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I. Anwendungsgebiet
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Die Erfindung betrifft einen magnetostriktiven
Wegsensor.
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II. Technischer Hintergrund
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Ein magnetostriktiver Wegsensor umfasst
einen in der Regel draht- oder rohrförmigen, 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 Richtungen 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.
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Hinsichtlich der Montage ist es z.B.
aus der
EP 0 882 212 und
US 5,313,160 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 Kopfplatine 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.
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Dies erhöht jedoch den Aufwand und damit Preis
für die
Herstellung des Sensor-Elementes.
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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 Umgehäuse, 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.
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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.
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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.
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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 Vorgehensweise 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.
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b) Lösung der Aufgabe
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Diese Aufgabe wird durch die Merkmale
in den Ansprüchen
1, 19 und 26 gelöst.
Vorteilhafte Ausführungsformen
ergeben sich aus den Unteransprüchen.
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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.
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Es liegen dann zwar die auf der Kopfplatine angeordneten
Bauteile frei zugänglich
vor, da jedoch das gesamte Sensor-Element niemals offen, sondern immer
eingebaut in ein weiteres, stabiles Umgehäuse, insbesondere ein Schutzprofil,
erfolgt, ist dies in der Praxis kein Nachteil.
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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.
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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 plattenförmiges
Segment von deutlich weniger als 180° des runden Rohrumfanges darstellt,
und die Kopfplatine nur mit ihrer Unterseite auf diesem fast plattenförmigen Fortsatz
aufzulegen.
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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 Platine 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.
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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.
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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.
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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.
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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 5 Volt/0,5 bis 4,5 Volt/CAN-Bus/Profi-Bus/Device-Net-Bus/SSI/Endat) untergebracht
werden soll, wird die Kopfplatine größer sein müssen als bei Unterbringung
lediglich der Komponenten für
die elektrische Signalerzeugung.
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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.
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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.
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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.
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Je nach Durchmesser der Detektor-Spule
ist deren Anordnung zur Hauptplatine sowie die Breite und/oder Dicke
des Fortsatzes so gewählt,
dass diese Spule entweder 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.
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An dem von der Kopfplatine gegenüberliegenden
vorderen Ende kann vor allem der umfänglich geschlossene, rohrtörmige Stützkörper dicht
verschlossen sein, etwa durch eine Kappe. Vorzugsweise jedoch ist
auch ein rohrförmiger,
also hinsichtlich 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.
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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.
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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
vorgesehen, die aus einem dämpfenden
Formkörper
oder auch einem dämpfenden
Kleber zwischen den beiden Bauteilen bestehen kann.
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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.
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Bei voneinander getrenntem Innendurchmesser
und übrigem
Freiraum im Inneren des Schutzprofiles kann die dazwischen verlaufende Schottwand
so dick ausgebildet 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 Durchgangsöffnungen
kann auf einfache Art und Weise eine Verschraubung des Schutzprofiles
an einer anderen Baugruppe erfolgen, ohne dass die Außenkontur
des Schutzprofiles Fortsätze
oder Vorsprünge
aufweisen muß zum
Ansetzen von Halteklammern etc. und dadurch kann ein insgesamt glatter,
absatzfreier, stetiger Außenumfang
erzielt werden.
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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 Vermeidung von vorzufertigenden, speziell geformten, Flachdichtungen
erheblich verringert.
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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 ausgebildet werden kann.
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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 wenigstens
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.
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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 anderen Bauteil ausgestattet sein können.
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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.
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Eine Ausführungsform gemäß der Erfindung ist
im folgenden anhand der Figuren beispielhaft näher beschrieben. Es zeigen:
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1:
eine Aufsicht auf das Sensor-Element,
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2a:
eine Seitenansicht gemäß 1,
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2b:
eine Aufsicht auf eine andere Bauform des Sensor-Elementes
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3:
eine Frontansicht gemäß 1,
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4:
Schnittdarstellungen des Schutzprofiles,
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5a:
den Wegsensor in Frontansicht,
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5b:
eine andere Bauform des Wegsensors in Frontansicht
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6:
einen Längsschnitt
durch den Endbereich des Sensors.
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Die 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.
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Anstelle eines geradlinig verlaufenden
Wellenleiters im Stützkörper kann
es sich auch um einen gekrümmten,
insbesondere ringförmig
und kreisförmig
gekrümmten;
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.
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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 rohrförmiger Stücke mit homogener oder zellförmiger Struktur,
z. B. eines Schaumschlauches 26 gegenüber dem Innendurchmesser des
Stützkörpers 1.
Ein isolierter Rückleiter 27 ist
zwischen dem Außenumfang
dieses Schlauches 26 und dem Innenumfang des Rohres angeordnet.
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Am vorderen, in den 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.
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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.
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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 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.
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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 3 dargestellt.
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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.
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Eine andere Form der Aussparung zeigt
in der Aufsicht 2b,
und betrachtet in Meßrichtung auch 5b:
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Wie am besten in 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.
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Zusätzlich ist bei der Lösung gemäß 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.
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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.
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Wie die 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 Bauelement,
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.
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Dies dient dem Ziel, dass die Platine 2 samt ihrer
Bestückung – in der
Seitenansicht, 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 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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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 scharfkantigen 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.
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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 4 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. 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.
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3 zeigt
auch, dass auf der einen Seite, in 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.
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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 5a dargestellt.
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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.
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In 4a sind
die beiden Hälften
des Profiles in unterschiedlichen Varianten dargestellt:
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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.
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Vor allem wenn diese Fortsätze 15 nicht
vorhanden sind, wie in 4a in
der rechten Bildhälfte oder 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 untergebrachten Wellenleiter 3 zu
positionieren, was eine sehr flexible Applikation des Sensors im
jeweiligen Anwendungsfall ermöglicht.
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Die Außenflächen 18a, b sind – abgesehen ggf.
von diesen überstehenden
Fortsätzen
und dem dadurch zum Rest der Kontur bestehenden Übergängen – glatt, um ein Verhaken anderer
Gegenstände zu
vermeiden.
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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 5 dargestellt.
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Die Lücke, welche die Verbindung
des Innenumfanges 21 zum Rest des Freiraumes 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 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.
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In der linken Bildhälfte der 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, dessen Stützkörper 1 sich in dem
gegenüberliegenden
Innenumfang 21 befindet.
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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.
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Darüber hinaus zeigen die 4b und 4c weitere Bauformen des Schutzprofiles:
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Gemeinsam ist den beiden Lösungen der 4b und 4c, dass sie eine glatte, kantenfreie
Außenkontur
im Querschnitt besitzen, ohne die Fortsätze 15 gemäß 4a. Um dieses Schutzprofil 20' dennoch an
angrenzenden Bauteilen befestigen 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 4b dargestellt,
ohne dass diese Durchgangsöffnungen 32 im
Inneren Verbindung zum Innenumfang 21' oder dem Freiraum 19 haben.
-
Während
in 4b in beiden Endbereichen des
Schutzprofiles 20' jeweils
ein Innenumfang 21' ausgebildet
ist, weist die Bauform gemäß 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 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 6 dargestellt,
wird zu diesem Zweck die Innenkontur des Schutzprofiles 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.
-
- 1
- Stützkörper
- 2
- Kopfplatine
- 2a
- Unterseite
- 2b
- Schmalseite
- 3
- Wellenleiter
- 4
- Villary-Bändchen
- 5
- Detektor-Spule
- 5a
- Öffnung
- 6
- Endpol
- 7
- Frontkappe
- 8
- Stecker
- 9,
9'
- Fortsatz
- 10
- Messrichtung
- 11
- Aussparung
- 12
- Durchbruch
- 13
- Dämpfer
- 14
- Kleber
- 15
- Fortsatz
- 16
- Endkappe
- 16a
- Abschlussplatte
- 16b
- Stopfenteil
- 17
- Steg
- 18a,
b
- Außenfläche
- 19
- Freiraum
- 20
- Schutzprofil
- 21,
21'
- Innenumfang
- 22
- Element
- 23
- Längsmittelebene
- 24
- Steg
- 25
- Nut
- 26
- Schaumschlauch
- 27
- Rückleiter
- 28
- Positionsmagnet
- 29
- glatte
Kontur
- 30
-
- 31
- Schottwand
- 32
- Durchgangsöffnungen
- 33
- Stützelement
- 34
- Schlitz
- 35
- Kleber
- 36
- O-Ring