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Die
Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zur Bestimmung und/oder Überwachung
einer Prozessgröße eines
Mediums, mit einer länglichen Sonde.
Bei der Sonde kann es sich beispielsweise um eine Elektrode einer
Vorrichtung zur kapazitiven Messung eines Füllstands eines Mediums in einem Behälter handeln.
Es kann sich auch um die Sonde zur Führung von Mikrowellen bei einer
Vorrichtung zur Bestimmung eines Füllstands über das Laufzeitverfahren handeln.
Die Prozessgröße ist also
beispielsweise der Füllstand
des Mediums.
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Sonden
werden insbesondere zur kapazitiven Messung des Füllstandes
eines Mediums in einem Behälter
eingesetzt. Die Sonde, eine zweite Sonde/die Behälterwand und das Medium bilden
einen Kondensator, dessen Kapazität vom Füllstand des Mediums abhängt. Eine
andere Messmethode besteht darin, dass an der Sonde Mikrowellen
entlang geführt
werden und dass aus der Laufzeit der Mikrowellen der Füllstand
berechnet wird. In der Praxis werden sehr häufig vollständig mit einem Isolationsmaterial überzogene
Messelektroden eingesetzt. Übliche
Materialien für
die Isolation sind Polypropylen, Polyethylen, Fluorkunststoffe oder
Polyurethan. Die Isolation stellt z.B. eine galvanische Trennung zwischen
einer Messschaltung auf der einen Seite und dem Füllgut auf
der anderen Seite dar. Die Sonden sind üblicherweise am Prozess zugewandten Ende
mit einer Isolation versehen. Bei Seil- und auch bei Stabsonden
ist es üblich,
Standardgrößen herzustellen
und anzubieten, die vom Kunden vor Ort auf die passende Länge gekürzt werden
kann. Dies vereinfacht die Produktion und spart Lagerkosten. Nach dem
Kürzen
ist es jedoch erforderlich, dass eine entsprechende Endisolierung
der Sonde wieder hergestellt wird. Dies geschieht üblicherweise
durch eine sog. Endkapsel, die mechanisch am Ende der Sonde angebracht
wird und die eine dichtende Funktion übernimmt.
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Somit
ist es Aufgabe der Erfindung, eine Vorrichtung mit Sonde anzugeben,
deren Sonde sich leicht und möglichst
ohne Aufwand vor Ort kürzen lässt.
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Die
Erfindung löst
die Aufgabe mit einer Vorrichtung zur Bestimmung und/oder Überwachung
einer Prozessgröße eines
Mediums, mit einer länglichen
Sonde, und mit einer Endkapsel, wobei die Endkapsel eine Hülse mit
einer Sacklochbohrung aufweist, wobei die Sacklochbohrung ein dem
Prozess zugewandtes Ende der Sonde aufnimmt, wobei in der Hülse ein
Dichtelement befindlich ist, das eine Durchführung aufweist, wobei das Dichtelement
mindestens einen Abschnitt der Sonde umfasst, und wobei das Dichtelement
an der Sonde anliegt. Die Idee besteht also darin, dass die Sonde
durch die Hülse
wieder verschlossen wird und dass durch ein Dichtelement verhindert
wird, dass das Medium an eine Stelle der Sonde gelangt, die beispielsweise
abisoliert ist. In diesem Zusammenhang sei die Endkapsel für eine Seilsonde
der europäischen
Patentanmeldung
EP
0 849 570 A1 der Anmelderin genannt. Die dortige Ausgestaltung
bezog sich nur auf Seilsonden, wobei in der vorliegenden Anmeldung
auch besonders auf Stabsonden Bezug genommen wird. Die hier beschriebenen
Varianten und Ausgestaltungen lassen sich jedoch auch bei Seilsonden
anwenden. Vorzugsweise ist die Hülse
zylindrisch – rotationssymmetrisch – ausgestaltet,
so dass das Medium möglichst
wenig Fläche
zum Anhaften – dies
führt zum Ansatz
und somit zu Veränderungen
der Messergebnisse – hat
und dass auch auf die Sonde wirkende Kräfte möglichst minimal sind. Diese
zylindrische Ausgestaltung bezieht sich dann vorzugsweise auch auf
die weiteren Bestandteile der Endkapsel, in von der Hülse aufgenommen
werden. Beim Verkürzen der
Sonde wird üblicherweise
die Isolierung an einem Ende aufgehoben. Durch das Dichtelement
kann dann eine Abschlussisolierung wieder hergestellt werden, d.h.
es wird durch das Dichtelement verhindert, dass das Medium, oder
dass z.B. Feuchtigkeit an den leitfähigen Innenteil der Sonde gelangt.
Das Dichtelement umfasst also vorzugsweise einen abisolierten Abschnitt
der Sonde und auf jeden Fall auch einen Abschnitt, an welchem die
Isolierung wieder anfängt.
Bei einer Isolierung liegt das Dichtelement vorzugsweise dichtend
an der Sonde bzw. an der Isolierung an. Eine Erweiterung dazu ist,
dass das Dichtelement auch dichtend an der Hülse anliegt. Somit ist mit
dieser Ausgestaltung die Vorrichtung problemlos in der Länge anzupassen,
weil sich durch die Endkapsel die Isolierung am gekürzten Ende
wieder ohne besondere Werkzeuge oder Arbeitsschritte herstellen
lässt.
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Eine
Ausgestaltung beinhaltet, dass die längliche Sonde mindestens teilweise
mit einer elektrischen und/oder chemischen Isolierung versehen ist,
die die Sonde gegenüber
dem Medium elektrisch und/oder chemisch isoliert, und dass das Dichtelement
dichtend an der Isolierung der Sonde anliegt. Solche Isolierungen
dienen üblicherweise
der galvanischen Trennung zwischen dem Medium und der Sonde bzw.
der mit der Sonde verbundenen Elektronik. Wird die Sonde verkürzt, so
ist es also sehr wichtig, dass die Isolierung wieder hergestellt
wird.
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Eine
Ausgestaltung sieht vor, dass die Durchführung des Dichtelements eine
durchgehende Bohrung ist, und dass die Sonde durch die durchgehende
Bohrung hindurchreicht. Das dem Prozess zugewandte Ende der Sonde – das Ende
also, an welchem vorzugsweise die Isolierung für das Verkürzen der Sonde aufgehoben wird – wird also
vom Dichtelement umfasst.
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Eine
Ausgestaltung beinhaltet, dass ein Deckel vorgesehen ist, der eine
durchgehende Bohrung aufweist, dass die Sonde durch die durchgehende Bohrung
hindurchreicht, und dass der Deckel gegen das Dichtelement gepresst
ist. Der Deckel hält
somit das Dichtelement in seiner Position und trägt damit auch zu dessen dichtender
Wirkung bei. Weiterhin wird durch eine entsprechende Ausgestaltung
das Eindringen des Mediums in die Hülse verhindert oder zumindest
reduziert. Je nach Ausgestaltung des Deckels und der Hülse kann
es erforderlich sein, dass der Deckel mindestens teilweise in der
Hülse befindlich
ist. Eine Ausgestaltung sieht vor, dass der Deckel und die Hülse derartig
ausgestaltet sind, dass sie sich mit einfachen Werkzeugen – z.B. einem
Maul- oder Gabelschlüssel – gegeneinander
verschraubend auf Block zusammenbauen lassen, so dass zum einen
außer
der Dichtkraft keine andere, unerwünscht Kraft auf die Sonde wirkt
und so dass zum anderen beispielsweise kein Drehmoment-Schlüssel erforderlich
ist. Da die Bauteile auf Block verschraubt werden, ist die Montage
sicher und einfach durchzuführen
und es verbleibt kein Spalt, in dem sich das Medium sammeln könnte. Der
Deckel ist weiterhin vorzugsweise so ausgestaltet, dass er oben,
also in der vom Prozess abgewandten Richtung Abschrägungen aufweist,
so dass das Medium kaum anhaften kann.
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Eine
Ausgestaltung sieht vor, dass das Dichtelement außen mindestens
einen konischen Abschnitt aufweist, und dass die Hülse eine
konische Verengung aufweist, in der sich mindestens teilweise das
Dichtelement befindet. Die konischen Abschnitte sind vorzugsweise
so ausgestaltet, dass sie zu einander passen, also einander entsprechend
ausgestaltet sind. Für
eine einfache Ausgestaltung weist die konische Verengung der Hülse vom
Deckel weg, d.h. die Koni werden vom Deckel wegweisend enger. Somit
wird durch den Anpressdruck des Deckels das Dichtelement sehr gut
an die Sonde und auch an die Hülse
selbst angepresst. Das Dichtelement wird also zwischen Sonde und
Hülse eingepresst.
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Eine
Ausgestaltung beinhaltet, dass das Dichtelement in der Durchführung mindestens
eine Dichtlippe aufweist, und dass die Dichtlippe derartig ausgestaltet
ist, dass sie dichtend an der Sonde und/oder der Isolierung anliegt.
Die Dichtlippe ist vorzugsweise umlaufend oder ringförmig ausgestaltet. Die
Dichtlippe ist also vorzugsweise in Richtung der Sonde gewendet,
so dass sich die Lippe quasi in die Außenschicht – dort befindet sich vorzugsweise
eine Isolierung – drückt. Dadurch
ergibt sich die dichtende Wirkung und gleichzeitig erfolgt auch
eine entsprechende Zugfestigkeit. Je nach der weiteren Ausgestaltung
ist es auch erforderlich, dass das Dichtelement nicht nur über die
Dichtlippe dichtend an der Sonde/Isolierung anliegt, sondern dass
das Dichtelement auch dichtend an der Hülse anliegt.
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Letzteres
ist beispielsweise bei der folgenden Ausgestaltung nicht unbedingt
erforderlich.
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Eine
Ausgestaltung sieht vor, dass die Durchführung des Dichtelements eine
Sacklochbohrung ist. Somit umschließt das Dichtelement das dem Prozess
zugewandte Ende der Sonde. Da das Dichtelement in der Hülse befindlich
ist, bestehen prinzipiell zwei Möglichkeiten,
dass das Medium eindringt: zwischen Dichtelement und Hülse und
zwischen Dichtelement und Sonde. Durch die Sacklochbohrung im Dichtelement
wird verhindert, dass das Medium, das zwischen Dichtelement und
Hülse eingedrungen
ist, zur Sonde gelangt. Der Übergang
Dichtelement und Sonde ist wieder durch die obige Dichtlippe abgedichtet.
Somit kann es also nicht zu einem Kontakt zwischen einem abisolierten
Abschnitt der Sonde und dem Medium kommen, insoweit ein abisolierter
Abschnitt erst nach der Dichtlippe in Richtung des Prozesses befindlich
ist.
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Eine
Ausgestaltung beinhaltet, dass die Hülse in der Bohrung ein Gewinde
aufweist, und dass das Gewinde derartig ausgestaltet ist, dass die
Hülse über das
Gewinde an der Sonde befestigt ist.
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Eine
Ausgestaltung sieht vor, dass in der Hülse eine Aussparung zur Aufnahme
des Dichtelements vorgesehen ist. Die Aussparung ist vorzugsweise
oberhalb des Gewindes und in Richtung vom Prozess weg angebracht.
Somit bildet das Dichtelement eine erste Stufe der Abdichtung und
die Hülse selbst übernimmt
dann die zweite Abdichtung.
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Eine
Ausgestaltung beinhaltet, dass es sich bei dem Dichtelement um einen
O-Ring handelt. Für einen
solchen O-Ring lässt
sich relativ einfach eine entsprechende Ausgestaltung herstellen.
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Eine
Ausgestaltung sieht vor, dass die Hülse mindestens eine Dichtlippe
aufweist, die dichtend an der Sonde und/oder der Isolierung anliegt.
Die Dichtlippe ist vorzugsweise umlaufend oder ringförmig ausgestaltet,
so dass sie in die Isolierung der Sonde eingreift.
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Eine
Ausgestaltung sieht vor, dass die Hülse eine im Wesentlichen zylindrische
Außenform
aufweist. Somit werden die an der Hülse wirkenden Kräfte reduziert
und es gibt weniger Fläche,
an der das Medium anhaften kann. Für die einfache Montage sind
jedoch auch Stellen vorzusehen, über
die beispielsweise mit einem Maulschlüssel die Endkapsel an der Sonde
durch Verschrauben befestigt werden kann. Weiterhin ist eine Ausgestaltung
mit Abschrägungen
vorteilshaft, so dass das Medium möglichst nicht an der Endkapsel
haften bleibt.
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Eine
Ausgestaltung beinhaltet, dass die Sonde ein Stab oder ein Seil
ist.
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Eine
Ausgestaltung sieht vor, dass die Vorrichtung kapazitiv den Füllstand
des Mediums bestimmt und/oder überwacht.
Die Sonde kann jedoch auch z.B. den Füllstand nach der Time-of-Flight-Methode
bestimmen, indem z.B. Mikrowellen an der Sonde entlang geführt werden.
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Die
Erfindung wird anhand der nachfolgenden Zeichnungen näher erläutert.
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Es
zeigt:
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1:
eine erste Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Endkapsel;
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2:
eine zweite Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Endkapsel; und
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3:
eine dritte Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Endkapsel.
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1 zeigt
eine erste Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Endkapsel 1. Die
Sonde 5 – hier ist
nur das Endstück
gezeigt, die Sonde 5 an sich ist deutlich länger als
die Endkapsel 1 – weist
eine Isolierung 6 auf. Bei aggressiven Medien kann die
Sonde beispielsweise aus Kohlefasern bestehen und dann mit PP isoliert
sein. Im Fall, dass mit der Sonde 5 der Füllstand
eines Mediums – graphisch
nicht dargestellt – kapazitiv
gemessen werden soll, wird die Sonde 5 vorzugsweise mit
einer Wechselspannung beaufschlagt. Aus dem gemessenen Strom lässt sich dann
die Kapazität
des Kondensators berechnen, der aus der Sonde 5, aus einer
zweiten Sonde oder der Behälterwand
und dem Medium als Dielektrikum gebildet wird. Bei der Sonde 5 handelt
es sich beispielsweise um eine Stabsonde im Gegensatz zu einer Seilsonde.
Solche Stabsonden werden üblicherweise in
einer einheitlichen Größe/Länge (im
Meter-Bereich) hergestellt, um Produktions- und Lagerkosten zu reduzieren.
Die Sonde 5 wird dann vom Kunden vor Ort passend gekürzt. Da
dabei die Isolierung, die eine galvanische Trennung zwischen dem
Medium und einer mit der Sonde verbundenen Elektronik darstellt,
aufgehoben wird, hat die Endkapsel 1 die Aufgabe, diese
Isolierung vor Ort ohne besondere Werkzeuge wieder herzustellen.
Dafür ist
in der dargestellten Version eine Hülse 10 – diese
sei rotationssymmetrisch um die eingezeichnete Längsachse – mit einer Sacklochbohrung 11 vorgesehen.
In dieser Bohrung 11 befindet sich das Dichtelement 20.
Im dargestellten Fall weist das Dichtelement 20 nach außen eine
konische Form und weist die Bohrung 11 der Hülse 10 eine
ebenfalls konische Verengung 12 auf. Oberhalb des Dichtelements 20 befindet
sich der Deckel 30, der eine durchgehende Bohrung 31 aufweist. Der
Deckel 30 lässt
sich über
ein Außengewinde
und ein entsprechendes Innengewinde in die Hülse 10 eindrehen.
Der Deckel 30 kann beispielsweise alternativ auch als Überwurfmutter
ausgestaltet sein. Beim Eindrehen werden Deckel 30 und
Hülse 10 derartig
gegeneinander verschraubt, dass außer der radialen Dichtkraft
keine unerwünschten
Kräfte
auf die Sonde 5 bzw. über
die Sonde 5 auf die entsprechend Aufhängung – hier nicht dargestellt – wirkt.
Für das Verschrauben
sind die glatten Schlüsselflächen an dem
Deckel 30 und an der Hülse 10 vorgesehen.
Das Verschrauben lässt
sich also sehr einfach realisieren. Ist der Deckel 30 jedoch
eine Überwurfmutter,
so ist bereits im Deckel 30 ein Innengewinde gegeben und er
braucht nicht in die Hülse 10 zu
ragen. Die Sonde wird durch die Bohrungen des Deckels und des Dichtelements
in die Hülse 10 geführt. Wird
der Deckel 30 in der hier gezeigten Ausgestaltung in die
Hülse 10 eingeschraubt,
so drückt
er gegen das Dichtelement 20. Durch die Ausgestaltung des
Dichtelements 20 und der Hülse 10 presst der
axiale Druck des Deckels 30 das Dichtelement 20 gegen
die Sonde 5 und dichtet diese somit ab (weiterhin wird
somit die Hülse 10 auch
durch Reibung an der Sonde 5 gehalten). Gleichzeitig bewirkt
die jeweils konische Ausgestaltung des Dichtelementes 20 und
der Hülse 10,
dass das Dichtelement 20 auch dichtend an der Hülse 10 anliegt.
Es wird durch das Dichtelement 20 also der Übergang
Hülse 10 zu
Dichtelement 20 und der Übergang Dichtelement 20 zu
Sonde 5 abgedichtet. Somit werden beide Möglichkeiten,
dass Medium eindringen könnte,
abgedichtet. Um diese abdichtende Funktion zu erfüllen, ist
es offensichtlich, dass die Länge
der gekürzten
Sonde 5 und der Bereich, über den die Isolierung 6 entfernt
worden ist, in Verbindung mit der Hülse 10 und dem Dichtelement 20 so aufeinander
abgestimmt sind, dass das Dichtelement 20 die verbleibende
Isolierung 6 umfasst und mit dieser abschließt. Ein
weiterer Vorteil ist, dass durch die Ausgestaltung der Einzelteile
der Endkapsel 1, besonders durch die Führung des Deckels 30 in
der Hülse 10 eine
Verminderung der Dichtfunktion nicht durch ein Wegfließen des
Dichtelements 20 auftreten kann. Dafür sind auch die Hohlräume um das
Dichtelement 20 eingeschränkt.
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In
der 2 ist eine zweite Ausgestaltung der Endkapsel 1 dargestellt.
Der Durchgang 21 des Dichtelements 20 ist eine
Sacklochbohrung 23. Das Dichtelement 20 kleidet
in der dargestellten Variante die Sacklochbohrung 11 der
Hülse 10 vollständig aus.
Dies hat direkt zur Folge, dass das Medium, welches ggf. in den
Zwischenraum zwischen Dichtelement 20 und Innenraum der
Hülse 10 eindringt,
nicht an die den abisolierten Abschnitt der Sonde 5 gelangen
kann. Das Dichtelement 20 weist eine umlaufende oder ringförmige Dichtlippe 25 auf,
die so ausgestaltet ist, dass Vorsprünge in Richtung der Sonde 5 auftreten.
Diese Vorsprünge
wiederum haben einen leicht kleineren Innendurchmesser als der Außendurchmesser
der Sonde 5 mit der Isolierung 6. Wird die Endkapsel 1 auf
das dem Prozess zugewandte Ende der Sonde 5 gedrückt, so
graben sich die Vorsprünge/die
Dichtlippen 25 in die Isolierung 6 ein und dichten
somit den Raum zwischen Sonde 5 und Innenseite des Dichtelements 20 ab.
Im gezeigten Beispiel sind die Dichtung 20 und die Isolation 6 aus
dem gleichen Werkstoff (PP ohne Glasfaser). Dabei ist es erforderlich,
dass eine leichte plastische Verformung möglich ist. Um den mechanischen
Druck auf die Dichtstelle aufzubringen, wird im hier dargestellten Beispiel
die Glasfaser-verstärkte
PP-Hülse 10 benutzt.
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Diese
in dieser Figur gezeigte Variante benötigt also ein Bauteil weniger
als die erste Variante in 1. Weiterhin
erlaubt es diese Variante, die Endkapsel kleiner auszugestalten
als in der ersten Varianten, da z.B. kein Innengewinde in der Hülse 10 erzeugt
werden muss. Weiterhin können
hier das Dichtelement 20 und die Hülse 10 auch als ein
Bauteil ausgeführt
werden. Dies ist möglich
bei einer Ausgestaltung des Dichtelements 20 z.B. aus Elastomer oder
einem anderen Kunststoff mit ähnlichem
Verhalten. Hülse 10 und
Dichtelement 20 können
also dann zusammenfallen, wenn die Dichtwirkung des Dichtelements 20 durch
seine Elastizität
erreicht wird.
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Eine
dritte Ausgestaltung der Endkapsel 1 ist in 3 dargestellt.
In dieser Variante weist die Hülse 10 ein
Gewinde 15 auf. Unterhalb des Gewindes 15 befindet
sich eine Dichtlippe 25, die in dieser Variante ein Bestandteil
der Hülse 10 ist.
Durch das Gewinde 15 ist die Hülse 10 an der Isolierung 6 der
Sonde 5 und somit an der Sonde 5 selbst befestigt.
Unterhalb des Gewindes 15 dichtet die Dichtlippe 25 ab. Zusätzlich ist
in der Hülse 10 eine
Aussparung 17 vorgesehen, in welche das Dichtelement 20,
welches im dargestellten Fall ein O-Ring ist, eingelegt ist. Somit
ist die Hülse 10 zum
einen durch das Dichtelement 20 abgedichtet und zum anderen übernimmt
die Hülse 10 im
unteren Bereich durch das enge Anliegen über die Dichtlippe 25 an
der Sonde 5 selbst die abdichtende Funktion. Es wird also
auch hier zweifach die Sonde 5 abgedichtet. Eine Ausgestaltung der
Hülse 10,
um das Einlegen des O-Rings
in die Aussparung 17 zu vereinfachen, besteht darin, dass der
Teil der Hülse 10 oberhalb
der Aussparung 17 als Scheibe ausgestaltet, also abnehmbar
ist. Somit lässt
sich der O-Ring einfach in die Aussparung 17 einlegen,
die dann durch die entsprechende Scheibe verschlossen ist. Oberhalb
dessen ist ggf. eine Schraube erforderlich oder die Scheibe ist
beispielsweise so ausgestaltet, dass sie in die Hülse 10 selbst eingeschraubt
werden kann.
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- 1
- Endkapsel
- 5
- Sonde
- 6
- Isolierung
- 10
- Hülse
- 11
- Sacklochbohrung
- 12
- Verengung
- 15
- Gewinde
- 17
- Aussparung
- 20
- Dichtelement
- 21
- Durchführung
- 22
- Durchgehende
Bohrung
- 23
- Sacklochbohrung
- 25
- Dichtlippe
- 30
- Deckel
- 31
- Durchgehende
Bohrung