Die
DE 299 04 858 U1 offenbart
beispielsweise eine Vorrichtung zur Meßwerterfassung, bestehend aus
einer Meßelektronik
und einem Meßfühler, wobei
die Meßelektronik
von einer Edelstahlhülle umgeben
und der Zwischenraum zwischen der Edelstahlhülle und der Meßelektronik
von einem Keramikspeicher ausgefüllt
ist. Aus der
DE 197
20 434 A1 ist ein Elektronikaggregatbehälter für ein Elektronikaggregat, umfassend
einen Behälterkörper, ein
getrenntes Aggregataufnahmegehäuse
und einen Deckel, bekannt.
Bei
elektronischen Geräten,
die im Industriebereich eingesetzt werden, handelt es sich insbesondere
um Sensoren, die einen physikalischen Meßwert erfassen und diesen Meßwert umgewandelt
in ein elektrisches Signal an eine direkt mit dem Sensor verbundene
dezentrale Auswerteeinheit oder an eine über elektrische Leitungen mit
einem oder mit mehreren Sensoren verbundene zentrale Auswerteeinheit weiterleiten.
Die Elektronikeinheit besteht bei derartigen Sensoren dann aus mindestens
einer Leiterplatte oder einem Leiterfilm, auf der bzw. dem mehrere elektronische
Bauelemente sowie zumindest ein Sensorelement angeordnet sind. Während die
Auswerteeinheit bei besonders rauhen Umgebungsbedingungen getrennt
von dem Sensor in einem sichereren Bereich angeordnet sein kann,
ist es bei vielen Sensoren häufig
erforderlich, diese unmittelbar "vor Ort" anzuordnen, so daß die Sensoren
direkt den rauhen Umgebungsbedingungen ausgesetzt sind.
Handelt
es sich bei dem Sensor beispielsweise um ein Füllstandsmeßgerät, so ist es je nach Arbeitsprinzip
des Füllstandsmeßgeräts häufig erforderlich,
daß das
Füllstandsmeßgerät direkt
mit dem flüssigen
oder gasförmigen
Medium in Berührung steht.
Bei derartigen Sensoren, die einbau- oder funktionsbedingt mit flüssigen Medien,
Dämpfen
oder hoher Luftfeuchtigkeit in Kontakt sind, besteht die Funktion
des Gehäuses
nicht nur in einem mechanischen Schutz der Elektronikeinheit, sondern
insbesondere auch darin, ein Eindringen von Feuchtigkeit oder Dämpfen in
das Innere des Gehäuses
zu verhindern.
Aus
der
DE 197 10 453
A1 ist ein Schwimmer-Füllstandssensor
bekannt, bei dem die Elektronikeinheit jedoch lediglich von einer
einfachen Schutzhaube umgeben ist. Bei diesem Füllstandssensor wird davon ausgegangen,
daß die
Dichtigkeit der Schutzhaube ausreichend ist, das Eindringen von
Feuchtigkeit in das Innere der Schutzhaube zu verhindern.
Grundsätzlich besteht
nun die Möglichkeit, den
Schutz der empfindlichen Elektronikeinheit durch Verwendung entsprechend
wasserdampfundurchlässiger
Gehäuse
beispielsweise aus Metall oder Glas zu realisieren. Ein wasserdichtes
Gehäuse
für elektrische
und/oder optische Bauelemente ist beispielsweise aus der
DE 42 10 979 A1 bekannt.
Die
DE 197 19 942 A1 offenbart
ein Gehäuse für eine elektronische
oder elektrische Schaltung, die im Motorraum eines Kraftfahrzeuges
angeordnet ist. Das Gehäuse
weist dabei eine erste fluiddichte Schale auf, die von einer zweiten, äußeren Schale
umgeben ist, die von der ersten Schale zumindest für mechanische
Stöße oder
Vibrationen mit niedriger Frequenz entkoppelt ist. Die elektronische
Schaltung ist dabei über
eine Federanordnung im Inneren der ersten Schale angeordnet. Das
bekannte Gehäuse
dient somit im wesentlichen dazu, die empfindliche elektronische
Schaltung von im Motorraum auf tretenden Stößen oder Vibrationen sicher
zu entkoppeln. Der Feuchtigkeits- und
Korrosionsschutz der elektronischen Schaltung wird ausschließlich durch
die fluiddichte erste, innere Schale realisiert.
Derartige
Gehäuse
sind jedoch entweder relativ aufwendig, oder haben zumindest in
Verbindung mit Sensoren unterschiedliche Nachteile.
Metallgehäuse beispielsweise
sind nur bei solchen Sensoren einsetzbar, bei denen die Arbeitsweise
des Sensors durch das Metallgehäuse
nicht beeinflußt
wird. Bei den sehr häufig
eingesetzten induktiven oder kapazitiven Sensoren scheidet aufgrund
des Meßprinzips
ein Metallgehäuse
vollständig aus.
Glasgehäuse
haben zum einen den Nachteil, daß sie sehr bruchempfindlich
und damit als mechanischer Schutz für den Sensor kaum geeignet
sind, zum anderen sind Glasgehäuse
relativ teuer. Entsprechendes gilt für Keramikgehäuse, jedenfalls dann,
wenn die Keramikgehäuse
so geschlossenporig und rißfrei
ausgebildet sind, daß die
Gehäuse wasserdampfundurchlässig sind.
Aus
den vorgenannten Gründen
weisen Sensoren häufig
Kunststoffgehäuse
auf, die zwar einen Schutz der Elektronikeinheit gegen Spritz- oder Standwasser
gewährleisten,
die jedoch insbesondere bei höheren
Temperaturen wasserdampfdurchlässig
sind. Ursache dafür
ist die Permeabilität
des Kunststoffes, so daß durch
die bestehende Partialdruckdifferenz zwischen dem den Sensor umgebenden
Medium und der relativ trockenen Luft im Inneren des Gehäuses Wasser-
oder Flüssigkeitsmoleküle durch
das Gehäuse
in den Sensor eindringen. Treten nun Temperaturwechsel oder Temperaturunterschiede
zwischen einzelnen Bereichen des Sensors auf, so kommt es zur Kondensation
der eingedrungenen Feuchtigkeit, was wiederum im Laufe der Zeit
zu korrosiven Erscheinungen an der Elektronikeinheit und damit zur
Beschädigungen
von elektronischen Bauelementen oder von Leiterbahnen führen kann.
Bei größeren zusammenhängenden
Flüssigkeitsfilmen auf
den Leiterplatten oder Leiterfilmen kann es zum einen zu Kurzschlüssen in
der Elektronikeinheit und zum anderen zur Beeinflussung des Meßergebnisses
durch den Flüssigkeitsfilm
auf dem Sensorelement kommen.
Handelt
es sich bei dem Sensor beispielsweise um einen Füllstandsmeßgerät mit einem länglichen,
stabförmigen
Sensorelement und ist das Sensorelement zumindest teilweise in eine
in einem Behälter
befindliche Flüssigkeit
eingetaucht, wobei die Flüssigkeit
eine höhere
Temperatur als die Umgebung des Behälters aufweist, so kommt es
im Inneren des Sensorgehäuses
zur Diffusion von Wassermolekülen
aus dem von Flüssigkeit
umgebenen unteren Bereich des Sensorelements in den aus der Flüssigkeit
herausreichenden oberen Bereich des Sensorelements. Ist im oberen,
kalten Bereich des Sensorelements die Sättigungsgrenze erreicht, so
kommt es zur Kondensation der Wassermoleküle, was im Laufe der Zeit zu
einem zu einem Meßfehler
des Füllstandsmeßgeräts oder
zu einem korrosionsbedingten Ausfall des Füllstandsmeßgeräts führen kann.
Um
derartige Probleme bei aus Kunststoff bestehenden – und damit
nicht 100-pronzentig
wasserdampfundurchlässigen – Gehäusen zu
verringern, werden Sensoren zum Feuchtigkeits- und Korrosionsschutz
häufig
vergossen. Der dadurch erreichte Feuchtigkeits- bzw. Korrosionsschutz
der Elektronikeinheit wird jedoch durch eine Reihe von Nachteilen erkauft.
Zunächst ist
ein Verguß der
Elektronikeinheit in dem Gehäuse
mit einem weiteren Fertigungsschritt und damit mit zusätzlichen
Kosten verbunden. Darüber
hinaus ist ein erneutes Öffnen
eines einmal vergossenen Sensors, beispielsweise zu Reparaturzwecken,
jedenfalls ohne Beschädigung
der Elektronikeinheit nahezu unmöglich.
Bei thermischen Wechselbeanspruchungen des Sensors kann es aufgrund
der meist unterschiedlichen thermischen Ausdehnungskoeffizienten
der einzelnen Komponenten – Elektronikeinheit,
Vergußmasse
und Gehäuse – ebenso
wie bei einer Feuchtigkeitsaufnahme der Vergußmasse zu einer mechanischen
Schädigung
einzelner Komponenten der Elektronikeinheit kommen. Je nach den
Abmessungen des Sensors ist darüber hinaus
ein gleichmäßiger und
vollständiger
Verguß der
Elektronikeinheit in dem Gehäuse
nur schwer zu gewährleisten,
wobei eine ungleichmäßige Verteilung
der Vergußmasse
und eine dadurch bedingte veränderte
Geometrie der Elektronikeinheit im Gehäuse zu einem Meßfehler
führen
kann. Schließlich ist
die Verwendung von Gießharz
auch aus Umweltgründen
unerwünscht.
Alternativ
zum Vergießen
der Elektronikeinheit ist es auch möglich, das Innere des Gehäuses mit
Trocknungsmitteln zu Einen. Hierfür ist wiederum ein weiterer
Fertigungsschritt erforderlich, so daß auch diese Variante mit zusätz lichen
Kosten verbunden ist. Darüber
hinaus ist die Verwendung von Trocknungsmitteln ebenso wie die Verwendung
von Gießharz
von den geometrischen Gegebenheiten im Inneren des Gehäuses abhängig. Da
heutzutage in zunehmendem Maße
möglichst
kompakte Sensoren eingesetzt werden, ist jedenfalls bei solchen
Sensoren ohne konstruktive Anpassungen im Inneren des Gehäuses kein
ausreichendes Volumen zur Unterbringung der Trocknungsmittel vorhanden.
Schließlich
besteht bei der Verwendung von Trocknungsmitteln das Problem, daß dann,
wenn die Trocknungsmittel einmal gesättigt sind, dieselben Vorgänge wie bei
Sensoren ohne Trocknungsmittel stattfinden, so daß durch
die Verwendung von Trocknungsmittel lediglich ein zeitlicher Verzögerungseffekt
erreicht wird.
Der
vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen induktiven
oder kapazitiven Sensor, der einbau- oder funktionsbedingt mit flüssigen Medien,
Dämpfen
oder hoher Luftfeuchtigkeit in Kontakt ist, anzugeben, bei dem mit
möglichst
einfachen und kostengünstigen
Maßnahmen
ein Eindringen von Feuchtigkeit oder Dämpfen in das Innere des Gehäuses verhindert
wird.
Diese
Aufgabe ist bei dem eingangs beschriebenen Sensor zunächst und
im wesentlichen dadurch gelöst,
daß dem
Sensor ein Schutzgehäuse zugeordnet
ist, wobei das Schutzgehäuse
zumindest einen Teil des Sensors umgibt und das Schutzgehäuse einen
Abstand vom Gehäuse
aufweist, so daß ein Zwischenraum
zwischen dem Sensor und dem Schutzgehäuse besteht, daß der Zwischenraum
zwischen dem Sensor und dem Schutzgehäuse über mindestens einer Ausgleichsfläche mit
der äußeren Umgebung
verbunden ist und daß die
Ausgleichsfläche
bzw. die Ausgleichsflächen
durch luft- und wasserdampfdurchlässige Abdeckungen oder Filter
geschützt
sind.
Das
eingangs beschriebene Füllstandsmeßgerät, bei dem
die zuvor genannte Aufgabe gelöst
ist, ist zunächst
dadurch gekennzeichnet, daß das Kunststoffgehäuse des
Sensorelements von einem Schutzgehäuse umgeben ist und das Schutzgehäuse einen
Abstand vom Kunststoffgehäuse
des Sensorelements aufweist, so daß ein Zwischenraum zwischen
dem Kunststoffgehäuse
und dem Schutzgehäuse
existiert.
Durch
die Anordnung des Schutzgehäuses wird
ein Luftraum um den Sensor bzw. um das Sensorelement geschaffen,
wodurch zunächst
die Feuchtigkeit bzw. die Konzentration eines aggressiven Mediums
am Gehäuse
des Sensors bzw. am Kunststoffgehäuse des Sensorelements deutlich
verringert wird. Auch wenn Wassermoleküle oder Moleküle eines
aggressiven Mediums durch das Schutzgehäuse aufgrund dessen Permeabilität hindurchdringen,
so ist die Feuchtigkeit bzw. die Konzentration des aggressiven Mediums
in dem Zwischenraum deutlich geringer als direkt in der Flüssigkeit
bzw. im Medium. Da das Gehäuse
des Sensors bzw. des Füllstandsmeßgeräts nun nur
noch mit dem Medium in dem Zwischenraum und nicht mehr direkt mit
dem Medium in den Behälter
in Berührung
kommt, wird bereits dadurch die Gefahr eines Eindringen von Feuchtigkeit
ins Innere des Sensors deutlich verringert. Das Schutzgehäuse stellt
somit eine zusätzliche Barriere
für das
Medium dar, wobei selbst bei Kondensation im Zwischenraum zwischen
dem Schutzgehäuse
und dem Gehäuse
des Sensors bzw. des Füllstandsmeßgeräts ein Eindringen
von Medium ins Innere des Gehäuses
entweder vollständig
verhindert oder zumindest soweit reduziert wird, daß es im Inneren
des Gehäuses
nicht mehr – oder
nur noch nach einer deutlich längeren
Betriebsdauer – zu
Kondensationserscheinungen kommt.
Ein
weiterer Vorteil der Verwendung des Schutzgehäuses besteht darin, daß der eigentliche Sensor
bzw. das eigentliche Füllstandsmeßgerät unverändert bleiben
kann. Aufgrund des modularen Aufbaus von Sensor bzw. Füllstandsmeßgerät und Schutzgehäuse ist
auch eine Nachrüstung
bestehender elektronischer Sensoren bzw. bestehender Füllstandsmeßgeräte einfach
möglich.
Somit ist auch keine Änderung
am Aufbau des Sensors bzw. des Füllstandsmeßgeräts erforderlich,
so daß der
erfindungsgemäße induktive
oder kapazitive Sensor bzw. das erfindungsgemäße Füllstandsmeßgerät – ebenso wie bekannte Sensoren
bzw. bekannte Füllstandsmeßgeräte – die geforderten
elektrischen Normen, insbesondere hinsichtlich Luft- und Kriechstrecken, erfüllen.
Ein
zusätzlicher
Vorteil besteht darin, daß das
Schutzgehäuse
selbstverständlich
auch einen zusätzlichen
mechanischen Schutz für
den Sensor bzw. das Füllstandsmeßgerät darstellt,
wobei bei einer Beschädigung
oder einer starken Verschmutzung des Schutzgehäuses dieses einfach ausgetauscht werden
kann, während
der wesentlich teuerere eigentliche Sensor weiterverwendet werden
kann.
Durch
die Anordnung der Ausgleichsflächen in
dem Schutzgehäuse
besteht darüber
hinaus die Möglichkeit,
daß ein
großer
Anteil der in den Zwischenraum eingedrungenen Feuchtigkeit durch
die Ausgleichsflächen
in die äußere Umgebung
entweicht, so daß nur
eine weiter verringerte Restfeuchte im Zwischenraum verbleibt. Schließlich wird
durch die Anordnung der Abdeckungen oder Filter in den Ausgleichsflächen verhindert,
daß Flüssigkeit,
Staub oder andere Partikel, beispielsweise von Metallspänen, in
den Zwischenraum eindringen. Da die Abdeckungen oder Filter luft-
und wasserdampfdurchlässig
sind, wird jedoch das zuvor beschriebene Entweichen eventuell im
Zwischenraum vorhandener Feuchtigkeit nicht behindert. Durch die
erfindungsgemäßen Maßnahmen
wird somit das Risiko, daß Feuchtigkeit
ins Innere des Gehäuses
eindringt, deutlich reduziert.
Mit
der äußeren Umgebung
ist hierbei die Umgebung gemeint, die nicht – jedenfalls nicht dauerhaft – von der
Flüssigkeit
bzw. dem Medium umgeben ist. Ist der Sensor beispielsweise teilweise
in einem Behälter
angeordnet, so ist mit der äußere Umgebung
die Umgebung außerhalb
des Behälters
gemeint. Da diese äußere Umgebung
relativ trocken ist, wird ein großer Anteil der in den Zwischenraum
eingedrungenen Feuchtigkeit durch die Ausgleichsflächen in
die äußere Umgebung
entweichen, so daß nur
eine weiter verringerte Restfeuchte im Zwischenraum verbleibt
Zusätzlich zur
Anordnung von Ausgleichsflächen
in dem Schutzgehäuse
besteht auch die Möglichkeit,
den Zwischenraum zumindest teilweise mit einem Absorptions- oder
Neutralisationsmittel zu füllen.
Handelt es sich bei dem Medium, mit dem der Sensor bzw. das Füllstandsmeßgerät in Berührung steht
um eine Flüssigkeit,
so kann als Absorptions- oder Neutralisationsmittel einfach ein
Trocknungsmittel verwendet werden. Durch das Einfüllen eines
solchen Trocknungsmittels kann die Feuchtigkeit im Zwischenraum
auch ohne die Anordnung von Ausgleichsflächen über einen längeren Zeitraum relativ gering
gehalten werden. Ist der Sensor bzw. der Füllstandsmeßgerät lösbar mit dem Schutzgehäuse verbunden,
so kann das Trocknungsmittel bzw. das Ab sorptions- oder Neutralisationsmittel,
wenn es gesättigt
ist, einfach ausgetauscht werden.
Bezüglich der
Ausgleichsflächen
gibt es verschiedene Möglichkeiten,
diese anzuordnen und auszugestalten. Gemäß einer ersten vorteilhaften Ausgestaltung
der Erfindung sind als Ausgleichsflächen vorzugsweise mehrere Bohrungen
oder mehrere Schlitze in der Außenwand
des Schutzgehäuse ausgebildet.
Die Bohrungen bzw. Schlitze sind dabei in dem Bereich des Schutzgehäuses angeordnet,
der nicht von der Flüssigkeit
umgeben ist, d. h. in dem Bereich des Schutzgehäuses, der sich in der äußeren Umgebung
befindet. Die Ausbildung von Bohrungen oder Schlitzen als Ausgleichsflächen bietet
den Vorteil, daß die
Position und die Größe der Bohrungen
bzw. Schlitze in dem Schutzgehäuse
den jeweiligen Anforderungen angepaßt werden kann. Bevorzugt sind
die Bohrungen bzw. Schlitze, in Längsrichtung des Schutzgehäuses gesehen,
in unterschiedlichen Ebenen angeordnet. Durch die Anordnung von Bohrungen
bzw. Schlitzen in unterschiedlichen Ebenen kann die Trocknungswirkung
im Zwischenraum zwischen dem Sensor und dem Schutzgehäuse bzw. zwischen
dem Füllstandsmeßgerät und dem
Schutzgehäuse
durch den dann möglichen
Konvektionsstrom weiter verbessert werden.
Alternativ
zur Anordnung von Bohrungen oder Schlitzen im Schutzgehäuses kann
als Ausgleichsfläche
auch eine offene Stirnseite des Schutzgehäuses dienen. Ist das Schutzgehäuse insgesamt nur
mantelformig ausgebildet, d.h. sind beide Stirnseiten des Schutzgehäuses offen,
so können
beide Stirnseiten als Ausgleichsflächen dienen, wodurch eine besonders
gute Belüftung
des Zwischenraums gegeben ist. In einem solchen Fall muß jedoch
dafür gesorgt
werden, daß sich
beide Stirnseiten des Schutzgehäuses
in der äußeren Umgebung
befinden, so daß eine
derartige Ausgestaltung jedenfalls dann nicht verwendet werden kann,
wenn der Sensor bzw. das Füllstandsmeßgerät in einen
mit einem Medium gefüllten
Behälter
eingetaucht ist.
Je
nach Ausgestaltung der Ausgleichsflächen können auch die Abdeckungen oder
Filter unterschiedlich ausgestaltet sein. Sind die Ausgleichsflächen als
Bohrungen ausgebildet, so können
die Abdeckungen als tabletten- oder scheibenförmige Filter ausgebildet sein,
die in den Bohrungen eingesetzt sind. Dient als Ausgleichsfläche eine
offene Stirnseite des Schutzgehäuses,
so kann diese durch eine entsprechende Kappe oder Hülse aus
einem luft- oder wasserdampfdurchlässigen Material abgeschlossen
sein.
Bei
einer alternative Ausgestaltung des zuvor beschriebenen erfindungsgemäßen Sensors bzw.
des erfindungsgemäßen Füllstandsmeßgeräts wird
durch die Ausgleichsflächen
ein Gasstrom in das Innere des Schutzgehäuses eingeführt oder aus dem Inneren des
Schutzgehäuses
die Luft bzw. Feuchtigkeit aktiv herausgesogen. Durch eine derartige
erzwungene Konvektion, bei der die Entlüftung bzw. Trocknung des Zwischenraumes
aktiv erfolgt, ist zwar ein noch effektiverer Abtransport von Feuchtigkeit
bzw. aggressiven Medium aus dem Zwischenraum möglich, eine derartige aktive
Belüftung
ist jedoch aufgrund der erforderlichen zusätzlichen Leitungen und insbesondere
aufgrund einer erforderlichen zusätzlichen Pumpe oder einem zusätzlichen Gebläses wesentlich
aufwendiger.
Die
Erfindung betrifft neben einem zuvor beschriebenen Sensor und einem
Füllstandsmeßgerät schließlich auch
noch ein Schutzgehäuse
für ein
eine Elektronikeinheit und ein Gehäuse aufweisenden Sensor bzw.
für ein
Füllstandsmeßgerät mit einer Elektronikeinheit
und mit einem ein Kunststoffgehäuse
aufweisenden Sensorelement.
Mit
einem solchen Schutzgehäuse
können durch
eindringende Feuchtigkeit entstehende korrosive Erscheinungen an
der Elektronikeinheit dadurch besonders einfach und effektiv verhindert
werden, daß das
Schutzgehäuse
mindestens eine Ausgleichsfläche
aufweist, über
die der Innenraum des Schutzgehäuses
mit der äußeren Umgebung
verbunden ist. Durch die Ausgleichsflächen kann somit eine passive
oder aktive Belüftung
des Innenraums des Schutzgehäuses
erfolgen, wodurch die Feuchtigkeit am Gehäuse des Sensors bzw. an dem
Kunststoffgehäuse
des Sensorelements weiter verringert wird.
Da
das Schutzgehäuse
als zusätzliche
Sperre für
die Flüssigkeit
oder das Medium dienen soll, sollte das Schutzgehäuse eine
möglichst
geringe Wasserdampfdurchlässigkeit
aufweisen. Daneben sollte das Schutzgehäuse jedoch auch eine gute mechanische
und chemische Beständigkeit
besitzen sowie einfach und kostengünstig hergestellt werden können. Diese
Anforderungen werden durch ein Schutzgehäuse aus einem Kunststoff, insbesondere aus
einem Polyolefin, beispielsweise aus Polypropylen oder Polyethylen
erfüllt.
Bei Anwendungen mit besonders aggressiven Medien oder bei besonders hohen
Temperaturen wird vorzugsweise ein Schutzgehäuse aus Fluorkunststoff verwendet.
Die
Wandstärke
des Schutzgehäuses
beträgt
je nach Anwendungsfall und Ausgestaltung des Sensors bzw. des Füllstandsmeßgeräts zwischen
0,5 mm und 5 mm, vorzugsweise zwischen 1 mm und 3 mm. Bei einer
so gewählten
Wandstärke
wird zum einen das Meßsignal
eines Füllstandsmeßgeräts nicht zu
stark beeinflußt,
werden zum anderen jedoch auch die Anforderungen an die mechanische
Stabilität
und an die Permeationssperrwirkung des Schutzgehäuses erfüllt.
Bei
einer bevorzugten Anwendung des erfindungsgemäßen Schutzgehäuses bei
einem Füllstandsmeßgerät mit einem
stabförmigen
Sensorelement ist das Schutzgehäuse
rohrförmig
ausgebildet und weist einen Boden auf, wobei der Boden vorzugsweise
mit dem rohrförmigen
Schutzgehäuse verklebt
oder verschweißt
ist. Ein solches Schutzgehäuse
ist somit nur an einer Stirnseite offen, so daß das Sensorelement einfach
in das Schutzgehäuse eingesteckt
werden kann und die Baueinheit aus Sensorelement und Schutzgehäuse zusammen
in einen mit einer Flüssigkeit
oder mit einem Gas gefüllten
Behälter
hineinragen kann. Durch das Verkleben oder Verschweißen des
Bodens mit dem Schutzgehäuse
wird ein Eindringen von Feuchtigkeit an der Übergangsstelle vom Schutzgehäuse zum
Boden verhindert, wobei insbesondere durch Verschweißen des
Bodens eventuell auftretenden Wärmespannungen
entgegengewirkt werden kann.
Gemäß einer
letzten bevorzugten Ausgestaltung des Schutzgehäuses, die hier noch kurz erwähnt werden
soll, ist im Inneren des Schutzgehäuses oberhalb der Ausgleichsflächen ein
erster O-Ring und an der Außenwand
des Schutzgehäuses unterhalb
der Ausgleichsflächen
ein zweiter O-Ring angeordnet. Der erste, innere O-Ring dient zum
einen zur Abdichtung zwischen dem Schutzgehäuse und dem stabförmigen Sensorelement
an der offenen Stirnseite, zum anderen zur Zentrierung des Sensorelements
in dem Schutzgehäuse.
Hierdurch können mögliche Meßfehler
durch eine unsymmetrische Anordnung des Sensorelements in dem Schutzgehäuse verhindert
werden. Der zweite, äußere O-Ring
verhindert, daß das
Schutzgehäuse
beim Einbau des Schutzgehäuses
in dem Behälter
in das Innere des Behälters
durchrutschen kann. Der zweite O-Ring dient somit als Begrenzung
für die
maximale Einbautiefe des Schutzgehäuses in dem Behälter. Dadurch, daß der zweite
O-Ring unterhalb der Ausgleichsflächen angeordnet ist, wird darüber hinaus
verhindert, daß Medium
durch die Ausgleichsflächen
in das Innere des Schutzgehäuses
eindringen kann bzw. daß dann,
wenn die Ausgleichsflächen
gemäß der bevorzugten
Ausgestaltung mit luft- und wasserdampfdurchlässigen Filtern verschlossen
sind, diese nicht nur stehendes Medium auf der Oberseite des Behälters kontaminiert
werden.
Bei
dem in 1 dargestellten
Füllstandsmeßgerät 5 taucht
der untere Teil 9 des Sensorelements 7 in eine
Flüssigkeit 10 ein,
die sich innerhalb eines Behälters 11 findet.
Der Behälter 11 weist
an seiner Oberseite einen Behälterstutzen 12 auf
in dem das Füllstandsmeßgerät 5 bzw.
das Sensorelement 7 mit Hilfe einer Klemmvorrichtung 13 befestigt
ist. Zur konkreten Ausgestaltung einer derartigen Klemmvorrichtung 13 wird
beispielsweise auf die deutsche Patentanmeldung 199 37 332.9 verwiesen.
Grundsätzlich
kann das Füllstandsmeßgerät 5 bzw.
das Sensorelement 7 auch auf jede andere Art und Weise
in dem Behälter 11 befestigt
sein, wobei eine wiederlösbare
Befestigung jedoch bevorzugt ist, da dann ein Austauschen sowohl
des Füllstandsmeßgeräts 5 bzw.
des Sensorelements 7 als auch des Schutzgehäuses 3 möglich ist.
Bei
der Ausgestaltung gemäß 1 ist das Füllstandsmeßgerät 5 so
angeordnet, daß es
in den Behälter 11 hineinragt
und damit in die Flüssigkeit 10 eintaucht.
Der Behälter 11 ist
dabei mit Ausnahme des Behälterstutzens 12 verschlossen.
Bei einer solchen – in
der Praxis am häufigsten
vorkommenden – Anwendung
ist das rohrförmige
Schutzgehäuse 3 auf einer
Seite mit einem Boden 14 verschlossen. Im Unterschied dazu
ist bei der Ausgestaltung des Füllstandsmeßgeräts 5 gemäß 2 das rohrförmige Schutzgehäuse 3 an
beiden Stirnseiten 15, 16 offen. Eine solche Anordnung
eines Füllstandsmeßgeräts 5 und
eines Schutzgehäuses 3 ist
dabei nur dann einsetzbar, wenn der die Flüssigkeit 10 aufnehmende Behälter 11 eine
zweite Durchführungsöffnung 17 aufweist.
Das
Schutzgehäuse 3 ist über mehrere
Ausgleichsflächen
mit der äußeren Umgebung 18 verbunden,
wobei die Ausgleichsflächen
bei den Ausführungsformen
gemäß den 1, 3, 4, 5 und 7 als Bohrungen 19 ausgebildet
sind. Bei den Ausführungsformen
des Schutzgehäuses 3 gemäß den 2 und 6 dienen dagegen eine offene Stirnseite 15 (6) bzw. beide offenen Stirnseiten 15, 16 (2) als Ausgleichsflächen.
In 3, in der lediglich der
obere Teil eines Füllstandsmeßgeräts 5 im
eingebauten Zustand dargestellt ist, ist erkennbar, daß die Bohrungen 19 in Längsrichtung
des Schutzgehäuses 3 bzw.
in Längsrichtung
des Sensorelements 7 gesehen in unterschiedlichen Ebenen
angeordnet sind. Eine derartige Anordnung der Bohrungen 19 bewirkt
eine Verbesserung der freien Konvektion im Zwischenraum 4,
wodurch im Zwischenraum 4 aufgetretene Feuchtigkeit besser
in die äußere Umgebung 18 abgeführt wird. Alternativ
oder zusätzlich
kann die im Zwischenraum 4 auftretende Feuchtigkeit auch
durch in der Auswerte- und Bedieneinheit 8 angeordnete – hier nicht
dargestellte – Öffnungen
in die äußere Umgebung
abgeführt
werden.
Die 4 bis 7 zeigen unterschiedliche Ausführungsformen
eines Schutzgehäuses 3,
wobei in 4 das Schutzgehäuse 3 insgesamt
und in den 5 bis 7 lediglich der obere Teil
des Schutzgehäuses 3 dargestellt
ist. Bei allen in den 4 bis 7 dargestellten Schutzgehäusen 3 handelt
es sich um rohrförmige
Schutzgehäuse 3,
so daß diese
insbesondere für
die in den 1 bis 3 dargestellten Füllstandsmeßgeräte 5 mit
stabförmigen
Sensorelementen 7 geeignet sind. Die in den 4 bis 7 dargestellten Schutzgehäuse 3 unterscheiden
sich neben der Ausgestaltung der Ausgleichsflächen insbesondere durch die
Ausbildung unterschiedlicher luft- und wasserdampfdurchlässiger Abdeckungen 20, 21, 22 für diese
Ausgleichsflächen.
Bei
dem Schutzgehäuse
gemäß 4 bzw. 5 sind die Ausgleichsflächen als
Bohrungen 19 ausgebildet, wobei insgesamt vier Bohrungen 19 gleichmäßig am Umfang
des Schutzgehäuses 3 verteilt
angeordnet sind. In den Bohrungen 19 sind dabei scheiben-
oder tablettenförmige
Filter 20 eingesetzt, die aus einem porösen, luft- und wasserdampfdurchlässigen Material,
insbesondere aus gesintertem Keramik oder Kunststoff bestehen. Durch
die Anordnung der Filter 20 in den Bohrungen 19 wird
einerseits das Eindringen von Flüssigkeit
oder Verunreinigung in den Zwischenraum 4 bzw. ins Innere
des Schutzgehäuses 3 verhindert,
wird andererseits dadurch, daß die
Filter 20 luft- und wasserdampfdurchlässig sind, ein Austausch der
relativ feuchteren Luft im Zwischenraum 4 mit der trockneren
Luft der äußeren Umgebung 18 und
damit ein Austrocknen des Zwischenraumes 4 ermöglicht.
Durch die Wahl der Porengröße der Filter 20 kann
dabei die Durchlässigkeit
der Bohrungen 19 eingestellt werden.
Bei
dem Schutzgehäuse 3 gemäß 6 ist an der einen Stirnseite 15 ein
luft- und wasserdampfdurchlässiger Ring 21 aus
einem gesinterten Kunststoff oder Keramikmaterial angeordnet. Der
Ring 21 dient dabei außer
als Abdeckung der als Ausgleichsfläche dienenden offenen Stirnseite 15 des
Schutzgehäuses 3 auch
zur Zentrierung des Sensorelements 7 in dem Schutzgehäuse 3.
Hierzu weißt
der Ring 21 einen oberen Abschnitt 22 auf, der
einen kleineren, dem Außendurchmesser
des Sensorelements 7 angepaßten Innendurchmesser hat.
Bei
der Ausgestaltung des Schutzgehäuses 3 gemäß 7 ist die Abdeckung der
Ausgleichsflächen
durch eine ebenfalls luft- und wasserdampfdurchlässige Kappe 23 gebildet.
Die Kappe 23, die auch als Schutzglocke bezeichnet werden
kann, kann dabei sowohl zur Abdeckung von Bohrungen 19 in
dem Schutzgehäuse 3 als
auch zur Abdeckung der als Ausgleichsfläche dienenden offenen Stirnseite 15 des
Schutzgehäuses 3 dienen.
Bei
dem Schutzgehäuse 3 gemäß den 4 und 5 ist im Inneren des Schutzgehäuses 3,
oberhalb der als Ausgleichsflächen
dienenden Bohrungen 19, ein erster O-Ring 24 und
an der Außenwand
des Schutzgehäuses 3,
unterhalb der Bohrungen 19, ein zweiter O-Ring 25 angeordnet.
Der erste, innere O-Ring 24 dient dabei zum einen zur Abdichtung
zwischen dem Schutzgehäuse 3 und
dem Kunststoffgehäuse 6 des
stabförmigen
Sensorelements 7 an der offenen Stirnseite 15,
zum anderen zur Zentrierung des Sensorelements 7 in dem
Schutzgehäuse 3.
Der zweite O-Ring 25 verhindert beim Einbau des Schutzgehäuses 3 in
den Behälter 11 bzw.
den Behälterstutzen 12,
daß das
Schutzgehäuse 3 in
das Innere des Behälters 11 durchrutschen
kann. Durch die Anordnung des zweiten O-Rings 25 unterhalb
der Bohrungen 19 wird darüber hinaus verhindert, daß Flüssigkeit 10,
die sich auf der Oberfläche
des Behälters 11 oder
des Behälterstutzens 12 befindet,
durch die Bohrungen 19 ins Innere des Schutzgehäuses 3 eindringen
kann. Sind die Bohrungen 19 mit Filtern 20 verschlossen,
so verhindert der zweite O-Ring 25, daß die Filter 20 mit
auf der Oberseite des Behälters 11 oder
des Behälterstutzens 12 stehender
Flüssigkeit 10 in
Berührung
kommt und dadurch gegebenenfalls die Lebensdauer oder Funktionsfähigkeit
der Filter 20 beeinträchtigt
wird.
8 zeigt eine Anordnung dreier
Sensoren 1 in einem Feuchtraum 26, bei der durch
die Bohrungen 19 im Schutzgehäuse 3 ein trockener
Luftstrom 27 mit Hilfe eines Gebläses 28 in das Innere
der Schutzgehäuse 3 geblasen
wird. Durch eine derartige aktive Belüftung des Zwischenraums 4 wird
die feuchtere Abluft 29 auf der dem Gebläse 28 abgewandten
Seite des Feuchtraums 26 herausgeführt. Zur Realisierung der aktiven
Belüftung
sind die Sensoren 1 über
zusätzlichen
Leitungen 30 miteinander und mit dem Gebläse 28 verbunden.
In 8 ist darüber hinaus
noch ein Objekt 31 dargestellt, dessen Position durch die
Sensoren 1 detektiert werden soll.