DE102020118819A1

DE102020118819A1 - Mechatronischer Strömungssensor

Info

Publication number: DE102020118819A1
Application number: DE102020118819.6A
Authority: DE
Inventors: Berthold Schocker; Tobias Bieg; Krzysztof Charewicz
Original assignee: IFM Electronic GmbH
Current assignee: IFM Electronic GmbH
Priority date: 2020-07-16
Filing date: 2020-07-16
Publication date: 2022-01-20

Abstract

Bei einem mechatronischen Strömungssensor weist die Sensorhalterung 1 einen Mindestabstand zur Innenwand einer Führungsachse 10, auf der ein Schiebelement 12 verschiebbar gelagert ist und dessen Position von der Strömungsgeschwindigkeit des zu messende Mediums abhängt, auf, um die Wärmeleitung hin zur Sensorhalterung 1 zu verringern

Description

Die Erfindung betrifft einen mechatronischen Strömungssensor gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Aus der DE 10 2004 028 759 ist ein gattungsgemäßer mechatronischer Strömungssensor bekannt, bei dem die Position eines Schiebeelements das auf einer Führungsachse verschiebbar gelagert ist, mit einem induktiven Sensor erfasst wird. Das Schiebelement weist am vorderen Ende einen kegelförmigen Adapter mit einem Bund auf, der passend zu einem Ventilsitz in einem Schrägsitzventilgehäuse ausgebildet ist.
Verschiedene mechatronische Strömungssensoren werden von der Anmelderin unter anderem unter der Bezeichnung SBY bzw. SBU hergestellt und vertrieben. Alternativ kann die Position des Schiebeelements auch mit einem anderen Sensor z. B. mit einer GMR-Zelle, die im Innern der Führungsachse angeordnet ist und einem am Schiebelement vorgesehene Magnete, erfasst werden.
Die bekannten typischen mechatronischen Strömungssensoren sind bis ca. 80-120° C einsetzbar und deshalb nicht für Hochtemperaturanwendungen (ca. 220°C) und schon gar nicht für Drücke bis 50 bar geeignet. Derartige Bedingungen können unter anderem beim Temperieren von Spitzgusswerkzeugen auftreten.
Aufgabe der Erfindung ist es einen mechatronischen Strömungssensor anzugeben, der für Hochtemperaturanwendungen bis zu 220° C und für hohe Drücke bis 50bar geeignet ist, und der einfach und kostengünstig aufgebaut ist.
Gelöst wird diese Aufgabe durch die im Anspruch 1 angegebenen Merkmale.
Die wesentliche Idee der Erfindung besteht darin, dass für den Sensor eine Sensorhalterung vorgesehen ist, die die Innenwand der Führungsachse nicht berührt, wodurch die Wärmeübertragung vom Sensorgehäuse zur Sensorhalterung verringert wird. Zusätzlich ist im Inneren des Sensorgehäuses ein Luftkanal vorgesehen, der bis zur Umgebungsluft reicht. Damit wird die Spitze der Sensorhalterung ausreichend „gekühlt“.
Nachfolgend ist die Erfindung anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert.
Es zeigen:

1 Aufsicht eines mechatronischen Strömungssensor im eingebauten Zustand teilweise geschnitten;
2 Längsschnitt eines mechatronischen Strömungssensors gemäß 1
3 Längsschnitt eines erfindungsgemäßen mechatronischen Strömungssensor

In 1 ist ein mechatronischer Strömungssensor 1 bestehend aus einem Sensorgehäuse 3 im eingebauten Zustand dargestellt. Das Sensorgehäuse 3 ist in ein ¾ Zoll Gewindeanschluss eines Schrägsitzventilgehäuses eingeschraubt. Das Schrägsitzventilgehäuse weist insgesamt drei Gewindeanschlüsse 102 auf. Die Strömungsrichtung des zu messenden flüssigen bzw. gasförmigen Mediums ist durch einen Pfeil gekennzeichnet.
Aus dem mit einem Deckel 5 verschlossenen Sensorgehäuse 3 ragt eine Hülse 7, in der ein Anschlusskabel 200 geführt wird. Am Ende des Anschlusskabels 200 ist eine Elektronikmodul 300 mit integriertem Stecker vorgesehen. Im Elektronikmodul findet die Signalauswertung, der von einem Sensorelement gelieferten Signale, und die Signalaufbereitung statt.
In 2 ist eine Schnittdarstellung des mechatronischen Strömungssensors gemäß 1 vergrößert dargestellt. An dem Sensorgehäuse 3, ist eine Führungsachse 10 angeordnet, die zu einem großen Teil aus dem Sensorgehäuse 3 herausragt. Auf der Führungsachse 10 ist ein Schiebeelement 12 verschiebbar gelagert. Das Schiebeelement 12 kann entgegen der Kraftwirkung einer Feder 14 in Richtung des Sensorgehäuses 3 verschoben werden. Das Schiebeelement 12 besteht aus einem Führungsrohr 16 aus Kupfer und einem Adapter 18 aus PPF. Im Adapter 18 wird ein Magnet 20 gehalten, der eine relativ hohe Curie-Temperatur besitzt.
3 zeigt den erfindungsgemäßen mechatronischen Strömungssensor. Das Sensorgehäuse 3 ist zweiteilig aufgebaut. Es besteht aus einem Stopfen 5 aus VA und einer Ronde 4 aus PPS-GF40. Am Stopfen 5 der Teil des Sensorgehäuses 3 ist, ist eine Führungsachse 10 für das Schiebelement 12 vorgesehen, das gegen eine Feder 7 verschiebbar ist. Die Position des Schiebeelements 12 wird mit Hilfe eines Sensorelements 22 z. B. einer GMR-Zelle erfasst. Hierfür weist das Schiebelement 12, das aus Führungsrohr 12a und einem Adapter 12b besteht, am Adapter 12b einen Magneten 22a auf, dessen Abstand vom Sensorelement 22 detektierbar ist.
Das Sensorelement 22 ist am vorderen Ende einer rohrförmigen Sensorhalterung 1 fixiert. Die Sensorhalterung ist in die Ronde 4 eingeschraubt. Zur Verschraubung ist an der Sensorhalterung 1 ein entsprechendes Außengewinde 24 vorgesehen, das eine Anflachung aufweist. Dadurch wird eine Luftzirkulation zum Innenraum des Sensorgehäuses 3 ermöglicht. Die Sensorhalterung 1 berührt die Innenwand des Sensorgehäuses 3 an keiner Stelle.
4 zeigt die Sensorhalterung 1, die quasi eine Heatpipe darstellt, in Einzeldarstellung. Mit dem Sensorelement 22 (GMR-Zelle) am vorderen Ende 1a und einem Kabelabgang 26 am hinteren Ende 1b.
Nachfolgend ist die Funktion der Erfindung näher erläutert. Der dem Medium zugewandte Teil des Stopfens 5 kann bis zu 220° erhitzt werden. In diesem Bereich können auch Drücke bis zu 50 bar auftreten. Der einstückige Stopfen 5 aus VA-Stahl verschließt die Öffnung zum Mediumsbereich zuverlässig und langzeitstabil. Hier ist eine sichere langzeitstabile Abkapselung zum Mediumsbereich hin gegeben.
Durch den Mindestabstand zwischen der Innenwand der Führungsachse 10 und der Sensorhalterung 1 in diesem Bereich ist eine gute thermische Abschirmung gegeben.
Die Luft kann aus diesem Bereich über einen Luftkanal, der sich vom hinteren Umgebungsbereich der Sensorhalterung 1, die auch nicht am Sensorgehäuse 3 d.h. an der Ronde 4 anliegt und die Anflachung am Außengewinde 24 erstreckt, aus bzw. einströmen. Damit ist eine gute Luftzirkulation und somit ein effektiver Abtransport der eingebrachten Wärmemenge gewährleistet. Eine Kappe 3 aus eloxiertem Aluminium mit mehreren Bohrungen, die auf dem Ende der Sensorhalterung 1, sitzt, trägt zusätzlich noch zum Wärmeabtransport bei.
Mit der Erfindung ist es möglich, dass bei einer Mediumstemperatur von 220° C, der vordere Teil der Sensorhalterung 1 im Bereich des Sensorelements 22 die Temperatur nur 120° C und am Ende der Sensorhalterung sogar nur noch 60° C beträgt.
Dadurch dass das Sensorgehäuse 3 zweiteilig ausgeführt ist, kann eine vollständige Kapselung des Mediumsbereich erzielt werden, die Drücke bis 50 bar zulässt.
In vorteilhafter Weise ist die Ronde 4 aus PPS-GF40 und der Stopfen 5 aus VA Stahl.
Die Sensorhalterung 1 ist aus Kupfer einem sehr guten Wärmeleiter.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

DE 102004028759 [0002]

Claims

Mechatronischer Strömungssensor mit einem Sensorgehäuse (3), an dem eine Führungsachse (10) angeordnet ist, auf der ein Schiebeelement (12) gegen eine Federkraft verschiebbar gelagert ist und einem im Innenraum der Führungsachse (10) angeordneten Sensorelement (22), das die von der Strömungsgeschwindigkeit des zu messenden Mediums abhängige Position des Schiebelements (12) erfasst, dadurch gekennzeichnet, dass das Sensorelement (22) am vorderen Ende (1a) einer rohrförmigen Sensorhalterung (1) fixiert ist, wobei die Sensorhalterung (1) in das Sensorgehäuse (3) einschraubbar ist und im verschraubten Zustand die Sensorhalterung (1) einen Mindestabstand zur Innenwand der Führungsachse (10) aufweist, wobei die Sensorhalterung (1) zur Verschraubung ein Außengewinde (24) aufweist, an dem eine Anflachung vorgesehen ist, die als Endabschnitt eines Luftkanals dient, der bis zum vorderen Ende der Sensorhalterung reicht, um eine Luftzirkulation zwischen der Umgebungsluft und dem vorderen Ende der Sensorhalterung zur ermöglichen.
Mechatronischer Strömungssensor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Sensorgehäuse (3) aus einer Ronde (4) und einem Stopfen (5) besteht.
Mechatronischer Strömungssensor nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Ronde (4) aus PPS und der Stopfen (5) aus VA-Stahl gefertigt sind.
Mechatronischer Strömungssensor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Sensorhalterung (1) aus Kupfer besteht
Mechatronischer Strömungssensor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass bei einer Temperatur des Mediums von 200° das vordere Ende (1a) der Sensorhalterung (1) eine Temperatur von ca. 120° C und das hintere Ende (1b) der Sensorhalterung (1) im Außenbereich eine Temperatur von ca. 60° C aufweist.