DE10021059A1 - Fühler - Google Patents
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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 Artwendungen 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.
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Inventor name: HISS, ECKART, DR., 24105 KIEL, DE |
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R119 | Application deemed withdrawn, or ip right lapsed, due to non-payment of renewal fee |
Effective date: 20141101 |