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Die Erfindung betrifft eine Zentriervorrichtung für eine stab- oder seilförmige
Sonde, insbesondere für eine Sonde eines Füllstandsmeßgerätes des
industriellen Prozeßmeßtechnik, das zur Bestimmung des Füllstandes eines
Mediums in einem Behälter dient.
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Es sind verschiedenartige Füllstandsmeßgeräte mit stab- oder seilförmige
Sonden bekannt. Unter anderen sind solche Füllstandsmeßgeräte bekannt,
bei denen die stab- oder seilförmige Sonde eine Elektrode eines kapazitiven
Meßsystems oder einen Wellenleiter für ein TDR-Meßsystem darstellt.
Gemeinsam ist ihnen, daß die Sonde in das im Behälter, z. B. ein industrieller
Großtank, befindliche Medium hineinragt. Ein Gehäuse des
Füllstandsmeßgerätes, in dem üblicherweise eine Meß- bzw. Auswerte-
Elektronik des jeweiligen Meßsystems untergebracht ist, ist meist an oder auf
dem Behälter, und zwar in dessen oberem Bereich angebracht. Viele
Behälter, bei denen die beschriebenen Füllstandsmeßgeräte eingesetzt
werden, sind in ihrem oberen oder Deckelbereich mit einem Stutzen
versehen. Andere Behälter weisen dort, wo das Füllstandsmeßgerär montiert
wird, eine relativ dicke Wand aus Beton und eine Durchführung auf. In beiden
Fällen hängt die stab- oder seilförmige Sonde, die am Gehäuse des
Füllstandsmeßgerätes befestigt ist, in der Durchführung bzw. im Stutzen.
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Nachteilig bei all diesen Anordnungen ist, daß das Medium im unteren
Bereich des Behälters die stab- bzw. seilförmige Sonde aus ihrer an sich
gewünschten, vorzugsweise lotrechten Position drücken kann, wodurch die in
der Durchführung oder im Stutzen des Behälters frei hängende Sonde in eine
schräge Position zum Stutzen gebracht werden kann, so daß sie die
Durchführung in der Wand des Behälters bzw. den Stutzen berührt. Die
Messung wird dadurch verschlechtert oder kann sogar unmöglich werden,
insbesondere wenn die Durchführung bzw. der Stutzen aus Metall sind.
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Darüberhinaus kann es in den Fällen, wo das Medium im Behälter stark
bewegt wird und damit eine Pendelbewegung der Sonde hervorruft,
vorkommen, daß die schräg in den Behälter hängende und bewegte Sonde an
einer Kante des Stutzens bzw. der Durchführung scheuert, so daß durch
fortwährende Bewegung beschädigt wird.
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Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, die Anordnung einer stab-
bzw. seilförmigen Sonde eines Füllstandsmeßgerätes in einer Durchführung
bzw. einem Stutzen so zu verbessern, daß auch bei bewegtem Medium im
Behälter verhindert wird, daß die Sonde mit der Durchführung bzw. dem
Stutzen in Berührung kommt.
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Diese Aufgabe wird nach der Erfindung gelöst durch eine mit der stab- bzw.
seilförmigen Sonde verwendete Zentriervorrichtung, die wenigstens ein
Zentrierelement aufweist, das die Sonde im Stutzen zentriert und verhindert,
daß die Sonde die Innenwand des Stutzens berührt.
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In einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist das
Zentrierelement im wesentlichen scheibenförmig ist.
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Eine besondere Ausgestaltung dieser Ausführungsform betrifft ein
scheibenförmige Zentrierelement, das auf einer Führungshülse befestigt ist,
die die Sonde umschließt.
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Bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung werden
mehrere Zentrierelemente verwendet, die im wesentlichen stabförmig sind.
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In noch einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung werden
mehrere im wesentlichen feder-elastische und streifenförmige
Zentrierelemente verwendet.
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Ausgestaltungen der geschilderten bevorzugten Ausführungsformen der
Erfindung betreffen von der Sonde abspreizbare Zentrierelemente.
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Bei noch einer anderen bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist das
Zentrierelement im wesentlichen ringförmig.
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Noch weitere Ausgestaltungen bevorzugter Ausführungsform der Erfindung
beziehen sich auf ein oder meherere Zentrierelemente, die an bzw. in einer
Führungsvorrichtung befestigt sind.
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Bei einer anderen Ausgestaltung der Erfindung ist die die
Führungsvorrichtung auf einer Führungshülse befestigt ist, die die Sonde
umschließt.
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Bei noch anderen Ausgestaltungen der Zentriervorrichtung nach der Erfindung
sind das bzw. die Zentrierelemente aus mehreren Teile zusammengesetzt, die
lösbar miteinander verbunden sind.
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Darüberhinaus sehen weitere Ausgestaltungen der Erfindung vor, daß die
Führungsvorrichtung und/oder die Führungshülse aus mehreren Teilen
zusammengesetzt sind, die lösbar miteinander verbunden sind.
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Der Erfindung liegt die Idee zugrunde, auf einfache Weise die stab- bzw.
seilförmige Sonde des Füllstandsmeßgerätes mithilfe einer darauf oder daran
anzubringenden Vorrichtung in einem Behälter-Stutzen bzw. in einer
Durchführung im Behälter zu zentrieren und eine Berührung der Sonde am
Behälter zu verhindern, ohne daß dazu behälterseitig eine Einrichtung
vorgesehen oder dauerhaft montiert werden muß. Die Zentriervorrichtung
nach der Erfindung wird zusammen mit der stab- bzw. seilförmigen Sonde
bzw. mit dem Füllstandsmeßgerät montiert und läßt sich ebenso auch wieder
ausbauen.
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Die Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf verschiedene, in der
Zeichnung dargestellte Ausführungsbeispiele beschrieben und erläutert:
Dabei zeigen:
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Fig. 1 eine prinzipielle Skizze eines auf einem Behälter montierten
Füllstandsmeßgeräts mit einer Zentriervorrichtung nach der
Erfindung;
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Fig. 2 eine skizzenhafte Seitenansicht eines Ausführungsbeispiels der
Zentriervorrichtung nach der Erfindung in gegenüber Fig. 1
vergrößertem Maßstab;
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Fig. 3 eine skizzenhafte Seitenansicht eines anderen
Ausführungsbeispiels der Zentriervorrichtung nach der Erfindung in
gegenüber Fig. 1 vergrößertem Maßstab;
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Fig. 4 eine skizzenhafte Draufsicht auf eine besondere Ausführungsform
der Zentriervorrichtungen nach Fig. 3;
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Fig. 5 eine skizzenhafte Seitenansicht eines weiteren
Ausführungsbeispiels der Zentriervorrichtung nach der Erfindung in
gegenüber Fig. 1 vergrößertem Maßstab;
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Fig. 6 eine skizzenhafte Draufsicht auf eine besondere Ausführung der
Zentriervorrichtungen nach Fig. 5 in demgegenüber vergrößertem
Maßstab;
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Fig. 7 eine skizzenhafte Draufsicht auf eine andere besondere
Ausführungsform der Zentriervorrichtungen nach Fig. 5 in
demgegenüber vergrößertem Maßstab;
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Fig. 8 eine skizzenhafte Draufsicht auf eine besondere Ausführungsform
der Zentriervorrichtungen nach Fig. 5;
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Fig. 9 eine Draufsicht auf die Zentriervorrichtung nach Fig. 6 in
demgegenüber vergrößertem Maßstab; und
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Fig. 10 eine Schnittdarstellung der Zentriervorrichtung nach Fig. 9 für eine
in Fig. 9 durch eine mit X-X markierten Linie veranschaulichte
Schnittebene.
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Bei den in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispielen der Erfindung
sind zur besseren Übersicht und zur Vereinfachung Bauteile oder
Bauteilgruppen, die sich in ihrem Aufbau und/oder in ihrer Funktion
entsprechen, mit gleichen Bezugszeichen versehen.
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In Fig. 1 ist skizzenhaft ein Feldmeßgerät 1 zur Bestimmung des Füllstandes
2 eines Mediums 3 in einem Behälter 4 dargestellt. Das Feldmeßgerät 1
umfaßt ein Gehäuse 5 und eine stab- oder seilförmige Sonde 6 und ist bei
dem hier dargestellten Beispiel auf einem Stutzen 7 des Behälters 4 montiert.
An sich kann das Feldmeßgerät 1 in beliebiger Weise auch in oder an dem
Stutzen 7 angebracht werden, wobei die Sonde 6 durch den Stutzen 7 ins
Innere des Behälters 4 verläuft und dort - wenigstens teilweise - in das
Medium 3 eintaucht. Im Bereich des Stutzens 7 ist die Sonde 6 mit einer
Zentriervorrichtung 10 versehen, die wenigstens ein Zentrierelement 11
aufweist, das die Sonde 6 im Stutzen 7 zentriert und verhindert, daß die
Sonde 6 eine Innenwand 12 oder eine Kante 13 des Stutzens 7 berührt.
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Das Feldmeßgerät 1 ist zum Beispiel ein in der industriellen
Prozeßmeßtechnik verwendetes kapazitives oder TDR-Füllstandsmeßgerät, dessen stab-
bzw. seilförmige Sonde 6 eine Elektrode bzw. ein Wellenleiter für
elektromagnetische Meßsignale ist. Solche Geräte sind bekannt und werden deshalb hier
nicht näher erläutert. Eine hier ebenfalls nicht näher erläuterte oder
dargestellte Meßelektronik des Feldmeßgeräts 1, die wie üblich im Gehäuse 5
untergebracht ist, wird über eine hier nicht näher beschriebene
Verbindungsleitung 14 versorgt, über die auch die vom Feldmeßgerät 1
gewonnenen bzw. generierten Meßwerte bzw. Steuerdaten geleitet werden.
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In Fig. 2 ist eine besondere Ausführungsform der im Stutzen 7 montierten
Zentriervorrichtung 10 nach der Erfindung dargestellt. Die Zentriervorrichtung
10 umfaßt bei dieser Ausführung mehrere, vorzugsweise wenigstens drei
Zentrierelemente, von denen hier zur Vereinfachung nur zwei
Zentrierelemente 11.2.1 und 11.2.2 veranschaulicht sind. Jedes der
Zentrierelemente 11.2.1 und 11.2.2 umfaßt jeweils zwei einzelne Streifen oder
Stäbe 15.1a, 15.1b bzw. 15.2a, 15.2.b. Die Streifen oder Stäbe 15.1a, 15.1b
bzw. 15.2a, 15.2.b der einzelnen Zentrierelemente 11.2.1 und 11.2.2 sind
wiederum durch Drehgelenke 16.1.1, 16.2.1 miteinander verbunden sind. An
ihren jeweils anderen Enden sind die Streifen oder Stäbe 15.1a, 15.1b bzw.
15.2a, 15.2.b mittels weiterer Drehgelenke 16.1.2, 16.1.3, 16.2.2 und 16.2.3
Führungsringen 17.1 und 17.2 befestigt. Diese Führungsringe 17.1 und 17.2
sind auf einer die Sonde 6 umschließenden und dort befestigten
Führungshülse 18 angeordnet, wobei vorzugsweise bei dem in Fig. 2
dargestellten Ausführungsbeispiel der Erfindung der obere Führungsring 17.1
auf der Führungshülse 18 in axialer Richtung fixiert und der untere
Führungsring 17.2 auf der Führungshülse 18 axial verschieblich sind.
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Aus den gelenkig miteinander verbundenen Streifen oder Stäben 15.1a, 15.1b
bzw. 15.2a, 15.2.b, den Führungsringen 17.1 und 17.2 und der Führungshülse
18 wird eine Art Scherengitter gebildet, so daß bei axialer Verschiebung des
unteren Führungsrings 17.2, wie durch den nicht näher bezeichneten
Doppelpfeil veranschaulicht, die aus den Streifen oder Stäben 15.1a, 15.1b
bzw. 15.2a, 15.2.b gebildeten Zentrierelemente 11.2.1 und 11.2.2 von der
Sonde abgespreizt oder daran angelegt werden können. Die axiale
Erstreckung der Führungshülse 18 ist vorzugweise größer gewählt als der
maximale Abstand der Führungsringe 17.1 und 17.2 bei zusammengefalteten
Zentrierelementen 11.2.1 und 11.2.2.
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Für die Montage des Feldmeßgerätes 1 und der Sonde 6 auf dem Stutzen 7
wird die üblicherweise in zusammengefalteten Zustand angelieferte und auf
der Sonde 6 befestigte Zentriervorrichtung 10 durch Bewegen des
Führungsrings 17.2 bis auf einen solchen äußeren Durchmesser entfaltet, daß
sie ohne große Mühe aber mit hinreichender Passung in den Stutzen
eingebracht werden kann. Der bewegliche Führungsring 17.2 kann durch
einfache Mittel in der gewünschten Endposition auf der Führungshülse 18
fixiert werden, beispielsweise durch wenigstens eine Festellschraube,
vorzugsweise eine Madenschraube, in besagtem Führungsring oder durch
Klebungen. Selbstverständlich ist es auch ohne Einschränkung der Erfindung
möglich, den oberen Führungsring 17.1 beweglich und den unteren
Führungsring 17.2 axial fixiert auf der Führungshülse 18 zu realisieren. Es ist
für die Funktion der Zentriervorrichtung 10 nicht erforderlich, daß sie im
Inneren des Stutzens fest verspannt wird.
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In Fig. 3 ist eine andere Ausführungsform der Zentriervorrichtung nach der
Erfindung dargestellt. Auf der die Sonde 6 umschließenden Führungshülse 18
ist ein einzelner Führungsring 17.3 befestigt, an dem wiederum mehrere
feder-elastische, streifenförmige Zentrierelemente befestigt, von denen
aufgrund der gewählten Darstellung nur die zwei feder-elastische,
streifenförmige Zentrierelemente 11.3.1 und 11.3.2 veranschaulicht sind.
Diese feder-elastische, streifenförmige Zentrierelemente 11.3.1 und 11.3.2
sind nach außen gewölbt, so geformt und auf den Innendurchmesser des
Stutzens abgestimmt, daß sie im eingebauten Zustand eine gute Zentrierung
der Sonde 6 ermöglichen. An ihren freien Enden 19.1 und 19.2 sind die
federelastischen, streifenförmigen Zentrierelemente 11.3.1 und 11.3.2 nicht mit der
Führungshülse 18 verbunden und sind auf der letzteren verschiebbar.
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Dadurch wird auf einfache Weise erreicht, daß die, wie in Fig. 3 dargestellt, im
Ruhe- bzw. eingebauten Zustand an sich bauchig nach außen gewölbten
federelastischen, streifenförmigen Zentrierelemente 11.3.1 und 11.3.2 für den
Einbau zusammengedrückt werden können. Da auf diese Weise der äußere
Durchmesser der Zentriervorrichtung 10 variabel ist, reicht es aus, für Stutzen
mit unterschiedlichen Innendurchmessern eine oder wenige
Standardbaugrößen einer Zentriervorrichtung 10 vorrätig zu halten.
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Zur besseren Veranschaulichung ist in Fig. 4 eine Draufsicht auf die in einem
Stutzen 7 eingebaute Zentriervorrichtung 10 nach Fig. 3 dargestellt. Diese
Zentriervorrichtung 10 weist drei feder-elastische, streifenförmige
Zentrierelemente 11.3.1, 11.3.2 und 11.3.3 auf, die innen am Stutzen 7
anliegen und so die von der Führungshülse 18 umschlossene Sonde 6
zentrieren. Wie in Fig. 4 dargestellte ist es möglich, die Führungshülse 18 und
den Führungsring 17.3 aus vorgefertigten Teilen zusammenzusetzen, die
miteinander, beispielsweise durch Schrauben, verbunden werden. Dies hat
den Vorteil, daß die Sonde 6 nicht durch die Führungshülse 18 hindurch
gesteckt werden muß, bevor sie am bzw. im Feldmeßgerät 1 (siehe dazu
auch Fig. 1) befestigt wird. Die aus einzelnen Teilen zusammensetzbare
Zentriervorrichtung 10 nach Fig. 4 kann auch auf Sonden aufgesetzt werden,
die bereits am Feldmeßgerät 1 befestigt sind. Solche Zentriervorrichtung 10
eignen sich daher auch für eine Nachrüstung bereits montierter Feldgeräte mit
Sonden. Im Prinzip lassen sich alle bisher und nachfolgend beschriebenen
Ausführungsformen der Erfindung in ähnlicher Weise teilbar gestalten, um den
oben beschriebenen Vorteil für die verschiedenen Formen von
Zentrierelementen 11 zu nutzen.
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Die Fig. 5 und 6 zeigen noch eine andere Ausführungsform der
Zentriervorrichtung 10 nach der Erfindung, bei der das Zentrierelement im
wesentlichen scheibenförmig ist. Dieses scheibenförmige Zentrierelement
11.5 ist direkt auf der die Sonde 6 umschließenden Führungshülse 18befestigt. Es umfaßt vorzugsweise eine relativ dünne Scheibe, die in ihrem
Randbereich, wo sie die Innerwand des Stutzens berühren kann, verstärkt ist,
beispielsweise entsprechend einem in Fig. 5 gestrichelt dargestellten
Querschnitt.
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Falls der Außendurchmesser des Zentrierelements 11.5 relativ groß
gewünscht wird, können, wie in Fig. 6 gezeigt, Löcher 20 oder andere Formen
von Durchbrüchen vorgesehen werden, um Gewicht zu sparen.
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Eine andere Ausführung der in einem Stutzen 7 montierten
Zentriervorrichtung 10 nach der Erfindung ist in Fig. 7 dargestellt. Hier wird
das Zentrierelement 11.6 aus einem äußeren Ring 11.6.1 gebildet, der mittels
Stegen 11.6.2, 11.6.3 und 11.6.4 an der Führungshülse 18 befestigt ist. Mit
dieser Konstruktion läßt sich eine weitere Gewichtsreduzierung realisieren.
Selbstverständlich ist die Erfindung nicht auf hier dargestellten drei Stege
11.6.2, 11.6.3 und 11.6.4 beschränkt, sondern sie läßt sich je nach Bedarf
auch mit einer anderen Anzahl von Stegen realisieren.
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Fig. 8 zeigt noch eine andere Ausführungsform der Zentriervorrichtung 10
nach der Erfindung, die sich für Stutzen großer Länge eigenet, wo es darauf
ankommt, die Sonde 6 über eine größere Länge zu zentrieren und in Position
zu halten. Um dem zu genügen, weist die Zentriervorrichtung 10 nach Fig. 8
zwei Zentrierelemente 11.8.1 und 11.8.2 auf, die in gewünschter Weise
beabstandet und auf der Führungshülse 18 befestigt werden. Die in Fig. 8
veranschaulichten Zentrierelemente 11.8.1 und 11.8.2 können solche sein, die
den in den Fig. 5, 6 und 7 dargestellten scheiben- bzw. ringförmigen
Zentrierelementen entsprechen. Ohne Einschränkung der Erfindung können
aber auch zwei oder noch mehr der in Fig. 2 bis 4 dargestellten stab- bzw.
streifenförmigen Zentrierelemente übereinander angeordnet werden.
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Eine weitere Ausführungsform der Zentriervorrichtung 10 ist in Fig. 9
dargestellt. Hierbei handelt es sich wiederum um eine Ausführung mit einem
Zentrierelement 11.9, das für einen Transport zum Einsatzort
zusammengefaltet und das dort auf einen gewünschten Außendurchmesser,
entsprechend dem Innendurchmesser des Stutzens 7) aufgefaltete und in
dieser Lage fixiert werden kann. Das Zentrierelement 11.9 umfaßt dazu
mehrere, abgeknickte Stäbe oder Streifen, die fest mit einem Führungsring 21
verbunden sind, der seinerseits auf der Führungshülse 18 befestigt ist, die die
Sonde 6 umschließt. Wegen der für die Fig. 9 gewählten Darstellung sind nur
zwei abgeknickte Stäbe 11.9.1 und 11.9.2 zu sehen. In Transport- oder
Ruhestellung liegt ein oberer, dem Führungsring 21 zugewandter Teil der
abgeknickte Stäbe 11.9.1 und 11.9.2 an oder fast an der Führungshülse 18
an. Mittels eines auf der Führungshülse 18 verschieblichen und in seiner
gewünschten Endposition fixierbaren Spreizkegels 22, der zum Führungsring
21 hin geschoben wird, lassen sich die abgeknickte Stäbe 11.9.1 und 11.9.2,
wie in Fig. 9 veranschaulicht, auf den gewünschten und in Bezug auf den
Innendurchmesser des Stutzens gewählten Außendurchmesser abspreizen.
In dieser Position wird der Spreizkegel 22 auf der Führungshülse 18 arretiert.
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Die Fig. 10 und 11 zeigen eine besonders bevorzugte Ausführungsform der
Erfindung. Hier ist ein an sich radförmig gestaltetes Zentrierelement 11.10 mit
einer zentralen Bohrung 23 vesehen, deren Durchmesser dem
Außendurchmesser der Führungshülse 18 entspricht. Die Führungshülse 18,
die in ihrer zentralen Bohrung wiederum die hier nicht dargestellte Sonde 6
aufnimmt, weist an ihrem unteren Ende eine Tragscheibe 22 auf, auf der das
über die Führungshülse 18 gesteckte Zentrierelement 11.10 zu liegen kommt.
Das Zentrierelement 11.10 ist in dieser Position durch einen Klemmring 23
fxiert. Diese Situation ist in Fig. 10 gezeigt. Die Fig. 10 und veranschaulichen
auch, wie die Führungshülse 18 und damit die gesamte Zentriervorrichtung 10
mittels Madenschrauben 24.1 bzw. 24.2 einfache Weise auf einer Sonde 6
befestigt werden kann.
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Die in den Fig. 10 und 11 dargestellte Ausführung der Erfindung ermöglicht
auf einfache Weise einen Ersatz oder Austausch des Zentrierelements durch
an anderes mit anderen Dimensionen. Dadurch kann die Zentreiervorrichtung
auf einfache Weise an unterschiedliche Stutzendurchmesser angepaßt
werden.
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Die einzelnen Teile aller in der Zeichnung dargestellten Zentriervorrichtungen
können im Prinzip aus beliebigem Material bestehen, aus Metall oder
Kunststoff, sofern die für die Zentrierung der jeweiligen Sonde erforderlichen
Festigkeiten erreichen. Die Zentrierelemente sollten jedoch vorzugsweise
keine elektrisch leitende Verbindung mit dem Stutzen bilden können.
Entweder sind si aus nicht-leitendem Material gefertigt oder außen von einem
solchen überzogen. Die Führungshülse kann auch aus einem metallischen
Werkstoff sein; es hat sich jedoch gezeigt, das die Funktion der Sonde des
Felgmeßgerätes durch eine Führungshülse aus nicht-leitendem Material
weniger beeinträchtigt wird.
Bezugszeichenliste
1 Feldmeßgerät zur Bestimmung des Füllstandes
2 Füllstand
3 Medium
4 Behälter
5 Gehäuse
6 stab- oder seilförmige Sonde
7 Stutzen
10 Zentriervorrichtung
11 Zentrierelement
11.2.1 stabförmiges Zentrierelement
11.2.2 stabförmiges Zentrierelement
11.3.1 feder-elastisches, streifenförmiges Zentrierelement
11.3.2 feder-elastisches, streifenförmiges Zentrierelement
11.3.3 feder-elastisches, streifenförmiges Zentrierelement
11.5 scheibenförmiges Zentrierelement
11.6.1 ringförmiges Zentrierelement
11.6.2 Steg für 11.6.1
11.6.3 Steg für 11.6.1
11.6.4 Steg für 11.6.1
12 Innenwand des Stutzens
13 Kante des Stutzens
14 Verbindungsleitung
15.1a Streifen
15.1b Streifen
15.2a Streifen
15.2b Streifen
16.1.1 Drehgelenk
16.1.2 Drehgelenk
16.1.3 Drehgelenk
16.2.1 Drehgelenk
16.2.2 Drehgelenk
16.2.3 Drehgelenk
17.1 Führungsring
17.2 Führungsring
17.3 Führungsring
18 Führungshülse
19.1 freies Ende von (11.3.1)
19.2 freies Ende von (11.3.2)
20 Löcher
21 Führungsring
22 Spreizkegel
23 Klemmring
24.1 Madenschraube
24.2 Madenschraube