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Dokumentenidentifikation DE102005029047B4 21.06.2007
Titel Sensoreinrichtung und Verfahren zur Herstellung einer Sensoreinrichtung
Anmelder Miele & Cie. KG, 33332 Gütersloh, DE
Erfinder Heitmann, Michael, 33739 Bielefeld, DE
DE-Anmeldedatum 21.06.2005
DE-Aktenzeichen 102005029047
Offenlegungstag 28.12.2006
Veröffentlichungstag der Patenterteilung 21.06.2007
Veröffentlichungstag im Patentblatt 21.06.2007
IPC-Hauptklasse G01N 27/04(2006.01)A, F, I, 20051017, B, H, DE
IPC-Nebenklasse A47L 15/42(2006.01)A, L, I, 20051017, B, H, DE   

Beschreibung[de]

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Sensoreinrichtung, insbesondere Leitwertsensor für eine Spülmaschine, mit einer Rohrleitung, die in Form einer "8" durchströmbar ist und als Joch eine Spulenanordnung mit einer Primärspule und einer Sekundärspule umgibt, welche im Bereich des Kreuzungspunktes der "8" angeordnet ist, und ferner ein Verfahren zur Herstellung einer Sensoreinrichtung.

Aus der DE 100 05 491 A1 ist ein elektrodenloses Gerät zur Messung der elektrischen Leitfähigkeit von Flüssigkeiten nach der induktiven Methode bekannt, bei dem eine geschlossene Rohrleitung aus nicht leitendem Material vorgesehen ist, die mit einem Fluid durchströmbar ist. Diese Rohrleitung besitzt die Form einer "8", wobei die Schleife zweimal durch Ringkerne geführt wird. Die Rohrleitung wird dabei von einer Messflüssigkeit durchströmt, und durch Einlegen einer Wechselspannung an einer ersten Spule wird eine Spannung an einer zweiten Spule induziert, die zur Bestimmung der Leitfähigkeit des Fluides herangezogen werden kann. Die Herstellung solcher Geräte erfolgt meist durch spanabhebende Verfahren, was einen hohen Fertigungsaufwand bedingt und zudem zu hohen Strömungsverlusten führt, die durch eine größere Pumpleistung kompensiert werden müssen.

Aus der DE 37 18 111 C2 ist eine Messzelle zum berührungsfreien Messen der Leitfähigkeit einer Flüssigkeit bekannt. Bei dieser Messzelle sind zwei identische Kanalteile, die ein „O" bilden um eine Primärspule und eine Sekundärspule herum angeordnet, wobei die Trennebene im Bereich der Spulen liegt. Die beiden Kanalteile werden durch Lösungsmittelklebung verbunden. Eine solche Verbindungsart kann sich beim Durchfluss von aggressiven Medien lösen. Würde man anstelle der Klebeverbindung eine Schweißverbindung wählen, würde Schweißgut in den Leitungsquerschnitt eindringen und diesen verengen. Durch die dabei entstehenden Verengungen würden Turbulenzen entstehen, die das Messergebnis verfälschen.

Ferner sind Sensoreinrichtungen bekannt, bei denen Tauchsensoren vorgesehen sind, die an ein vorhandenes Rohrsystem integriert werden. Allerdings werden dabei nicht nur Leitwertänderungen in dem Fluid, sondern im gesamten Kreislauf erfasst. Bei der Anwendung in Spülmaschinen würden sich unterschiedliche Messwerte allein durch die Beladung mit leitfähigen Instrumenten aus Metall oder mit nicht leitfähigen Gegenständen ergeben.

Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung eine Sensoreinrichtung zu schaffen, die einfach herzustellen ist und nur einen geringen Strömungswiderstand besitzt.

Diese Aufgabe wird mit einer Sensoreinrichtung mit den Merkmalen des Anspruches 1 sowie mit einem Verfahren zur Herstellung einer Sensoreinrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 9 gelöst.

Erfindungsgemäß beinhaltet die Rohrleitung mindestens zwei Teile oder Baugruppen, die auf der zu der Primärspule und Sekundärspule abgewandten Seite zunächst offen ausgebildet sind und dann mit zwei Deckeln verschlossen werden, und die Trennebene der beiden Teile ist derart angeordnet, dass sie vor dem Verbinden der beiden Teile ein Aufstecken der Spulenanordnung zulässt. So ist die Sensoreinrichtung einfach herstellbar und die einzelnen Teile lassen sich im Rahmen einer industriellen Serienfertigung kostenoptimiert montieren. Zudem sorgen die verschweißten Gehäuseteile für geringe Reibungsverluste und können eine optimierte Strömungsführung gewährleisten. Der Einsatz von Kunststoffmaterial hat zudem den Vorteil, dass auch aggressive Medien von der Sensoreinrichtung durchströmt werden können und die Messung der Leitfähigkeit des durchströmenden Fluides quasi verschleißfrei erfolgen kann.

Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist eine Trennebene der Gehäuseteile senkrecht zu der durch die "8" aufgespannte Ebene angeordnet. Dadurch können zwei oder vier identisch ausgebildete Gehäuseteile im Bereich der Trennebene miteinander verbunden werden, damit das Gehäuse einen geschlossenen Strömungsbereich erhält. Im Bereich des Kreuzungspunktes der "8" sind die mit Fluid durchströmten Leitungen vorzugsweise voneinander getrennt. Denn dadurch kann das Gehäuse strömungsoptimiert ausgebildet sein und von einem Einlass zu einem Auslass wird der Fluidstrom in zwei Teile getrennt, die wellenförmig das Gehäuse durchströmen. Dadurch werden Strömungsverluste durch Wirbel weitgehend vermieden.

Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist an einer ersten Schleife ein Zulauf und an einer zweiten Schleife ein Ablauf ausgebildet, die vorzugsweise an gegenüberliegenden Seiten angeordnet sind. An dem Zulauf und dem Ablauf kann dabei jeweils ein Stutzen zum Anschluss einer Zulaufleitung bzw. einer Ablaufleitung angeschweißt sein. Dadurch wird gewährleistet, dass der Verbindungsbereich zwischen Zulaufleitung und Zulaufstutzen und Ablaufleitung und Ablaufstutzen dicht miteinander verbunden werden kann. Ansonsten könnten die im Bereich der Trennebene gebildeten Materialunebenheiten Dichtigkeitsprobleme herbeiführen.

Für eine kostenoptimierte Herstellung sind vorzugsweise vier identische Gehäuseteile vorgesehen, die jeweils mit einem Deckel zur Bildung einer geschlossenen Rohrleitung verbunden sind. Die Deckel können dabei in die Gehäuseteile zur Bildung gekrümmter Strömungswege eingreifen, so dass der Strömungsweg wellenförmig das Gehäuse durchläuft.

Für eine kompakte Bauweise sind an den Gehäuseteilen zudem Haltearme zur Befestigung einer Leiterplatte ausgebildet.

Nach dem erfindungsgemäßen Verfahren zur Herstellung einer Sensoreinrichtung wird zunächst mindestens eine Spule auf einen mittleren Leitungsabschnitt eines ersten Gehäuseteils aufgesteckt. Anschließend werden Kerne in die Leitungen eingesetzt und dann das erste Gehäuseteil mit einem zweiten Gehäuseteil verschweißt, so dass in den verschweißten Gehäuseteilen eine verzweigte Rohrleitung ausgebildet ist, die in Form einer "8" durchströmbar ist. Nach dem Verschweißen werden die Kerne entfernt. Das erste und das zweite Gehäuseteil können dabei auch mehrteilig ausgebildet sein, so dass beispielsweise vier Gehäuseteile miteinander verschweißt werden, wobei jeweils zwei Gehäuseteile auch mechanisch miteinander verbunden werden können, über eine Klemm- oder Rastverbindung. Das erfindungsgemäße Verfahren eignet sich besonders gut für die industrielle Serienfertigung und ermöglicht die Herstellung einer Sensoreinrichtung zu günstigen Preisen, wobei der Strömungskanal nur geringe Reibverluste mit sich bringt.

Für einen sicheren Anschluss einer Zulaufleitung und einer Ablaufleitung werden an einen Zulauf und einen Ablauf der Gehäuseteile jeweils ein hülsenförmiger Stutzen angeschweißt, an den dann die Leitungen angeschlossen werden können.

Zur Herstellung der gekrümmten Strömungswege können die Gehäuseteile jeweils mit einem Deckel zur Bildung einer geschlossenen Rohrleitung verschweißt werden. Dabei können die Gehäuseteile mit nur wenigen Bauteilen optimiert hergestellt werden.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispieles mit Bezug auf die beigefügten Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:

1: eine perspektivische Ansicht einer erfindungsgemäßen Sensoreinrichtung im montierten Zustand;

26: perspektivische Ansichten verschiedener Herstellungsschritte der erfindungsgemäßen Sensoreinrichtung und

7: eine Explosionsdarstellung der Sensoreinrichtung der 1.

Eine in 1 dargestellte Sensoreinrichtung 1 umfasst ein Gehäuse, das vier Gehäuseteile 2, 3, 4 und 5 aufweist. Die Gehäuseteile 2, 3, 4 und 5 bestehen aus Kunststoff und sind an gegenüberliegenden Seiten jeweils mit einem Stutzen 6 bzw. 8 verbunden, wobei der Stutzen 6 einen Zulauf bildet und einen verdickten Ring 7 ausbildet, an dem eine Zulaufleitung anschließbar ist. Gleichermaßen umfasst der Stutzen 8 einen verdickten Ring 9, an den eine Ablaufleitung anschließbar ist. Ein in den Stutzen 6 einströmendes Fluid wird entsprechend den dargestellten Pfeilen in zwei Strömungskanäle verzweigt und in Form einer "8" durch das aus den Gehäuseteilen 2, 3, 4 und 5 gebildete Gehäuse durchströmt, bis es zu dem Ablaufstutzen 8 gelangt.

Im Kreuzungsbereich der beiden Strömungskanäle ist eine Primärspule 10 und eine Sekundärspule 11 angeordnet, wobei die Primärspule 10 mit einer Spannung beaufschlagbar ist, beispielsweise einer Wechselspannung, so dass über das in dem Gehäuse durchströmende Fluid eine Leiterschleife gebildet ist und in der Sekundärspule 11 eine Spannung erzeugt wird, die proportional zu der erregenden Spannung und der Leitfähigkeit der Leiterschleife ist. Durch eine Messung der induzierten Spannung kann somit bei vorgegebenen Randbedingungen die Leitfähigkeit des durchstömenden Fluides soweit gemessen werden, dass der Grad an Verunreinigungen in dem Fluid erfassbar ist, was insbesondere für Spülmaschinen von Vorteil ist, gerade wenn hohe Anforderungen an die Hygiene gestellt werden. Gerade für Spülmaschinen im Krankenhausbereich kann so auch ein Reinigungsvorgang dokumentiert werden.

An den Gehäuseteilen 2, 3, 4, 5 sind jeweils Haltearme 13, 14, 15 und 16 zur Befestigung einer Leiterplatte vorgesehen. Die Sensoreinrichtung kann somit kompakt aufgebaut sein und zudem auch bei Bedarf eine Auswerte- und Steuereinheit umfassen.

Die Herstellung der Sensoreinrichtung wird nun mit Bezug auf die 2 bis 6 näher beschrieben.

In einem ersten Schritt werden die Gehäuseteile 4 und 5 zu einer ersten Baugruppe zusammengefügt, wobei zur Fixierung entsprechende Klemm- oder Rastmittel vorhanden sein können. Anschließend wird die Primärspule 10 und die Sekundärspule 11 auf einen Mittelabschnitt der beiden Gehäuseteile 4 und 5 aufgesteckt. Dann werden die beiden Gehäuseteile 2 und 3, die identisch zu den Gehäuseteilen 4 und 5 ausgebildet sind, ebenfalls über Klemm- oder Rastmittel zu einer Baugruppe zusammengefügt und entlang einer Trennebene 19 mit den Gehäuseteilen 4 und 5 verschweißt, so wie dies in 2 dargestellt ist. Dabei bilden die beiden Baugruppen zwei identische Teile.

Die Gehäuseteile 2, 3, 4 und 5 sind auf der zu der Primärspule 10 und Sekundärspule 11 abgewandten Seite zunächst offen ausgebildet und werden dann mit zwei Deckeln 17 und 18 verschlossen, wobei in dem in 3 dargestellten Ausführungsbeispiel die Deckel jeweils einstückig ausgebildet sind und ein Deckel 17 das Gehäuseteil 4 verschließt und ein Deckel 18 das Gehäuseteil 5 verschließt. Die Gehäuseteile 2 und 3 werden gleichermaßen mit jeweils einem Deckel 17, 18 verschlossen.

Wie in 4 gezeigt ist, wird als nächstes ein Stutzen 6 zur Bildung eines Zulaufes an die Gehäuseteile 2 und 4 angeschweißt, wobei eine Schweißnaht 20 gebildet wird. Dadurch gelangt der Anschlussbereich für die Leitungen nicht in den Bereich der Trennebene 19 zwischen den Gehäuseteilen 2 und 4, an der kleine Grate bei dem Verschweißen nicht vermieden werden können.

Auf der gegenüberliegenden Seite wird gleichermaßen ein Stutzen 8 an die Gehäuseteile 3 und 5 zur Bildung eines Ablaufes angeschweißt.

Wie in 5 gezeigt ist, wird in einem nächsten Schritt eine Leiterplatte 21 an die Haltearme 13, 14, 15 und 16 montiert, wobei entsprechende Rastmittel vorgesehen sind. Auf der Leiterplatte 21 können entsprechende Elektronikbausteine 22 zur Erfassung und Auswertung der Leitfähigkeit eines durchströmenden Fluides vorhanden sein, es ist auch möglich, Steuerelemente an der Leiterplatte 21 vorzusehen.

In 6 ist die Sensoreinrichtung in vollständig montiertem Zustand gezeigt. Die Leiterplatte 21 ist von einem Gehäuse 23 überdeckt, das mit den Haltearmen 13, 14, 15 und 16 verschraubt ist. Die so gebildete Sensoreinrichtung kann nun an einem Gerät, wie einer Spülmaschine montiert werden, wobei an die Stutzen 6 und 8 eine Zulaufleitung bzw. eine Ablaufleitung anschließbar ist.

In 7 ist die Sensoreinrichtung in einer Explosionsdarstellung gezeigt. Es ist insbesondere die Kontur der Deckel 17 und 18 zu erkennen, die an gegenüberliegenden Seiten Vorsprünge 24 aufweisen, die in die Gehäuseteile 2, 3, 4, 5 einfügbar sind, wobei die Vorsprünge zur Mitte der Deckel 17 und 18 hin sich verringern, so dass eine gekrümmte Wand 25 gebildet ist, die für einen gebogenen Strömungskanal sorgt, der nur geringe Reibverluste besitzt.

Ferner ist ein Mittelabschnitt der Gehäuseteile 2, 3, 4 und 5 dargestellt, der in die Primärspule 10 und die Sekundärspule 11 einfügbar ist. Das Gehäuseteil 2 umfasst einen im Querschnitt halbkreisförmigen Mittelabschnitt 27, der mit einem Mittelabschnitt 29 des Gehäuseteils 5 verschweißt wird. Gleichermaßen wird der im Querschnitt halbkreisförmige Mittelabschnitt 26 des Gehäuseteils 3 mit dem Mittelabschnitt 28 des Gehäuseteils 4 verbunden. Das Verschweißen der Mittelabschnitte 27 und 29, der Mittelabschnitte 26 und 28 und der beiden Baugruppen aus den Gehäuseteilen 2, 3, 4 und 5 entlang der Trennebene 19 erfolgt in einem Spiegelschweiß-Verfahren. Dabei werden in die Mittelabschnitte in den Zeichnungen nicht dargestellte Kerne eingesetzt, die den Austrieb von Schweißgut in die Rohrquerschnitte verhindern. Nach dem Zusammenfügen der beiden Baugruppen können die Kerne durch die Öffnungen, die erst im nächsten Schritt durch die Deckel 17 und 18 verschlossen werden, entfernt werden. Im Bereich der Primärspule 10 und der Sekundärspule 11 wird das Fluid somit in entgegengesetzte Richtungen geleitet, wobei zur Vermeidung von Strömungswiderständen ein Kontakt des Fluides in diesem Bereich vermieden ist.

In dem dargestellten Ausführungsbeispiel sind vier baugleiche Gehäuseteile 2, 3, 4 und 5 vorgesehen, die zu einem Gehäuse der Sensoreinrichtung zusammengesetzt werden. Es ist natürlich auch möglich, die Gehäuseteile 2 und 3 sowie 4 und 5 jeweils einstückig auszubilden, so dass nur zwei Gehäuseteile miteinander verbunden werden. Zudem werden die Deckel 17 und 18 jeweils auf die Gehäuseteile 2, 3, 4 und 5 zur Bildung eines geschlossenen Strömungskanals aufgesetzt. Es ist natürlich möglich, für jedes Gehäuseteil 2, 3, 4 und 5 einen getrennten Deckel vorzusehen.


Anspruch[de]
Sensoreinrichtung, insbesondere Leitwertsensor für eine Spülmaschine, mit einer Rohrleitung, bestehend aus Leitungen (26, 27, 28, 29), die in Form einer "8" durchströmbar ist und als Joch eine Spulenanordnung mit einer Primärspule (10) und einer Sekundärspule (11) umgibt, welche im Bereich des Kreuzungspunktes der "8" angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Rohrleitung mindestens zwei miteinander verbundene Teile oder Baugruppen beinhaltet, zwischen denen eine Trennebene (19) senkrecht zu der durch die "8" aufgespannten Ebene verläuft, die derart angeordnet ist, dass sie vor dem Verbinden der beiden Teile ein Aufstecken der Spulenanordnung zulässt, wobei die der Primärspule (10) und der Sekundärspule (11) abgewandten Seiten mit zwei Deckeln (17) und (18) verschlossen sind. Sensoreinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Rohrleitung aus zwei identischen Teilen oder Baugruppen besteht. Sensoreinrichtung nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass im Bereich des Kreuzungspunktes der "8" die durchströmbaren Leitungen (26, 27, 28, 29) voneinander getrennt sind. Sensoreinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass an einer ersten Schleife ein Zulauf (6) und einer zweiten Schleife ein Ablauf (8) ausgebildet ist. Sensoreinrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass an dem Zulauf (6) und dem Ablauf (8) jeweils ein Stutzen zum Anschluss einer Zulaufleitung bzw. einer Ablaufleitung angeschweißt ist. Sensoreinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass vier identische Gehäuseteile (2, 3, 4, 5) vorgesehen sind, die jeweils mit einem der Deckel (17, 18) zur Bildung einer geschlossenen Rohrleitung verbunden sind. Sensoreinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass an den Gehäuseteilen (2, 3, 4, 5) Haltearme (13, 14, 15, 16) zur Befestigung einer Leiterplatte (21) ausgebildet sind. Sensoreinrichtung nach einem der Ansprüche 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Deckel (17, 18) in die Gehäuseteile (2, 3, 4, 5) zur Bildung gekrümmter Strömungswege eingreifen. Verfahren zur Herstellung einer Sensoreinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8 mit den folgenden Schritten:

• Aufstecken je einer Spulenanordnung (10, 11) auf einen mittleren Leitungsabschnitt (28, 29) einer ersten und einer zweiten Baugruppe;

• Einsetzen von Kernen in die Leitungen (26, 27, 28, 29);

• Verschweißen der ersten Baugruppe aus Gehäuseteilen (4, 5) mit der zweiten Baugruppe aus Gehäuseteilen (2, 3), so dass in den verschweißten Gehäuseteilen (2, 3, 4, 5) eine verzweigte Rohrleitung ausgebildet ist, die in Form einer "8" durchströmbar ist und

• Entfernen der Kerne nach dem Verschweißen.
Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass an einem Zulauf und einem Ablauf der Gehäuseteile (2, 3, 4, 5) je ein hülsenförmiger Stutzen (6, 8) angeschweißt wird. Verfahren nach einem der Ansprüche 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Gehäuseteile (2, 3, 4, 5) jeweils mit einem Deckel (17, 18) zur Bildung einer geschlossenen Rohrleitung verschweißt werden.






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