AT514083A4

AT514083A4 - Coolable sensor

Info

Publication number: AT514083A4
Application number: ATA50209/2013A
Authority: AT
Inventors: Franz Steinbrugger; Wolfgang Michelitsch; Martin Dipl Ing Baumgartner
Original assignee: Piezocryst Advanced Sensorics
Priority date: 2013-03-27
Filing date: 2013-03-27
Publication date: 2014-10-15
Also published as: AT514083B1; CH707802A2; DE102014102136B4; DE102014102136A1; CH707802B1

Abstract

Die Erfindung betrifft einen kühlbarer Sensor (1), beispielsweise Drucksensor, mit einem im Wesentlichen rotationssymmetrischen Sensorgehäuse (2), das einen vorzugsweise piezoelektrischen Messwandler aufnimmt und an der Rückseite (7) parallel zur Achse (1’) des Sensors (1) ausgerichtete Zu- und Abflussleitungen (3,4) für ein Kühlmedium aufweist, wobei am Sensorgehäuse (2) Angriffsflächen (5) für ein Montagewerkzeug (10) ausgebildet sind. Erfindungsgemäß liegen die Zu- und Abflussleitungen (3, 4) für das Kühlmedium zumindest teilweise außerhalbeiner die Angriffsflächen (5) aufnehmenden Umfangsfläche (6) des Sensorgehäuses und innerhalb eines maximalen Außendurchmessers (D) des Sensorgehäuses, wodurch kompakte Abmessungen bei ausreichenden Strömungsquerschnitten erreicht werden.The invention relates to a coolable sensor (1), for example a pressure sensor, having a substantially rotationally symmetrical sensor housing (2) which accommodates a preferably piezoelectric transducer and is aligned with the rear side (7) parallel to the axis (1 ') of the sensor (1) - And drain lines (3,4) for a cooling medium, wherein the sensor housing (2) engaging surfaces (5) for an assembly tool (10) are formed. According to the invention, the inlet and outlet lines (3, 4) for the cooling medium are at least partially outside of the peripheral surface (6) of the sensor housing receiving the engagement surfaces (5) and within a maximum outer diameter (D) of the sensor housing, whereby compact dimensions are achieved with sufficient flow cross sections.

Description

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Die Erfindung betrifft einen kühlbaren Sensor, beispielsweise Drucksensor, mit einem im Wesentlichen rotationssymmetrischen Sensorgehäuse, das einen vorzugsweise piezoelektrischen Messwandler aufnimmt und an der Rückseite parallel zur Achse des Sensors ausgerichtete Zu- und Abflussleitungen für ein Kühlmedium aufweist, wobei am Sensorgehäuse Angriffsflächen für ein Montagewerkzeug ausgebildet sind.The invention relates to a coolable sensor, such as a pressure sensor, having a substantially rotationally symmetrical sensor housing, which accommodates a preferably piezoelectric transducer and aligned at the back parallel to the axis of the sensor inlet and outlet lines for a cooling medium, wherein formed on the sensor housing attack surfaces for a mounting tool are.

Derartige Sensoren werden vorzugweise zur Druckmessung im Bereich von Brennkraftmaschinen und Gasturbinen bei hohen Betriebstemperaturen eingesetzt. Um die Funktion derartiger Sensoren auch bei hohen Temperaturen zu gewährleisten müssen diese gekühlt werden, wobei an den Messorten meist nur sehr kleine Einbaumaße zur Verfügung stehen und daher gekühlte Drucksensoren mit geringem Außendurchmesser bevorzugt. Schwierig ist es daher, an der Rückseite des Sensorkörpers die für die Kühlwasserführung notwendigen Zu- und Abflussleitungen sowie: Anschlussnippel wie das elektrische Anschlusskabel des Sensors anzubringen.Such sensors are preferably used for pressure measurement in the field of internal combustion engines and gas turbines at high operating temperatures. In order to ensure the function of such sensors even at high temperatures, they must be cooled, with only very small installation dimensions usually being available at the measuring locations and therefore preferred cooled pressure sensors with a small outer diameter. It is therefore difficult to attach to the back of the sensor body necessary for the cooling water supply inlet and outlet lines and: connection nipple as the electrical connection cable of the sensor.

Die Erfindung betrifft auch kühlbare Kraft-, Dehn-, Drehmoment- und Beschleunigungssensoren, die bei hohen Betriebstemperaturen eingesetzt werden.The invention also relates to coolable force, strain, torque and acceleration sensors used at high operating temperatures.

In diesem Zusammenhang ist aus der JP 56104229 A ein Drucksensor bekannt geworden, der an der Rückseite des Sensorkörpers Angriffsflächen für ein Montagewerkzeug in Form einer Sechskantmutter aufweist, wobei die Anschlussnippel für das Kühlmedium innerhalb der Kontur der Angriffsflächen angeordnet sind.In this context, from JP 56104229 A a pressure sensor has become known, which has on the back of the sensor body attack surfaces for a mounting tool in the form of a hex nut, wherein the connection nipple for the cooling medium are arranged within the contour of the attack surfaces.

Weiters ist aus der DE 20 2010 003133 Ul ein mit Kühlwasser gekühlter Drucksensor bekannt, dessen Zu- und Abflussleitungen ebenfalls innerhalb der Umfangsfläche der Sechskantmutter angeordnet sind. Die Gehäuseinnenkontur des Sensors ist hier oval ausgebildet, um zusammen mit einem rotationssymmetrischen Sensorkörper bei Drucksensoren mit geringem Außendurchmesser bessere Strömungsverhältnisse von der Zuflussseite zur Abflussseite herzustellen.Furthermore, from DE 20 2010 003133 Ul a cooled with cooling water pressure sensor is known, the inlet and outlet lines are also disposed within the peripheral surface of the hex nut. The housing inner contour of the sensor is here oval in order to produce better flow conditions from the inflow side to the outflow side together with a rotationally symmetrical sensor body in pressure sensors with a small outer diameter.

Bei derartigen Drucksensoren, beispielsweise der Größe M8, werden zur Montage herkömmliche Standardrohrsteckschlüssel verwendet, für die üblicherweise Montagebohrungen mit einem Bohrungsdurchmesser > 14 mm erforderlich sind. 2/9 2 Für engere Montagebohrungen bis 12 mm Durchmesser wird ein sogenannter Stiftschlüssel verwendet, der an der Frontseite zwei Passstifte aufweist, die in den Drucksensor Eingreifen. Bei der Montage und Demontage von gekühlten Drucksensoren mit einem Stiftschlüssel werden viele Sensoren zerstört, wenn der Stiftschlüssel nicht richtig aufgesetzt wird und dadurch die Zu- und Abflussleitungen für das Kühlmedium beschädigt werden. Weiters können die Passstifte des Stiftschlüssels verbogen oder abgebrochen werden.In such pressure sensors, for example of size M8, conventional standard pipe socket wrenches are used for assembly, for which usually mounting holes with a bore diameter > 14 mm are required. 2/9 2 For narrower mounting holes up to 12 mm in diameter, a so-called pin wrench is used, which has two dowel pins on the front which engage in the pressure sensor. When installing and removing cooled pressure sensors with a pin wrench, many sensors will be destroyed if the pin wrench is not attached correctly, damaging the coolant supply and discharge lines. Furthermore, the dowel pins of the pin wrench can be bent or broken off.

Aufgabe der Erfindung ist es, einen kühlbaren Sensor der eingangs beschriebenen Art derart zu verbessern, dass auf konstruktiv einfache Weise genügend Platz für die erforderlichen Zu- und Abflussleitungen für das Kühlmedium sowie für die Angriffsflächen des Montagewerkzeugs bereit gestellt wird. Weiters soll ein robustes Montagewerkzeug für derartige kühlbare Sensoren entwickelt werden.The object of the invention is to improve a coolable sensor of the type described above such that sufficient space for the required inflow and outflow lines for the cooling medium and for the attack surfaces of the assembly tool is provided in a structurally simple manner. Furthermore, a robust assembly tool for such coolable sensors is to be developed.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst/ dass die Zu- und Abflussleitungen für das Kühlmedium zumindest teilweise außerhalb einer die Angriffsflächen für das Montagewerkzeug aufnehmenden Umfangsfläche des Sensorgehäuses und innerhalb eines maximalen Außendurchmessers desThis object is achieved in that / the inlet and outlet lines for the cooling medium at least partially outside of the attack surfaces for the mounting tool receiving peripheral surface of the sensor housing and within a maximum outer diameter of the

Ein erfindungsgemäßes Montagewerkzeug für einen derartigen kühlbaren Sensor kennzeichnet Sich dadurch aus, dass das Montagewerkzeug an zumindest einem Ende als rohrförmiger Steckschlüssel ausgebildet ist, dessen Innenkontur Passflächen für die Aufnahme der Angriffsflächen des Sensorgehäuses aufweist, wobei in der Innenkontur Ausnehmungen zur Aufnahme der Zu- und Abflussleitungen für das Kühlmedium vorgesehen sind.An inventive mounting tool for such a coolable sensor is characterized by the fact that the assembly tool is formed at least one end as a tubular socket wrench whose inner contour has mating surfaces for receiving the engagement surfaces of the sensor housing, wherein in the inner contour recesses for receiving the inlet and outlet lines are provided for the cooling medium.

Erfindungsgemäß weist das als Steckschlüssel ausgeführte Ende des Montagewerkzeugs einen Außendurchmesser auf, der kleiner/gleich dem maximalen Außendurchmesser des Sensorgehäuses ist. Damit kann auch bei kleinen Montagebohrungen anstelle eines Stiftschlüssels ein Steckschlüssel verwendet werden, der wesentlich robuster ist und mit größerer Sicherheit eingesetzt werden kann.According to the invention designed as a socket wrench end of the mounting tool has an outer diameter which is smaller than / equal to the maximum outer diameter of the sensor housing. Thus, even with small mounting holes instead of a pin wrench a socket wrench can be used, which is much more robust and can be used with greater certainty.

Die Erfindung wird im Folgenden anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigen: 3/9 3The invention will be explained in more detail below with reference to exemplary embodiments. Show: 3/9 3

Fig. 1 einen erfindungsgemäßen, kühlbaren Drucksensor in einer dreidimensionalen Darstellung,1 shows a coolable pressure sensor according to the invention in a three-dimensional representation,

Fig. 2 eine vergrößerte Schnittdarstellung entlang der Linie II-II des Drucksensors gemäß Fig. l,2 is an enlarged sectional view taken along the line II-II of the pressure sensor of FIG. L,

Fig. 3 ein Montagewerkzeug zur Montage bzw. Demontage des kühlbaren Drucksensors nach Fig· 1 in einer dreidimensionalen Darstellung,3 shows an assembly tool for mounting or dismounting the coolable pressure sensor according to FIG. 1 in a three-dimensional representation, FIG.

Fig, 4 das Montagewerkzeug gemäß Fig. 3 in einer Schnittdarstellung,4, the assembly tool of FIG. 3 in a sectional view,

Fig. 5 ein vergrößertes Detail des Montagewerkzeugs nach Fig. 3 in einer dreidimensionalen Darstellung, sowieFig. 5 is an enlarged detail of the assembly tool according to Fig. 3 in a three-dimensional representation, as well

Fig. 6 eine Frontansicht der Detaildarstellung gemäß Fig. 56 is a front view of the detailed illustration according to FIG. 5

Der in den Fig. 1 und Fig. 2 dargestellte Drucksensor 1 für Hochtemperaturanwendungen in Bereichen bis 1000 °C weist ein im Wesentlichen rotationssymmetrisches Sensorgehäuse 2 auf, das einen hier nicht weiter dargestellten piezoelektrischen Messwandler aufnimmt. An der Rückseite 7, bzw. an der der Membranseite 8 des Sensors abgewandten Seite, sind parallel zur Achse 1' des Drucksensors 1 ausgerichtete Zu- und Abflussleitungen 3, 4 samt Anschlussnippel 9 für ein Kühlmedium, beispielsweise Kühlwasser, angeordnet. In diesem Bereich befinden sich auch die in Form einer Sechskantmutter angeordneten Angriffsflächen 5 für ein Montagewerkzeug 10 (siehe Fig. 3) und das zentral angeordnete elektrische Anschlusskabel 19 des Sensors. Die Zu- und Abflussleitungen 3, 4 für das Kühlmedium liegen zumindest teilweise außerhalb einer die Angriffsflächen 5 aufnehmenden Umfangsfläche 6 des Sensorgehäuses und innerhalb eines maximalen Außendurchmessers D des Sensorkörpers 2, D.h. die äußere Kontur der Sechskantmutter ist durch die Zu- und Abflussleitungen 3, 4 für das Kühlmedium unterbrochen. Durch diese bevorzugte Ausgestaltung wird Platz für ein robustes Montagewerkzeug geschaffen, dessen Außendurchmesser den maximalen Außendurchmesser D des Sensprgehäuses 2 nicht überragt. Dadurch ist der Einsatz auch in Montagebohrungen mit einem Durchmesser < 14 mm bzw. < 12 mm möglich. 4/9 4The pressure sensor 1 shown in FIGS. 1 and 2 for high-temperature applications in areas up to 1000 ° C. has a substantially rotationally symmetrical sensor housing 2 which accommodates a piezoelectric transducer, not shown here. On the rear side 7, or on the side facing away from the membrane side 8 of the sensor, parallel to the axis 1 'of the pressure sensor 1 aligned inlet and outlet lines 3, 4 together with connection nipple 9 for a cooling medium, for example, cooling water arranged. In this area are also arranged in the form of a hexagon attack surfaces 5 for a mounting tool 10 (see FIG. 3) and the centrally arranged electrical connection cable 19 of the sensor. The inlet and outlet lines 3, 4 for the cooling medium are at least partially outside a peripheral surface 6 of the sensor housing receiving the engagement surfaces 5 and within a maximum outside diameter D of the sensor body 2, ie. the outer contour of the hexagon nut is interrupted by the inlet and outlet lines 3, 4 for the cooling medium. This preferred embodiment creates space for a robust assembly tool whose outer diameter does not project beyond the maximum outer diameter D of the Sensprgehäuses 2. Thus, the insert is also in mounting holes with a diameter < 14 mm or < 12 mm possible. 4/9 4

Bevorzugt sind die Zu- und Abflussleitungen 3, 4 für das Kühlmedium in gegenüber liegenden Angriffsflächen 5 angeordnet und ragen über diese zumindest teilweise hinaus. Es ist jedoch auch möglich, die Zu- und Abflussleitungen 3, 4 für das Kühlmedium in gegenüber liegenden Eckbereichen sich schneidender Angriffsflächen 5 anzuordnen.Preferably, the inlet and outlet lines 3, 4 are arranged for the cooling medium in opposite attack surfaces 5 and protrude beyond this at least partially. However, it is also possible to arrange the inflow and outflow lines 3, 4 for the cooling medium in opposing corner regions of intersecting engagement surfaces 5.

Das erfindungsgemäße Montagewerkzeug zur Montage bzw. Demontage eines kühlbaren Sensors, vorzugsweise eines Drucksensors 1 ist beispielhaft in den Fig. 3 bis 6 dargestellt. Das Montagewerkzeug 10 ist an einem Ende als rohrförmiger Steckschlüssel 11 mit geschlossenem Umfang ausgebildet, dessen Innenkontur 12 Passflächen 13 für die Aufnahme der Angriffsflächen 5 des Sensorgehäuses 2 aufweist. In der Innenkontur 12 sind im Querschnitt kreisförmige Ausnehmungen 14 zur Aufnahme der Zu- und Abflussleitungen 3, 4 für das Kühlmedium vorgesehen. Das als Steckschlüssel 11 ausgeführte Ende kann dadurch einen Außendurchmesser aufweisen, der kleiner/gleich dem maximalen Außendurchmesser D des Sensorgehäuses 2 ist, wodurch der Einsatz in Montagebohrungen mit Durchmessern kleiner/gleich 12 mm möglich ist.The assembly tool according to the invention for mounting or dismounting a coolable sensor, preferably a pressure sensor 1, is shown by way of example in FIGS. 3 to 6. The assembly tool 10 is formed at one end as a tubular socket wrench 11 with a closed circumference, the inner contour 12 has mating surfaces 13 for receiving the engagement surfaces 5 of the sensor housing 2. In the inner contour 12 circular recesses 14 for receiving the inlet and outlet lines 3, 4 are provided for the cooling medium in cross-section. The executed as a socket wrench 11 end can thereby have an outer diameter which is smaller than / equal to the maximum outer diameter D of the sensor housing 2, whereby the use in mounting holes with diameters less than or equal to 12 mm is possible.

Das Montagewerkzeug 10 weist einen Schaftbereich 15 auf, der an den frontseitigen Steckschlüssel n anschließt oder (siehe Fig. 4, Schweißnaht 18) mit diesem verschweißt ist.The assembly tool 10 has a shaft region 15 which adjoins the front socket wrench n or (see Fig. 4, weld 18) is welded thereto.

Im Schaftbereich 15 des Montagewerkzeugs 10 sind seitliche Öffnungen 16 vorgesehen, in. welchen die Anschlussnippel 9 samt den (hier nicht dargestellten) aufgesteckten Kühlschläuchen Platz finden. Die schlitzförmige Ausnehmungen 17 am Ende des Möntagewerkzeugs 10 dient zum seitlichen Flerausführen der Kühlschläuche und des elektrischen Anschlusskabels 19 vor dem Aufsetzen z.B. einer Stecknuss samt Drehmomentschlüssel auf den endseitigen Sechskant des Montagewerkzeugs 10. 5/9In the shank region 15 of the assembly tool 10, lateral openings 16 are provided in which the connection nipples 9 together with the attached cooling hoses (not shown here) can be accommodated. The slot-shaped recesses 17 at the end of the milling tool 10 serve for the lateral discharge of the cooling hoses and the electrical connecting cable 19 prior to placement, e.g. a socket complete with torque wrench on the end hexagon of the assembly tool 10. 5/9

Claims

5 PATENT CLAIMS 1, Coolable sensor (1), for example pressure sensor, with a substantially rotationally symmetrical sensor housing (2) receiving a preferably piezoelectric transducer and on the rear side (7) aligned parallel to the axis (1 ') of the sensor (1) - And drain lines (3, 4) for a cooling medium, wherein on the sensor housing (2) attack surfaces (5) for an assembly tool (10) are formed, characterized in that the supply and discharge lines (3, 4) for the cooling medium at least partially outside of the attack surfaces (5) receiving the peripheral surface (6) of the sensor housing (2) and within a maximum outer diameter (D) of the sensor housing.

2. Sensor (1) according to claim 1, characterized in that the inflow and outflow lines (3, 4) for the cooling medium in opposite attack surfaces (5) are arranged and protrude over this at least partially.

3. Sensor (1) according to claim 1, characterized in that the inflow and outflow lines (3, 4) are arranged for the cooling medium in opposite corner regions intersecting attack surfaces (5).

4. Sensor (1) according to one of claims 1 to 3, characterized in that the engagement surfaces (5) for the assembly tool (10) are arranged in the form of a hexagon nut whose outer contour through the inlet and outlet lines (3, 4) is interrupted for the cooling medium.

5. assembly tool (10) for mounting or dismounting a coolable sensor (1), for example pressure sensor, according to claim 1, characterized in that the assembly tool (10) is formed at least one end as a tubular socket wrench (11) whose inner contour ( 12) fitting surfaces (13) for receiving the engagement surfaces (5) of the sensor housing (2), wherein in the inner contour (12) recesses (14) for receiving the inlet and outlet lines (3, 4) are provided for the cooling medium. 6/9 6

6. assembly tool (10) according to claim 5, characterized in that the socket (11) running end has an outer diameter which is smaller than / equal to the maximum outer diameter (D) of the sensor housing (2).

7. Assembly tool (10) according to claim 5 or 6, characterized in that the assembly tool (10) has a shank region (15) which adjoins the socket wrench (11) or is welded thereto.

8. Assembly tool (10) according to claim 7, characterized in that in the shaft region (15) of the mounting tool (10) lateral openings (16) or recesses (17) are provided. 2013 03 27 Lu / Bt 7/9