsätze 15 gemäß Fig. 4a. Um dieses Schutzprofil 20' dennoch an angrenzenden Bauteilen befesti- gen zu können, ist im Inneren der Innenumfang 21' vom Freiraum 19 jeweils durch einen zu einer Schottwand 31 verbreiterten Steg getrennt, dessen Dicke ausreichend ist, um darin Durchgangsöffnungen 32 von der einen Außenfläche zur gegenüberliegenden Außenfläche des Schutzprofiles 20' in Abständen einzuarbeiten, wie in Fig. 4b dargestellt, ohne dass diese Durchgangsöffnungen 32 im Inne- ren Verbindung zum Innenumfang 21' oder dem Freiraum 19 haben.
Während in Fig. 4b in beiden Endbereichen des Schutzprofiles 20' jeweils ein Innenumfang 21' ausgebildet ist, weist die Bauform gemäß Fig. 4c nur einen Innenumfang 21' und daneben einen Freiraum 19 auf. In beiden Fällen ist einer der Stege 24 zwischen Freiraum 19 und Innenumfang 21' als verbreiterte und mit Durchgangsöffnungen ausgestattete Schottwand 31 ausgestattet, wodurch auch das Schutzprofil 20' gemäß Fig. 4b unsymmetrisch gestaltet ist.
Darüber hinaus sind aus den oben dargelegten Gründen auch die Nuten 25 im Freiraum 19 außermittig zur Quermitte des Freiraumes 19 angeordnet.
Wenn das Schutzprofil 20 symmetrisch mit einem abgeschlossenen Innenumfang 21', wie in der linken Bildhälfte dargestellt, ausgestattet ist, kann ein solches Einschieben natürlich nur erfolgen, wenn zuvor in dem stirnseitigen Endbereich des Schutzprofiles 20 der Steg 24 über die Länge entfernt wird, der für das Unterbringen der Kopfplatine 2 benötigt wird.
Dieses Entfernen geschieht in der Regel mechanisch, z.B. mittels Fräsen, und muss auf eine solche axiale Länge geschehen, dass zusätzlich zum Unterbringen der Platine auch eine Endkappe 16 in das stirnseitig offene Ende des Schutzprofiles 20 eingebracht werden kann, welche mit ihrer Abschlussplatte 16a außen auf der Stirnfläche des Schutzprofiles 20 anliegt, mit ihrem Stopfenteil 16b dagegen in den Freiraum des Schutzprofiles 20 hineinragt und gegenüber dem Innenumfang des Schutzprofiles 20 abgedichtet ist vorzugsweise mittels einer konventionellen O-Ring-Dichtung.
Zu diesem Zweck muss der Stopfenteil 16b einen glatten Außenumfang und das Schutzprofil 20 in diesem Längenbereich einen entsprechend glatten Innenumfang aufweisen.
Wie in Figur 6 dargestellt, wird zu diesem Zweck die Innenkontur des Schutzpro- files 20 wenigstens über den Längenbereich des Stopfenteiles 16b zu einer solchen glatten Kontur 29 ausgefräst in Form eines Rechteckes mit halbkreisförmigen gerundeten Schmalseiten und ohne Absätze, in dem der Steg 24 bzw. die vorstehenden Ecken zwischen Freiraum 19 und Innenumfang 21 ebenso abgefräst werden, wie die von den Längsseiten nach Innen vorstehenden Stege 17, die der Versteifung des Profiles und der Anlage der Kopfplatine 2 dienen.
BEZUGSZEICHENLISTE
1 Stützkörper 17 Steg
2 Kopfplatine 18a, b Außenfläche a Unterseite 19 Freiraum
2b Schmalseite 30 20 Schutzprofil
3 Wellenleiter 21 , 21' Innenumfang
Villary-Bändchen 22 Element
5 Detektor-Spule 23 Längsmittelebene
5a Öffnung 24 Steg
Endpol 35 25 Nut
7 Frontkappe 26 Schaumschlauch
8 Stecker 27 Rückleiter
9, 9' Fortsatz 28 Positionsmagnet
10 Messrichtung 29 glatte Kontur
11 Aussparung 40 30
12 Durchbruch 31 Schottwand
13 Dämpfer 32 Durchgangsöffnungen
14 Kleber 33 Stützelement
15 Fortsatz 34 Schlitz
16 Endkappe 45 35 Kleber
16a Abschlussplatte 36 O-Ring
16b Stopfenteil
Claims
1. Magnetostriktiver Wegsensor mit
- einem Sensor-Element (22) umfassend
- einen in Meßrichtung (10) verlaufenden Stützkörper (1) sowie
- einen darin verlaufenden Wellenleiter (3), und - einem das Element (22) aufnehmenden, insbesondere vollständig aufnehmenden, Schutzprofil (20) dadurch gekennzeichnet, daß das Schutzprofil (20) wenigstens einen Innenumfang (21) aufweist, in dem der Stützkörper (1) des Elements (22) formschlüssig eingeschoben werden kann.
2. Wegsensor nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, daß die Kopfplatine (2) des Elements (22) im inneren Freiraum (19) des Schutzprofiles
(20) anordenbar ist.
3. Wegsensor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Innenumfang (21) ein geschlossener Innenumfang (21') ist und der Freiraum (19) durch einen Steg (24) bzw. eine Schottwand (31) getrennt vom Innenumfang (21) ist.
4. Wegsensor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Schutzprofil (20) möglichst flach mit zueinander parallelen Außenflächen (18a, b) ausgebildet ist und im Querschnitt das Verhältnis von Länge zu Breite mindestens 2 zu 1 , insbesondere mindestens 3 zu 1 , insbesondere mindestens 5 zu 1 , beträgt.
5. Wegsensor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der innere Freiraum (19) nach innen weisend wenigstens einen Steg (17), insbesondere zum Abstützen der Kopfplatine (2), aufweist.
6. Wegsensor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Schutzprofil (20) ein abgelenktes Stück eines Strangpress-Profiles ist und ggf. im Endbereich im Inneren ausgefräst ist zur Aufnahme der Kopfplatine (2) des Elementes (22) und/oder von wenigstens einer Endkappe (16) des Schutzprofiles (20).
7. Wegsensor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Endkappen (16) einen kontinuierlichen, absatzfreien Außenumfang aufweisen und einen in eine umlaufende Nut des Außenumfanges eingelegten O-Ring als Dichtelement gegenüber dem Innenumfang des Schutzprofiles (20) benützen und/oder die Endkappen (16) gegenüber dem Schutzprofil (20) verklemmt oder verstemmt sind.
8. Wegsensor nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Schutzprofil (20) in Meßrichtung (10), der Längsrichtung, beabstandet, insbesondere gleichmäßig beabstandet, mehrere Durchgangsöffnungen (32) in der Schottwand (31) aufweist, die in der Querschnittsebene des Schutzprofiles in Er- streckungsrichtung der Schottwand (31) verlaufen und ohne Verbindung zu dem Freiraum (19) und dem Innenumfang (21) des Schutzprofiles (20) sind.
9. Wegsensor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Außenumfang des Stützkörpers (1) und dem Innenumfang (21) des Schutzprofiles (20) wenigstens ein, insbesondere in Meßrichtung (10) beabstandet mehrere, Stützelemente (33) angeordnet sind, insbesondere O-Ringe (36) oder ein Stützschlauch aus elastischem Material, insbesondere Gewebe oder einzelne Kleberflächen.
10. Wegsensor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, d ad u rch ge ken nzeich net, d a ß der Freiraum (19) wenigstens an der dem Innenumfang (21, 21') abgewandten Schmalseite eine Nut (25) aufweist zur Aufnahme des von dem Innenumfang (21, 21') abgewandten Längskante der mit dem Stützkörper (1) verbundenen Kopfplatine (2).
11. Wegsensor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, d ad u rch geken nzeich net, d a ß das Schutzprofil (20) bei einer seiner breiten Außenflächen (18a) über den Rest des Schutzprofiles (20) hinausstehend wenigstens einen Fortsatz (15) aufweist.
12. Wegsensor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, d ad u rch geken nzeich net, d a ß das Schutzprofil (20) symmetrisch zur Längsmittelebene (23) dieser Außenfläche (18a) ausgebildet ist.
13. Wegsensor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, d ad u rch geken nzeich net, d a ß das Schutzprofil (20) zwei einander gegenüberliegende, insbesondere identisch ausgebildete, Innenumfänge (21') zur Aufnahme der Stützkörper (2) von Elemen- ten (22) aufweist.
14. Magnetostriktives Sensor-Element (22), insbesondere zur Verwendung in einem Sensor gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, mit
- einem in Meßrichtung (10) verlaufenden Stützkörper (1), - einem darin verlaufenden Wellenleiter (3),
- einer am Stützkörper (1) befestigten Kopfplatine (2), welche wenigstens einen Detektor, insbesondere eine Detektor-Spule (5), den Endpol (6) und eine elektrische Verbindungseinheit trägt, dadurch gekennzeichnet, daß das hintere Ende des Stützkörpers (1) in der Seitenansicht einseitig ausgespart ist und am verbleibenden Fortsatz (9) die in der Aussparung (11) liegende Kopfplatine (2) befestigt ist.
15. Element nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Aussparung (11) hinsichtlich ihres Querschnittes sich über weniger als 180°, insbesondere über weniger als 130°, erstreckt und der Fortsatz (9) die Unterseite als auch eine Schmalseite der Kopfplatine (2) umgreift.
16. Element nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Wellenleiter (3) ein quer abstehendes, insbesondere parallel zur Kopfplatine (2) verlaufendes, Villary-Bändchen (4) trägt.
17. Element nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die elektrische Verbindungseinheit ein Stecker (8) ist.
18. Element nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die den Fortsatz (9) bildende Schnittkante parallel zur Meßrichtung (10) und damit insbesondere der Längsrichtung des Stützkörpers (1) verläuft.
19. Element nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Kopfplatine (2) mit dem Fortsatz (9) fest verbunden, insbesondere verklebt, ist.
20. Element nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Kopfplatine (2) parallel zur Meßrichtung (10) angeordnet ist.
21. Element nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Kopfplatine (2) lotrecht zur Meßrichtung (10) angeordnet ist.
22. Element nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Fortsatz (9) kürzer ist als die in dieser Richtung betragende Länge der Kopfplatine (2), insbesondere sich die Kopfplatine (2) über das Ende der Aussparung (11) hinaus in Richtung des gegenüberliegenden Endes des Stützkörpers (1) ent- lang des Stützkörpers fortsetzt.
23. Element nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, daß im Stützkörper (1) vom Ende der Aussparung (11) aus in Meßrichtung (10) ver- laufend ein Schlitz (34) entsprechend der Dicke der Kopfplatine (2) angeordnet ist, in welchen die Kopfplatine (2) hineinragt und dort befestigt, insbesondere verklebt, ist.
24. Element nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Detektor-Spule (5), die den Wellenleiter (3) oder ein Villary-Bändchen (4) umgibt, in einem Durchbruch (12) der Kopfplatine (2) angeordnet ist und sich beid- seits der Ebene der Kopfplatine (2) erstreckt.
25. Element nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Kopfplatine (2) nur mit einer ihrer in Meßrichtung (10) verlaufenden Längskante außerhalb der Breite, insbesondere des Außenumfanges des Stützkörpers (1) liegt.
26. Element nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Detektor-Spule (5) so in der Aussparung (12) der Kopfplatine (2) angeordnet ist, dass sie entweder nicht über die Breite des Querschnittes des Stützkörpers (1) hinausragt oder auf keiner der beiden Seiten gegenüber dem Außenumfang des Stützkörpers (1) zurücksteht.
27. Element nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens das von der Kopfplatine (2) abgewandte vordere Ende des Stützkörpers (1) offen ist, insbesondere beide Enden offen sind.
28. Element nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Kopfplatine (2), vorzugsweise lediglich, auf der von Fortsatz (9) abgewandten Seite mit Bauelementen bestückt ist ausgenommen der Durchdringung der Kopfplatine (2) durch die Spule (5) und Lötkontakte der Bauelemente.
29. Element nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Villary-Bändchen (4) parallel zur Ebene der Kopfplatine (2) verläuft.
30. Element nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Kleber den gesamten Zwischenraum zwischen dem Fortsatz (9) und der Kopfplatine (2) ausfüllt und insbesondere über die Außenkanten des Fortsatzes (9) hinaus dessen Rückseite wenigstens teilweise benetzt.
31. Element nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Spule (5) mit ihrer Längsmittelachse parallel zur Ebene der Platine (2) angeordnet ist.
32. Verfahren zur Montage eines magnetostriktiven Sensor-Elementes (22), insbesondere nach einem der vorhergehenden Sensorelement-Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß
- nach dem Positionieren des Wellenleiters (3) im Stützkörper (1) an dem in die Aussparung (11) vorstehenden Ende des Wellenleiters (3) das Villary-Bändchen (4) fixiert, insbesondere angeschweißt wird,
- dann die Detektorspule (5) mit ihrer Öffnung (5a) auf das Bändchen (4) von dessen freien Ende her aufgefädelt wird und
- danach die Kopfplatine (2) am Fortsatz (9) befestigt, insbesondere verklebt, wird.
33. Verfahren nach Anspruch 27, dadurch gekennzeichnet, daß die Detektorspule (5) beim Auffädeln bereits fest auf bzw. in der Kopfplatine (2) fixiert ist.
34. Verfahren nach einem der vorhergehenden Verfahrensansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß
- die Kopfplatine (2) beim Auffädeln der Spule (5) auf das Bändchen (4) fertig bestückt ist einschließlich des Endpols (6) und - danach der auf der Kopfplatine (2) vorhandene, nach dem Auffädeln unter dem Wellenleiter (3) liegende, Endpol (6) mit dem Wellenleiter (3) verbunden, insbesondere verlötet, wird.
35. Verfahren nach einem der vorhergehenden Verfahrensansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß
- der Wellenleiter (3) im Rohr positioniert wird, indem zunächst ein elastischer Schaumschlauch (26) im in Längsrichtung gedehnten Zustand in das Rohr eingezogen und losgelassen wird zum Verspreizen im Innenumfang des Rohres und - anschließend der Wellenleiter (3) in den zentralen Hohlraum des Schauschlauches eingeschoben oder eingezogen, insbesondere mit Hilfe einer Hilfs-Seele eingezogen, wird.
36. Verfahren nach einem der vorhergehenden Verfahrensansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Querschnitt des Schaumschlauches (26) so dimensioniert ist, dass nach Positionieren im Rohr ein zentraler Hohlraum verbleibt, der größer ist als der Quer- schnitt des Wellenleiters (3).
37. Verfahren nach einem der vorhergehenden Verfahrensansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Schaumschlauch (26) am von der Platine (2) abgewandten Ende auf dem Wellenleiter (3) verpresst wird als Dämpfer (13).
38. Verfahren nach einem der vorhergehenden Verfahrensansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß in das Rohr bzw. den Stützkörper (1) zusammen mit dem Schaumschlauch (26) der Rückleiter (27) zwischen Schaumschlauch (26) und Stützkörper (1) mit eingezogen wird.
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