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Die Erfindung betrifft einen Tauchfühler gemäß dem Oberbegriff des Hauptanspruches.
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Ein solcher Tauchfühler zum Erfassen physikalischer Parameter von Fluiden, wie etwa der Wassertemperatur in einem Strömungskanal, ist in der
DE 20 2012 008 452 U1 näher beschrieben. Zur Aufnahme von Interface-, Mess- und/oder Anzeige-Schaltungen weist der Tauchfühler einen Anschlusskopf auf, bei dem es sich in der Regel um ein aus Kunststoff spritzgegossenes quaderförmiges Gehäuse handelt, ausgestattet mit abnehmbarem oder hochklappbarem, kappenförmigem Oberteil. Unter einer Öffnung im Boden des Anschlusskopf-Unterteiles ist eine Manschette angeformt, in der eine schlanke gewindelose metallene Schutzhülse verankert ist. Die nimmt einen Sensor auf, etwa einen passiven oder aktiven Temperatursensor, der stumpf gegen das Innere eines Deckels anliegt, mit dem die Schutzhülse an ihrem freien, dem Anschlusskopf abgewandten Stirnende fluiddicht verschlossen ist; oder der Sensor ist fluiddicht in das offene Stirnende der Schutzhülse eingepasst. Von dem Sensor her verlaufen durch die Schutzhülse hindurch Anschlusskabel in den Anschlusskopf hinein und dort an die erwähnten Schaltungen, oder zu einem bloßen Klemmenpaar für den Anschluss weiterführender Kabel.
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Nach der
DE 94 20 768 U weist eine tiefgezogene Hülse, zur Aufnahme eines eingepassten Temperatursensors bei ihrem geschlossenen Ende, zum Einsetzen durch eine Öffnung in einer massiven Rohr- oder Behälter-Wandung einen radialen Flansch auf, der von einem hohlen Gewindestopfen unter Zwischenlage eines Dichtungsringes innerhalb der Wandung ohne Selbstzentrierung axial gegen eine Schulter verspannt ist, welche die Öffnung umgibt. Elektrische Anschlussleitungen verlaufen vom Temperatursensor durch die Hülse und den Stopfen hindurch nach außen.
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Nach der
US 6,962,438 B2 sind die Hülse zur Aufnahme des Sensors und der hohle Gewindestopfen nicht unmittelbar in eine Behälterwand, sondern in eine zusätzliche Halterung montiert, die ihrerseits erst in eine Behälteröffnung einzuschrauben ist. Ein für einen Schlauchanschluss radial und axial gestauchtes Ende der Hülse greift mit hohlkegelstumpfförmigem Übergangsbereich zwischen der hier infolge Faltens der Hülsenwand zu einem Kragen ausgestellten Hülse und dem verjüngten Ende zentrierend in den Gewindestopfen ein.
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Einen vergleichbaren Einbau in eine Schraubhalterung zeigt die
US 1,675,210 .
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Bei handelsüblichen Tauchfühlern ist es anzutreffen, dass auf die Außenmantelfläche des dem Anschlusskopf zugewandten Stirnendes der Schutzhülse ein metallischer Rohrnippel aufzuschieben ist, der dann mit der Schutzhülse fluiddicht verschweißt wird. Die so bestückte Schutzhülse wird bis zum Anschlag eines Rohrnippel-Außengewindes durch die Öffnung im Anschlusskopf-Boden hindurch gesteckt und mit dem Außengewinde des Rohrnippels in die Öffnung, und durch diese hindurch in einen durch die Manschette verlaufenden Kanal hinein, verschraubt.
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Eine solche mehrteilige, vor ihrer Montage zunächst noch fluiddicht zusammenzubauende Schutzhülse ist allerdings logistisch und fertigungstechnisch aufwändig; und das Anziehen des Metallgewindes im Kunststoff-Boden ist wegen der Gefahr einer Beschädigung oder gar des Ausreißens infolge Einbringens eines zu starken Anzugmomentes funktionskritisch. In Erkenntnis solcher Gegebenheiten liegt vorliegender Erfindung die technische Problemstellung zugrunde, für die Aufnahme der Schutzhülse im Anschlusskopf eine konstruktiv weniger aufwändige und dabei doch qualitativ zuverlässigere Lösung anzugeben; wobei die Erfindung sich auf einen entsprechend verbessert ausgestatteten Tauchfühler insgesamt erstreckt.
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Die genannte Aufgabe ist erfindungsgemäß durch die im selbständigen Patentanspruch angegebenen wesentlichen Merkmale gelöst.
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Danach kann die Schutzhülse mangels Außengewindes vom Anschlusskopf her komplett durch dessen Boden-Öffnung hindurch in den darunter sich anschließenden Manschetten-Kanal hinein gesteckt sein. Das dem Anschlusskopf zugewandte Stirnende der Schutzhülse ist wenigstens geringfügig zu einem, im Verhältnis zur Länge des Schutzhülse axial kurzen, radial ausladenden Kragen aufgeweitet. Der Kragen kann im Längsschnitt stufig angelegt sein, vorzugsweise hat er aber eine hohlkegelstumpfartige Trichterform. Mittels der Außenmantelfläche dieses Kragens erfuhr die Schutzhülse beim Vorschieben durch den Kanal schließlich einen zentrierenden axialen Anschlag gegen eine vorzugsweise dem Trichter entsprechende stufige oder leicht konische Verjüngung im Kanal. Darunter ist die Schutzhülse von der Innenmantelfläche des Kanales im Reibschluss umgriffen.
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Zum Sichern gegen ein axiales Zurückgleiten der Schutzhülse in den Anschlusskopf hinein sowie zum Sichern der Zentrierung der Schutzhülse im anschlusskopffesten Kanal wurde, nach der Schutzhülse, ein mit einem Außengewinde ausgestatteter hohler Stopfen durch die Öffnung hindurch und in den Kanal eingeschraubt; bis die – vorzugsweise der Trichterform des Kragens entsprechende – leicht konisch sich verjüngende Front des Stopfens in den Kragen der Schutzhülse axial und radial eingriff. Dieser Stopfen besteht aus, vorzugsweise hartelastischem, Kunststoff, so dass beim Einschrauben dessen Außengewindes in die Boden-Öffnung und/oder in den sich anschließenden Kanal hinein eine mechanische Überbeanspruchung der relativ zueinander zu verdrehenden Kunststoffbereiche nicht mehr zu befürchten war; zumal nun nur noch der Stopfen zu verdrehen war, nicht mehr auch die im Kanal reibschlüssig gehalterte Schutzhülse. Diese praktisch verdrehfeste Passung fördert darüber hinaus in wünschenswerter Weise den fluiddichten Verschluss des Innenraumes des Anschlusskopfes gegenüber der Arbeitsumgebung der Schutzhülse.
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Für das Einbringen des Drehmomentes zu seinem Einschrauben verfügt der Stopfen über ein oberhalb der Boden-Öffnung zugängliches, radial vorstehend vorzugsweise flanschförmig umlaufendes Mehrkantprofil. Um, im Interesse einer biegemomentenfreien Zentrierung der Schutzhülse im Kanal, Verkantungen oder konstruktive Überbestimmungen beim axialen und radialen Einspannen des Kragens der Schutzhülse, aber auch Überbeanspruchungen des Mehrkantprofiles oder des Gewindeeingriffes, zuverlässig zu vermeiden, wurde der Stopfen vorzugsweise nicht bis zum Anschlag seines Mehrkantprofiles gegen den Boden angezogen, sondern ein axialer Freiraum zwischen beiden belassen.
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Diese Montage lässt sich praktisch vollkommen automatisieren, indem zunächst die Schutzhülse und dann der Stopfen von Vibrationsförderern oder dergleichen Manipulatoren durch die Boden-Öffnung hindurch unter dort noch hinreichendem radialem Spiel in den Kanal eingeworfen werden; woraufhin ein Schraubautomat mit einem Innenmehrkant-Haubenschlüssel das Mehrkantprofil formschlüssig übergreift und mit Einschrauben des Stopfens durch die Öffnung hindurch in den Kanal hinein unter axialem Eingriff der Stopfen-Front in den Kragen der Schutzhülse diese bis zur Anlage der Verjüngung durch Kanal vorschiebt und damit die Schutzhülse im Kanal positioniert und montiert.
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Zusätzliche Weiterbildungen und Alternativen im Rahmen der erfindungsgemäßen Lösung ergeben sich aus den weiteren Ansprüchen und, auch unter Berücksichtigung vom deren Vorteilen, aus nachstehender Beschreibung eines bevorzugten Realisierungsbeispiels der Erfindung. Die Zeichnung veranschaulicht etwa maßstabsgerecht skizziert die Ausstattung des Anschlusskopfes eines erfindungsgemäßen Tauchfühlers mit seiner Sensor-Schutzhülse. In der Zeichnung zeigt:
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1 eine Schutzhülse mit ihrem Kragen im Axial-Längsschnitt,
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2 ebenfalls im Axial-Längsschnitt einen Kunststoff-Stopfen mit seinem Durchlass, umgeben vom Mehrkantprofil und vom dagegen axial versetzten Außengewinde, sowie
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3 den Tauchfühler mit seiner, mittels des Stopfens im Anschlusskopf-Boden verankerten, Schutzhülse.
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Das in abgebrochenem Längsschnitt skizzierte Unterteil des vorzugsweise im glaskugelverstärkten Kunststoff-Spritzguss erstellten Anschlusskopfes 11 eines Tauchfühlers 12 weist in seinem Boden 13 eine durchgehende Öffnung 14 auf. An die schließt sich eine unter dem Boden 13 montierte oder vorzugsweise wie dargestellt angeformte Manschette 15 an, die koaxial von einem Kanal 16 durchzogen ist. Dessen Querschnitt weist, vom Boden 13 fort gerichtet, eine leichte, konische oder stufige, Verjüngung 17 auf.
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Eine metallische, etwa aus Edelstahl gezogene schlanke Schutzhülse 18 ist an ihrem freien Stirnende 19 mittels eines ebenen Deckels 20 hermetisch, etwa stoffschlüssig, verschlossen. Das gegenüberlegende, dem Anschlusskopf 11 zugewandte Stirnende 21 der Schutzhülse 18 ist, etwa durch Kaltumformen, zu einem axial kurzen hohlkegelstumpfförmigen Kragen 22 aufgeweitet.
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Diese Schutzhülse 18 ist mit ihrem Deckel 20 voraus vom Anschlusskopf 11 her, durch dessen Boden-Öffnung 14 hindurch, in den Kanal 16 der Manschette 15 eingeführt. Vor ihrem anschlusskopfabgelegenen Austritt aus dem Kanal 16 erfährt die Schutzhülse 18 auf ihrer Außenmantelfläche längs der Innenmantelfläche der Hohlzylinderwandung des Kanales 16 eine Zentrierung infolge radialer Reib- oder Presspassung.
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Dennoch könnte die Schutzhülse 18 bei entsprechender axialer Belastung in den Anschlusskopf 11 zurückgeschoben werden. Das ist jedoch dadurch zuverlässig unterbunden, dass der Schutzhülse 18 durch die Öffnung 14 hindurch und in den Kanal 16 hinein ein aus Kunststoff geformter Stopfen 23 mit leicht konisch verjüngter Front 28 und koaxialem Durchlass 24 nachgesteckt wurde, nämlich zunächst bis zu axialem Anschlag seines Außengewindes 25 im Anschlusskopf 11 gegen dessen Boden 13. Das Gegengewinde in der Boden-Öffnung 14 und im angrenzenden Bereich des Kanales 16 kann hier als Innengewindehülse eingebracht sein; es genügt aber, das Kunststoff-Außengewinde 25 des Stopfens 23 in ein eingepresstes oder anderweitig vorprofiliertes Innengewinde einzuschrauben, da nur der Stopfen 23 verdreht werden muss, nicht auch die reibschlüssig im Kanal 16 gehalterte Schutzhülse 18.
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Mittels Werkzeugangriffes gegen ein flanschartig umlaufendes Mehrkant-Profil 26 an seinem, im Anschlusskopf 11 gelegenen, Ende 27 wurde der zunächst unter radialem Spiel eingeführte Stopfen 23 dann mit seinem Außengewinde 25 durch die Öffnung 14 im Boden 13 hindurch in den sich anschließenden Bereich des Kanales 16 hinein geschraubt; und zwar bis zu koaxial zentrierendem Eingriff der leicht verjüngten Stopfen-Front 28 in den konisch, trichterförmig sich verjüngenden Kragen 22 der Schutzhülse 18 hinein. Dadurch ist die Schutzhülse 18 bis zum axialen, radial zentrierenden Anschlag ihres radial ausladenden Kragens 22 gegen die im Kanal 16 koaxial umlaufende Verjüngung 17 axial angepresst. Ein Drehmoment wurde dafür nur über das Mehrkantprofil 26 auf den Stopfen 23 ausgeübt, aber praktisch nicht auch auf die in ihrem Manschetten-Kanal 16 gehalterte Schutzhülse 18. Die zur Montage aufgetretene mechanische Beanspruchung der Gewindepaarungen mit dem kunststoffgeformten Stopfen-Außengewinde 25 war deshalb wünschenswert niedrig.
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Zwischen dem Boden 13 und dem Mehrkant-Profil 26 verbleibt zweckmäßigerweise letztlich ein geringer lichter axialer Freiraum 29, wodurch konstruktive Überbestimmungen und abermals Überbeanspruchungen des Mehrkantprofiles 26 beziehungsweise des durch die Öffnung 14 hindurch in den Kanal 16 eingeschraubten Außengewindes 25 zuverlässig vermieden sind. Auch bei im Zuge der Automatenmontage nicht exakt koaxialer Positionierung des Stopfens 23 wird durch den Freiraum 29 vermieden, dass ein womöglich bis zum Anschlag des Mehrkantprofiles 26 gegen den Boden 13 angezogener Stopfen 23 sich infolge dieser Anlage gegen den Boden 13 verspannt.
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Durch das Einlegen einer Dichtung insbesondere in Form eines O-Ringes 30 zwischen dem Kragen 22 der Schutzhülse 18 und der Verjüngung 17 im Kanal 16, mit der die Schutzhülse 18 ausgestattet sein kann oder der vor dem Einstecken der Schutzhülse 18 durch die Öffnung 14 in den Kanal 16 eingeführt und auf die Verjüngung 17 aufgebracht wurde, ist zusätzlich sichergestellt, dass Feuchtigkeit oder sonstiges Medium nicht durch einen Ringspalt zwischen der Außenmantelfläche der metallenen Schutzhülse 18 und der Innenmantelfläche des Kanales 16 durch die Kunststoff-Manschette 15 in den Anschlusskopf 11 eindringen kann. Solche Ringspalte können, selbst wenn sie bei der Fertigung zuverlässig vermieden wurden, später aufgrund des unterschiedlichen thermischen Ausdehnungsverhaltens der einander berührend benachbarten unterschiedlichen Materialien wie hier Metall und Kunststoff auftreten.
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Bei einem Tauchfühler 12 mit einer schlanken metallischen Schutzhülse 18, die durch eine Öffnung 14 im Boden 13 eines im Kunststoff-Spritzguss erstellten Anschlusskopfes 11 hindurch bis in einen Kanal 16 unter dem Anschlusskopf 11 eingeführt ist, erfolgt also erfindungsgemäß die Positionierung und Festlegung einer außengewindefreien Schutzhülse 18 mittels eines mit einem axialen Durchlass 24 und einem Außengewinde 25 ausgestatteten Kunststoff-Stopfens 23. Der ist durch die Öffnung 14 hindurch in den Kanal 16 eingeschraubt, bis seine vorzugsweise konisch verjüngte Front 28 in einen entsprechend radial ausladenden, trichterförmigen Kragen 22 am rückwärtigen Ende der Schutzhülse 18 eingreift und diese axial gegen eine entsprechend profilierte Verjüngung 17 im Kanal axial verspannt.
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Bezugszeichenliste
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- 11
- Anschlusskopf (von 12)
- 12
- Tauchfühler (mit 11 und 18)
- 13
- Boden (von 11)
- 14
- Öffnung (durch 13, für 18 und 23)
- 15
- Manschette (unter 13, mit 16)
- 16
- Kanal (unter 14, durch 15)
- 17
- Verjüngung (in 16 unterhalb 14, für 22)
- 18
- Schutzhülse (von 12, an 11)
- 19
- Stirnende (von 18 abgewandt von 11, bei 20)
- 20
- Deckel (Verschluss von 18 bei 19)
- 21
- Stirnende (von 18 hingewandt zu 11, 20 axial gegenüber)
- 22
- Kragen (an 21, auf 17 in 16)
- 23
- Stopfen (von 11 durch 14 hindurch in 16 hinein bis gegen 22)
- 24
- Durchlass (durch 23)
- 25
- Außengewinde (von 23, in 14–16)
- 26
- Mehrkant-Profil (bei 27 an 23)
- 27
- Ende (von 23 mit 26 in 11)
- 28
- Front (von 23 gegen 22)
- 29
- Freiraum (zwischen 26 und 13)
- 30
- O-Ring (zwischen 22 und 17)