DE10021058A1 - Fühler - Google Patents

Abstract

Der Fühler ist zur Erfassung des Füllstandes von in Behältern eingebrachten Medien und zum Erfassen von Werkstoffen vorgesehen. Er besteht aus einem metallischen Befestigungsteil und einem aus Kunststoff gefertigten Fühlerteil, der in das Medium eintaucht oder den Werkstoff erfaßt. Fühlerteil und Befestigungsteil bilden den Fühler. In den Fühler ist ein Sensorelement eingebracht, das mit einem Anschlußkabel verbunden ist. Der Fühlerteil weist endseitig einen Kragen auf, der mit der zylindrischen Führung des Befestigungsteils eine Passung bildet. In das Befestigungsteil ist ein Anpreßteil eingeschraubt, das kraftschlüssig auf eine Dichtung preßt, die ihrerseits auf einem Absatz des metallischen Befestigungsteils aufliegt. Im Anpreßbereich ist ein O-Ring in den Anpreßteil eingelassen.

Description

Der Fühler ist zur Erfassung des Füllstandes von in Behältern eingebrachten Medien und zum Erfassen von Werkstoffen vorgesehen. Er weist einen metallischen Befestigungsteil und einen aus Kunststoff gefertigten Fühlerteil auf.

Fühler der eingangs genannten Art, sind aus vielen Anwendungen bekannt, und werden vor allem dazu benutzt, Füllstände, aber das Vorhandensein unterschiedlichster Werkstoffe zu erfassen und über eine Auswerteelektronik zu signalisieren. Sind Fühler aus unterschiedlichen Werkstoffen gefertigt, z. B. aus einem metallischen Befestigungsteil in Kombination mit einem Kunststoff gefertigten Fühlerteil, so ist es erforderlich, insbesondere bei flüssigen Medien, zwischen beiden Werkstoffen eine Dichtung vorzusehen, die verhindert, daß z. B. ein flüssiges Medium in den metallischen Befestigungsteil eintritt oder auch austritt, was insbesondere dann eintritt, wenn das zu erfassende Medium unter Druck steht. Üblicherweise werden für solche Anwendungen O-Ringe eingesetzt. Solche O-Ringe müssen jedoch für das verwendete Medium beständig sein. Ist nicht bekannt, in welchen Medien ein Fühler eingesetzt werden wird, muß in jedem einzelnen Fall ein geeigneter O-Ring ausgewählt werden. Das schränkt den Anwendungsbereich eines bereits fertiggestellten Fühlers erheblich ein. Ein weiteres Problem tritt dann auf, wenn zusätzlich zur Medienbeständigkeit auch die Temperaturbeständigkeit betrachtet werden muß. Insbesondere bei Temperaturen über 130°C stehen nur noch wenige Werkstoffe zur Verfügung, die allen Anforderungen bezüglich Temperatur und Medienbeständigkeit gerecht werden können.

Medien hoher Viskosität können bei hohen Temperaturen um 200°C auch alleine durch Verkleben sicher gegen das Einbringen des Mediums in das Innere des Meßgehäuses abgedichtet werden. Ein solcher Sensor ist in der DE 197 56 159 A1 beschrieben.

Besondere Probleme treten jedoch dann auf, wenn Fühler in Medien geringer Viskosität bei Temperaturen zwischen 180°C und 250°C eingesetzt werden müssen, und insbesondere dann, wenn mit Dampfdiffusion dieses Mediums gerechnet werden muß, wie es z. B. bei der Erfassung von demineralisiertem Wasser, das auf Temperaturen um 200°C gebracht ist, auftritt. Insbesondere für kapazitive Meßsysteme, wie sie in der DE 197 56 159 A1 beschrieben sind, gibt es keine geeigneten Lösungen.

Aufgabe der Erfindung ist es, Konstruktionsmerkmale für einen Fühler anzugeben, der in heißen und niedrigviskosen Medien, insbesondere in Wasser und bei gleichzeitig hohem Druck, das in dem Fühler eingebaute Sensorelement zuverlässig gegen das äußere Medium abdichtet, und auch die Dampfdiffusion des Mediums in den Bereich des Sensorelementes hinein unterbindet.

Die gestellte Aufgabe, wird durch die in dem Patentanspruch 1 aufgezeigten Merkmale gelöst. Hierbei ist es besonders wichtig, daß die Dampfphase des Mediums nicht in den Bereich des Sensorelementes gelangen darf. Der Fühler ist daher so konstruiert, daß er aus einem metallischen Befestigungsteil besteht, der beim Einschrauben z. B. in eine Behälterwandung große Kräfte aufnehmen kann, und so z. B. auch mit einer gegen die Behälterwandung wirkenden Kupferdichtung sicher abgedichtet werden kann. Das in der Regel mit einem elektrischen oder elektromagnetischen Feld arbeitende Sensorelement muß in einem aus Kunststoff gefertigten Fühlerteil eingebracht sein, weil diese Felder durch eine metallische Umhüllung abgeschirmt werden würden.

Das Eindringen, insbesondere der Dampfphase des Mediums wird erfindungsgemäß nun dadurch unterbunden, daß an dem Fühlerteil ein zylindrischer Kragen angebracht ist, der mit der zylindrischen Führung des Befestigungsteils eine Passung bildet, und der vermittels eines in den Befestigungsteil einschraubbaren Anpreßteils kraftschlüssig auf eine Dichtung aufgepreßt ist. Diese Dichtung besteht vorzugsweise aus einer Flachdichtung, die formschlüssig in den Dichtungsraum eingebracht ist. Durch die formschlüssig eingebrachte Flachdichtung kann das Dichtungsmaterial beim Einpressen in die Dichtungskammer nicht entweichen, so daß sich ein beständiger Anpreßdruck an die Wandungen der Dichtkammer, die aus einem Teil des metallischen Befestigungsteils, einem Teil des Fühlerteils und einem Teil Anpreßteils besteht. Durch diese formschlüssige Einbringung der Flachdichtung, die auch durch einen verformten O-Ring gebildet sein kann, der dann jedoch die Dichtkammer vollständig ausfüllen muß und gegen Überlastung durch einen metallischen Anschlag geschützt sein muß, ergibt sich für die Diffusion des Mediums ein Diffusionsweg der etwa der Diagonale des Querschnittes der Flachdichtung entspricht. Die Länge des Diffusionsweges ist so gewählt, daß sie für das verwendete Medium sicher ist. In der Praxis hat sich gezeigt, daß diese Strecke für Teflon 2 mm betragen muß. Je nach Qualität und Spezifikation der verwendeten Flachdichtungen ist es möglich, daß im Verlaufe der Zeit, die Rückstellkräfte der Flachdichtung z. B. durch Nachsintern reduziert werden. Im ungünstigsten Fall ist es daher möglich, daß Wasserdampf in den Passungsspalt eintritt, der durch das Befestigungsteil und den Kragen des Fühlerteils gebildet ist. Unter diesen Bedingungen ist es denkbar, daß dann auch der Spalt der sich zwischen dem Anpreßteil und der endseitigen Fläche des Fühlerkragens ausbildet, Dampfdiffusion oder sogar Dampfdurchtritt erfolgt. Der einschraubbare Anpreßteil der kraftschlüssig auf die Flachdichtung preßt, ist daher mit einem O-Ring versehen, der in den Anpreßteil eingelassen ist. Dieser O-Ring ist keinem hohen Druck ausgesetzt, weil das Gewinde des Anpreßteils so ausgebildet ist, daß der Dampf, ohne das ein besonderer Druck erforderlich ist, in den umgebenden Raum ausweichen kann.

Besondere Merkmale des Fühlers bestehen auch darin, daß die Durchführung des Fühlerteils durch den Befestigungsteil als Passung ausgebildet ist, und das in dem Befestigungsteil endseitig ein O-Ring eingebracht ist. Hierbei können die in dem Fühler verwendeten Dichtungen aus mindestens zwei unterschiedlichen Werkstoffgruppen, wie z. B. PTFE und EPDM bestehen. Vorzugsweise wird für den Werkstoff des Fühlerteils PEEK verwendet. Dieser Werkstoff hat eine hohe Wärmebeständigkeit bei gleichzeitig guten mechanischen Eigenschaften. Der in dem Befestigungsteil endseitig eingebrachte O-Ring sperrt die flüssige Phase des den Fühler umgebenen Mediums sicher ab, so daß nur aufgrund des bei O-Ringen bekannten kleinen Diffusionsweges bei kritischen Anwendungen nur die Dampfphase übertreten kann. Ein Versagen dieses O-Ringes wird jedoch erfindungsgemäß durch die verwendete Flachdichtung voll aufgefangen, so daß beim Auftreten eines Fehlers im Dichtsystem des Fühlers die gesamte Funktionstüchtigkeit erhalten ist. Diese Eigenschaft trifft auch auf die in dem Anpreßteil eingebrachte Dichtung zu.

Die Konstruktion des Fühlers ist nicht nur für Sensoren zur Füllstandsüberwachung geeignet, sondern sie kann auch zur Erfassung unterschiedlicher Werkstoffe wie z. B. Metalle verwendet werden.

Anhand eines Anwendungsbeispiels wird die Erfindung näher erläutert.

Fig. 1 zeigt einen Fühler, der zur Erfassung von Füllständen in überhitztem Wasser bis 250°C vorgesehen ist. Er besteht aus einem metallischen Befestigungsteil 2, einem in dieses Befestigungsteil eingesetzten Fühlerteil 7, der einen Kragen 10 aufweist. Innerhalb der Spitze dieses Fühlerteils ist eine Sensorelektrode 8 eingebracht, die über ein Kabel 9 an eine Auswertelektronik anschließbar ist. Gegen Umwelteinflüsse ist dieses Kabel durch eine O-Ring-Abdichtung 3 und eine Dichtverschraubung 1, geschützt.

Ein in den Befestigungsteil eingeschraubtes Anpreßteil 11 ist so ausgebildet, daß es flächenbündig auf den flachen Teil des Fühlerkragens 10 aufpreßbar ist. Der Fühlerteil weist in diesem Aufpreßbereich eine eingelassene O-Ring-Dichtung 4 auf. Der zylindrische Außendurchmesser des Aufpreßteils und die zylindrische Innenkammer des Befestigungsteils bilden zusammen eine Passung. Auch der zylindrische Teil des Kragens 10 bildet mit dem Innenzylinder des Befestigungsteils 2 eine Passung. In die Dichtkammer 5, die gebildet ist durch den zylindrischen Innendurchmesser des Befestigungsteils und einen Teil des Fühlerkragens 10, sowie einem Absatz in dem Befestigungsteil 2, ist formschlüssig eine Flachdichtung aus PTFE eingebracht. Endseitig ist in dem Innenteil des Befestigungsteils ein O-Ring 6 aus EPDM vorgesehen. Die zylindrische Durchführung in dem Befestigungsteil 2 für den Fühlerteil 7 bildet mit dem Außenzylinder des Fühlerteils eine Passung. Der Gewindeaußendurchmesser des einschraubbaren Anpreßteils 11 ist um mindestens 0,2 mm kleiner gewählt als der Gewindespitzendurchmesser der zugehörigen Bohrung im Befestigungsteil 2.

Claims (7)

1. Fühler zur Erfassung des Füllstandes von in Behältern eingebrachten Medien, und zum Erfassen von Werkstoffen, mit einem metallischen Befestigungsteil (2), mit einem aus Kunststoff gefertigten Fühlerteil (7), der in das Medium eintaucht oder den Werkstoff erfaßt und der mit dem metallischen Befestigungsteil zusammen den Fühler bildet, mit einem innerhalb des Fühlerteils (2) eingebrachten Sensorelement (8), das mit dem Anschlußkabel (9) verbunden ist, mit einem an dem zylindrischen Fühlerteil (7) angebrachten Kragen (10), der mit der zylindrischen Führung des Befestigungsteils (2) eine Passung bildet, und der vermittels eines in den Befestigungsteil (2) einschraubbaren Anpreßteils (11) kraftschlüssig auf eine Dichtung (5) aufgepreßt ist, die ihrerseits auf einem Absatz des metallischen Befestigungsteils (2) aufliegt, und wo im Anpreßbereich des Anpreßteils ein O-Ring (4) in den Anpreßteil eingelassen ist.

2. Fühler nach 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Durchführung des Fühlerteils (7) durch den Befestigungsteil (2) als Passung ausgebildet ist.

3. Fühler nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß in dem Befestigungsteil (2) endseitig ein O-Ring eingebracht ist.

4. Fühler nach einem oder mehreren der Ansprüche 1-3, dadurch gekennzeichnet, daß die Dichtung (5) als Flachdichtung ausgebildet ist, die formschlüssig in den den Dichtungsraum (5) eingebracht ist, wobei die Funktion der Flachdichtung auch durch einen verformten O-Ring gebildet sein kann.

5. Fühler nach einem oder mehreren der Ansprüche 1-4, dadurch gekennzeichnet, daß die in dem Fühler verwendeten Dichtungen (3, 4, 5, 6) aus mindestens zwei unterschiedlichen Werkstoffgruppen, wie z. B. PTFE und EPDM bestehen.

6. Fühler nach einem oder mehreren der Ansprüche 1-5, dadurch gekennzeichnet, daß der Werkstoff des Fühlerteils (2) aus PEEK besteht.

7. Fühler nach einem oder mehreren der Ansprüche 1-6, dadurch gekennzeichnet, daß das Sensorelement (8) als Spule ausgebildet ist.