DE102006053399A1

DE102006053399A1 - Messsonde für ein Messgerät

Info

Publication number: DE102006053399A1
Application number: DE102006053399A
Authority: DE
Inventors: Dirk Osswald
Original assignee: Endress and Hauser SE and Co KG
Current assignee: Endress and Hauser SE and Co KG
Priority date: 2006-11-10
Filing date: 2006-11-10
Publication date: 2008-05-15
Also published as: US8365592B2; US20100126288A1; WO2008055758A1

Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf eine Messsonde (1) für ein Messgerät zur Ermittlung und Überwachung des Füllstandes (2) eines Mediums (3) in einem Behälter (6), bestehend aus einem Sondenhalteelement (12), das an dem Behälter (6) montiert ist, und einem Sondenelement (9), das in einer axialen Bohrung (13) des Sondenhalteelements (12) mittels eines lösbaren Befestigungsmittels (14) befestigt ist. Die Erfindung sieht vor, dass eine erste Ausnehmung (16) in der axialen Bohrung (13) des Sondenhalteelements (12) und eine zweite Ausnehmung (17) am Sondenelement (9) vorgesehen sind und dass ein Blockierelement (15) vorgesehen ist, das in einer Endstellung der Montage des Sondenelements (9) in dem Sondenhalteelement (12) in die erste Ausnehmung (16) und in die gegenüberliegende zweite Ausnehmung (17) am Sondenelement (9) eingreift und somit eine Axialsperre ausbildet.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Messsonde für ein Messgerät zur Ermittlung und Überwachung des Füllstandes eines Mediums in einem Behälter gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Entsprechende Messgeräte werden häufig in der Automations- und Prozesssteuerungstechnik eingesetzt. Von der Anmelderin werden solche Messgeräte unter dem Namen Levelflex und Multicap produziert und vertrieben, die vorwiegend dazu bestimmt sind, den Füllstand eines Mediums in einem Behälter zu bestimmen und/oder zu überwachen.
Bei allen oben beschriebenen Messgeräten handelt es sich um Mediums berührende Füllstandsmessgeräte, bei denen zumindest ein Sondenelement mit dem zu messenden Medium direkt in Berührung kommt. Die Messsonde ist aus zumindest einem Sondenelement und einem Sondenhalteelement aufgebaut. Das Sondenelement ist üblicherweise, über einen Sondenhaltelement an einem Prozessanschluss, einer Öffnung oder einem Stutzen an dem vorgesehenen Behälter befestigt.
In den folgenden Referenzen werden der Aufbau solcher Messsonden und die Einkopplung der Messsignale in diese Messsonden beschrieben.
In der DE 10 2004 060 119 A1 ist eine Einkoppeleinheit für ein Zeitbereichreflektometer aufgezeigt, bei der das Sondenelement über eine Gewindeverschraubung mit der Einkoppeleinheit der Messsonde verbunden wird. Diese Konstruktion hat den Vorteil, dass sich das Sondenelement austauschen und vor Ort montieren lässt.
Weitere Verbindungen von Sondenelementen mit Einkoppeleinheiten sind in der US 6,178,817 B1 , DE 100 45 235 A1 und der DE 100 03 941 A1 gezeigt. Bei dieser Art von Messsondenverbindungen wird das Sondenelement mit einem Gewindeansatz mittels eines Verbindungselements außerhalb der Einkoppeleinheit im Prozessraum miteinander verbunden.
Die oben beschriebenen Messsondenverschraubungen sind auch bei einem Messgerät, das nach einer kapazitiven oder konduktiven Messmethode arbeitet, einsetzbar. In der DE 2003 00 901 U1 wird eine einfache Messsondenbefestigung für ein kapazitives Messgerät beschrieben.
Nach dem Stand der Technik gibt es verschiedene Ansätze für lösbare Messsondenbefestigungen. Diese haben jedoch den Nachteil, dass sich das Sondenelement durch Vibrationen oder durch eine außerordentliche Krafteinwirkung aus der Messsondenbefestigung eigenständig lösen kann. Löst sich ein Sondenelement vollständig aus der Befestigung in der Sondeneinkoppeleinheit, ist eine Messung nicht mehr möglich: Des Weiteren kann ein abgefallenes Sondenelement in einem Trichtersilo, die im unteren Bereich meist eine Förderschnecke oder Pumpe aufweisen, einen großen Schaden anrichten.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Messsonde für ein Messgerät zu schaffen, die eine einfache, sichere, lösbare und kostengünstige Befestigung eines Sondenelements ermöglicht.
Bei einem Messgerät der eingangs beschriebenen Art wird die Aufgabe erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass eine erste Ausnehmung in der axialen Bohrung des Sondenhalteelement und eine zweite Ausnehmung am Sondenelement vorgesehen ist, und dass ein Blockierelement vorgesehen ist, das in einer Endstellung der Montage des Sondenelements in dem Sondenhaltelement in die erste Ausnehmung und in die gegenüberliegende zweite Ausnehmung am Sondenelement eingreift und somit eine Axialsperre ausbildet.
Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung wird vorgeschlagen, dass das Blockierelement, die ersten Ausnehmung und/oder die zweiten Ausnehmung demgemäß ausgebildet und zueinander angeordnet sind, damit zum Lösen der Axialsperre eine vordefinierte axiale Zugkraft an dem Sondenelement aufzuwenden ist.
In einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass als lösbares Befestigungsmittel ein Gewinde vorgesehen ist.
Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform des erfindungsgemäßen Messgeräts wird vorgeschlagen, dass als lösbares Befestigungsmittel ein Bajonett-Verschluss vorgesehen ist.
Nach einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird vorgeschlagen, dass das Blockierelement in der ersten Ausnehmung oder der zweiten Ausnehmung beim Lösen der Axialsperre verbleibt.
Eine zweckmäßige Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Messgeräts besteht darin, dass als Blockierelement ein federndes, ringförmiges Element vorgesehen ist.
Gemäß einer Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Messgeräts wird vorgeschlagen, dass das Blockierelement als ein federgelagertes Element ausgestaltet ist.
In einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass als Blockierelement ein O-Ring aus einem elastischen Material vorgesehen ist, der zusätzlich zur Blockierfunktion eine Dichtfunktion erfüllt.
Eine vorteilhafte Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Lösung ist es, dass das lösbare Befestigungsmittel als ein integraler Teil des Blockierelements ausgestaltet ist.
Eine besonders vorteilhafte Weiterbildung der erfindungsgemäßen Lösung schlägt vor, dass die erste Ausnehmung eine Unterschneidung gegenüber dem Blockierelement aufweist und/oder dass die zweite Ausnehmung am Sondenelement eine Überschneidung gegenüber dem Blockierelement aufweist.
Gemäß einer dienlichen Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Messgeräts wird vorgeschlagen, dass die zweite Ausnehmung an dem Sondenelement zur bessern Lösbarkeit des Sondenelements an zumindest einer Kante der zweiten Ausnehmung Fasen oder Abrundungen aufweisen.
Eine geeignete Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Messgeräts besteht darin, dass das Sondenhalteelemenet mindestens zweiteilig ausgeführt ist und an einer Trennstelle von Einzelteile sich die erste Ausnehmung befindet in der das Befestigungselement vor der Montage der Einzelteile montierbar ist.
Die vorgenannten sowie beanspruchten und in den Ausführungsbeispielen beschriebenen erfindungsgemäß zu verwendenden Bauteile unterliegen in ihrer Größe, Form, Gestaltung, Materialauswahl und technischen Konzeptionen keinen besonderen Ausnahmebedingungen, so dass die in dem Anwendungsgebiet bekannten Auswahlkriterien uneingeschränkt Anwendung finden können.
Angesichts der zuvor aufgeführten Merkmale erfüllt diese Erfindung die folgenden Vorteile und Eigenschaften, dass eine lösbare, unverlierbare und wieder verwendbare Sicherung des lösbaren Befestigungsmittels einer Messsonde durch ein erfindungsgemäßes Blockierelement gewährleistet sind.
Weitere Einzelheiten, Merkmale und Vorteile des Gegenstandes der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung der zugehörigen Zeichnungen, in der bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt sind. In den Figuren dargestellte Ausführungsbeispiele der Erfindung sind zur besseren Übersicht und zur Vereinfachung die Bauteile oder die Bauteilgruppen, die sich in ihrem Aufbau und/oder in ihrer Funktion entsprechen, mit gleichen Bezugszeichen versehen. Es zeigt:
1: eine schematische Gesamtdarstellung eines auf einen Behälter montiertes Füllstandsmessgeräts mit einer erfindungsgemäßen Messsonde,
2: eine schematische Darstellung eines Querschnitts des Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Messsonde,
3: eine vergrößerte Darstellung eines Ausschnitts A des Querschnitts eines ersten Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Messsonde aus 2, und
4: eine vergrößerte Darstellung eines Ausschnitts A des Querschnitts eines zweiten Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Messsonde aus 2.
In 1 ist ein Füllstandsmessgerät 39 als Zeitbereichsreflektometer bzw. TDR-Messsystem zur Ermittlung des kontinuierlichen Füllstandes 2 eines Mediums 3 im Prozessraum 19 eines Behälters 6 anhand der Laufzeitmessmethode eines Sendeimpulses M an einer Messsonde 1 dargestellt. Die Messsonde 1 des Zeitbereichsreflektometers besteht im Wesentlichen aus zwei Bereichen, einem messaktiven Bereich 7 und einem messinaktiven Bereich 8. Der prozessberührende Teil des Sondenelements 9, der üblicherweise als ein Stab oder ein Seil ausgebildet ist, stellt hierbei den messaktiven Bereich 7 der Messsonde 1 dar. Der messinaktiven Bereich 8 der Messsonde 1 dient im Wesentlichen zur Halterung des Sondenelements 9 in einem Sondenhalteelement 12 und zur Einkopplung bzw. Beaufschlagung des Sendeimpulses M in das Sondenelement 9. Das Sondeneinkoppelelement bzw. das Sondenhalteelement 12 des Füllstandsmessgeräts 39 ist beispielsweise mittels einem Prozessadapter 22 über ein Prozessgewinde 21 mit einem Flansch 20 verbunden, der wiederum an dem Behälter 6 angebracht ist. Der in das Sondenhalteelement 12 hineinragende Teil des Sondenelements 9 und die metallische Wand des Prozessadapters 22 bilden in diesem messinaktiven Bereich 8 der Messsonde 1 einen koaxialen Wellenleiter. Es ist natürlich auch möglich, dass ein spezieller Außenleiter in dem Sondeneinkoppelelement 12 integriert ist. Über das als Koaxialsystem ausgebildete Sondeneinkoppelelement 12 wird das in einer Hochfrequenzeinheit im Messumformer 25 erzeugte hochfrequente Messsignal als Sendeimpuls M in das Sondenelement 9 eingekoppelt. Dieses Koaxialsystem im messinaktiven Bereich 8 der Messsonde 1 ist so ausgebildet, dass der Sendeimpuls M in diesem Koaxialsystem nahezu verlustfrei eingekoppelt, ausgekoppelt und übertragen werden kann. Die Aufgrund von Änderungen des Wellenwiderstands zumindest teilweise reflektierten Nutzechosignale N laufen an dem Sondenelement 9 zurück und werden vom Messumformer 25 empfangen. Der Anschluss der Hochfrequenzeinheit im Messumformer 25 an das Sondenelement 9 erfolgt beispielsweise über eine Koaxialleitung 24 mit Koaxialstecker 38 und einer Koaxialbuchse 23 am oberen Ende des Sondenelements 9. Das Sondenelement 9 ist in dieser Darstellung in 1 als Koaxialsonde 10, bestehend aus einem Außenleiter und einem Innenleiter, dargestellt. Es sind jedoch auch weitere Ausführungsformen von Sondenelementen 9, wie z.B. ein Sommerfeld-Wellenleiter (Eindrahtwellenleiter), ein Goubau-Wellenleiter (Eindraht-Wellenleiter mit dielektrischer Beschichtung), eine Lecher-Leitung (Zweidraht-Wellenleiter), ein Mikrostreifenwellenleiter oder ein Hohlleiter mit beliebigen, rechteckigen oder runden Querschnitten verwendbar.
Die TDR-Messmethode arbeitet nach folgendem Messprinzip, dass über das Sondenelement 9 hochfrequente Messsignale als ein Sendeimpuls M in Richtung des Mediums 3 bzw. in den Prozessraum 19 ausgesendet werden. Dieser Sendeimpuls M wird entweder aufgrund einem DK-Wert-Sprung bzw. einer Diskontinuität der Dielektrizitätskonstante e_r des die Sondenelement 9 umgebenden Stoffes als Nutzechosignal N oder aufgrund einer Änderung der Geometrie des Sondenelements 9 teilweise als Störechosignal zurückreflektiert. Eine Diskontinuität der Dielektrizitätskonstanten e_r bzw. des Wellenwiderstands liegt beispielsweise an der Grenzschicht 4 des Mediums 3 vor, wenn die Dielektrizitätskonstante e_r2 der dem Medium 3 überlagerten Gasphase 5, insbesondere bei Luft e_r2≈1, kleiner ist als die Dielektrizitätskonstante e_r1 des Mediums 3. Mit Hilfe der gemessenen Laufzeit und der Kenntnis der Ausbreitungsgeschwindigkeit des hochfrequenten Messsignals wird durch eine Umrechnungsformel die zurückgelegte einfache Laufstrecke ermittelt. Der Füllstand 2 des Mediums 3 im Behälter 6 entspricht der Höhe des Behälters 6 bzw. dem Ort der Einkopplung der hochfrequenten Messsignale in das Sondenelement 9 minus der zurückgelegten einfachen Laufstrecke der hochfrequenten Messsignale. Unter Berücksichtigung der Geometrie des Behälters 6 wird dann der Füllstand 2 des Mediums 3 als relative oder absolute Größe ermittelt. Der Vorteil der Zeitbereichsreflektometrie gegenüber anderer Füllstandsmessmethoden ist die weitgehende Unabhängigkeit der Messergebnisse von den Produkteigenschaften (z.B. Dichte, Dielektrizitätskonstante oder Leitfähigkeit), von den Prozessbedingungen (z.B. unruhigen Oberflächen oder Schaumbildung), sowie von den Eigenschaften des Behälters 6 (z.B. Form, Größe oder Einbauten).
Die empfangenen hochfrequenten Messsignale, bestehend aus Nutzechosignalen N, Sendeimpulsen M und Störechosignalen, werden darüber hinaus in einer Regel-/Auswerteeinheit im Messumformer 25 messtechnisch und signaltechnisch ausgewertet, indem diese beispielsweise gefiltert, zeittransformiert und geglättet werden. Der so erhaltenen Messwert des Füllstands 2 oder eine die gesamte Messsituation abbildende Echokurve werden beispielsweise über eine Busschnittstelle 29 auf den Feldbus 32 an beispielsweise eine Leitstelle und/oder weitere Feldgeräte weitergeleitet. Der Messwert des Füllstands 2 oder die Echokurve können jedoch auch an einem integrierten Display oder einer Ausgabe-/Eingabeeinheit des Füllstandsmessgeräts 39 dargestellt werden. Die Energieversorgung des Füllstandmessgeräts 39 wird beispielsweise mittels einer Zweidraht-Leitung realisiert. Eine zusätzliche Versorgungsleitung 31 zur Energieversorgung entfällt, wenn es sich bei dem Füllstandmessgerät 39 um ein so genanntes Zweileiter-Messgerät handelt, dessen Kommunikation über den Feldbus 32 und die Energieversorgung über die Versorgungsleitung 31 ausschließlich und gleichzeitig über eine Zweidrahtleitung erfolgt. Die Datenübertragung bzw. Kommunikation über den Feldbus 32 wird beispielsweise nach dem CAN-, HART-, PROFIBUS DP-, PROFIBUS FMS-, PROFIBUS PA-, oder FOUNDATION FIELDBUS- Standard umgesetzt.
Das erfindungsgemäße Befestigungssystem des Sondenelements 9 in der Einkoppeleinheit bzw. dem Sondenhalteelement 12 ist beispielsweise auch für ein Füllstandsmessgerät 39, das nach einem kapazitiven Messverfahren arbeitet, einsetzbar. Mit dem kapazitiven Messverfahren ist sowohl eine kontinuierliche Messung des Füllstandes 2 als auch die Signalisierung des Erreichens eines vorgegebenen Füllstandes möglich, wobei im letzteren Fall es sich also um einen Grenzstandschalter handelt. Dabei bilden ein Sondenelement 9 und die Wand des Behälters 6 oder zumindest ein weiteres Sondenelement 9 einen Kondensator, dessen Dielektrikum das Medium 3 in dem Behälter ist. Die Kapazität dieses Kondensators ist dabei unter anderem vom Füllstand 2 des Mediums 3 abhängig, so dass aus der sich ändernden Kapazität auf den Füllstand 2 geschlossen werden kann. Wenn sich der Bedeckungsgrad des Sondenelements 9 mit dem Medium bzw. der Füllstand des Mediums im Behälter ändert, wird eine nahezu proportionale Änderung der Kapazität von dem Messaufbau detektiert. Ein annähernd analoges Messprinzip beruht auf einem konduktivem Messverfahren, bei dem die Änderung der Leitfähigkeit in Abhängigkeit des Füllstands eines leitfähigen Mediums im Behälter ermittelt wird. Die unterschiedlichen Ausführungsbeispiele zur Messung der Kapazität lassen sich beispielsweise den Offenlegungsschriften DE 101 57 762 A1 oder DE 101 61 069 A1 der Anmelderin entnehmen. Üblicherweise wird zur Messung des Kapazitätswerts des Sondenelements 9 mit einem Ansteuersignal beaufschlagt, bei dem es sich meist um eine elektrische Wechselspannung handelt. Das Sondenelement 9 ist üblicherweise entweder als ein Stab oder ein Seil ausgebildet.
Vor der Montage des Füllstandsmessgeräts 39 an dem Flansch 20 des Behälters 6 wird an dem Sondeneinkoppelelement 12 das Sondenelement 9 befestigt, indem das Sondeelement 9 in die axiale Bohrung 13 des Sondeneinkoppelelements 12 eingeführt und mit dem Befestigungselement 14 in der Einkoppeleinheit 12 verbunden wird. Als Befestigungselement 14 sind beispielsweise ein Gewinde an dem Sondenelement 9 und ein Gewinde in der axialen Bohrung 13 der Einkoppeleinheit 14 vorgesehen. Um ein unabsichtliches Lösen des durch das Befestigungselement 14 in dem Sondeneinkoppelelement 12 gehaltenen Sondenelements 9 aufgrund von Vibrationen und Erschütterungen ist ein Blockierelement 15 als wirksame Axialsperre vorgesehen. Im vollständig montierten Zustand des Sondenelements 9 in der axialen Bohrung 13 des Sondeneinkoppelelements 12 liegt dieses Blockierelement 15 in einer Ausnehmung 17 an dem Sondenelement 9 und einer Ausnehmungen 16 in der axialen Bohrung 13 der Einkoppeleinheit 12. Die Zuordnung und Ausgestaltung des Blockierelements 15, der ersten Ausnehmung 16 und der zweiten Ausnehmung 17 ist beispielsweise so vorgesehen, dass das Sondenelement 9 gehalten von dem Befestigungselement 14 noch bis zu einem gewissen Grad noch in dem Sondenhalteelement 12 verdrehen lässt. Jedoch ab einer vorgegeben axialen Verschiebung des Sondenelements 9 in der axialen Bohrung 13 des Sondenhalteelements 12 wirkt das in den beiden Ausnehmungen 16, 17 eingerastete Blockierelement 15 als eine Axialsperre, die eine weitere axiale Translation des Sondenelements 9 verhindert. Das Blockierelement 15 ist beispielsweise als ein federndes, ringförmiges Element 28 ausgebildet, das in axialer Richtung nur durch eine vorgegebene axiale Zugkraft Z überwunden werden kann. Die Geometrie der Ausnehmungen 17 an dem Sondenelement 9 und die Geometrie der Ausnehmungen 16 in der axialen Bohrung 13 der Einkoppeleinheit 12 sind so ausgestaltet, dass das Blockierelement 15 erst ab einer vorgegebenen axialen Zugkraft Z beispielsweise aus der zweiten Ausnehmung 17 am Sondenelement 9 herausspringt und somit durch Aufhebung dieser Axialsperre das Sondeelement 9 aus dem Sondeneinkoppelelement 12 leicht entfernt werden kann.
Das Befestigungselements 14, die erste Ausnehmung 16, die zweite Ausnehmung 17 und das Blockierelement 15 sind erfindungsgemäß so ausgestaltet, dass es in dem als koaxiales Leitungssystem ausgebildeten messinaktiven Bereich 8 der Messsonde 1 zu keinen Störreflexionen des hochfrequenten Messsignals aufgrund Widerstandsänderungen durch Geometrieveränderungen kommt.
2 zeigt eine Querschnittsdarstellung eines Teilausschnitts eines erfindungsgemäßen Sondeneinkoppelelements 12 der Messsonde 1 beispielsweise des in 1 dargestellten Füllstandsmessgeräts 39. Aus Gründen der Übersichtlichkeit, wurde diese Darstellung der Messsonde 1 auf das Wesentliche reduziert. In der Darstellung dieses Ausführungsbeispiels einer Messsonde 1 ist beispielsweise ein Sondenhalteelement bzw. Sondeneinkoppelelement 12 in einem Prozessadapter 22 gezeigt, welches aus verschiedenen Einzelteilen 33 aufgebaut ist. In einem Prozessadapter 22 ist ein Sondenhalteelement 12 als eine Isolierhülse 34 mit einem montierten Deckel 36 ausgestaltet, die in der an der Trennstelle 35 ausgebildeten ersten Ausnehmung 16 ein Blockierelement 15 aufweist. Die Isolierhülse 34 und der Deckel 36 sind aus einem mikrowellendurchlässigen, dielektrischen Material, z.B. einem Kunststoff, aufgebaut. Das Sondeneinkoppelelement 12 muss nicht notwendigerweise mehrteilig ausgeführt sein, sofern das Blockierelement 15 so ausgestaltet ist, dass es durch die axiale Bohrung 13 in dem Sondeneinkoppelelement 12 eingeführt und positioniert werden kann. Ein Sondenelement 9 ist in die axiale Bohrung 13 in der Isolierhülse 34 eingeführt und durch das Befestigungselement 14, z.B. einem Gewinde 26 oder Bajonett-Verschluss 27, in einer Endposition festgehalten. In dieser Endposition rastet das in der ersten Ausnehmung 16 der Isolierhülse 35 gehaltene Blockierelement 15 selbsttätig in eine zweite Ausnehmung 17 an dem Sondenelement 9 ein. Das Blockierelement 15 ist erfindungsgemäß als ein ringförmiges, federndes ringförmiges Element 28, ein federgelagertes Element 29 oder ein O-Ring 30 ausgebildet, es sind jedoch auch weitere Arten denkbar. Das eingerastete Blockierelement 15 ist so in der zweiten Ausnehmung 17 eingefügt, dass diese Axialsperre des Blockierelements 15 nicht durch eine unbeabsichtigte, axiale Krafteinwirkung auf das Sondenelement 9 aufgrund von Vibrationen oder prozessbedingte Verdrehungen des Sondenelements 9 überwunden werden kann. In der einfachsten Ausgestaltung ist die erste Ausnehmung 16 und die zweite Ausnehmung 17 als eine umlaufende Nut an dem Sondenelement 9 oder in der axialen Bohrung 13 der Isolierhülse 35 und das Blockierelement 15 als ein federnder, offener Sicherungsring ausgeführt. Ausgehend von einer vorgegebenen axiale Zugkraft Z auf das Sondenelement 9 zum Lösen der Axialen Sperrwirkung des Blockierelements 15, beispielsweise mittels einer Drehbewegung an dem Sondenelement 9, die beispielsweise von einem Monteur oder Bediener des Füllstandsmessgeräts 39 bei einer Demontage des Sondenelements 9 aus der Sondeneinkoppelelement 12 der Messsonde 1 durch ein Werkzeug ausgeübt wird, ist die Axialsperre des Blockierelements 15 in der zweiten Ausnehmung 17 des Sondenelements 9 überwindbar.
Zur besseren Darstellung des ersten Ausgestaltungsbeispiels eines selbstsicherenden Verriegelungsmechanismus des Sondenelements 9 in der Sondeneinkoppeleinheit 12 wurde der Ausschnitt A aus 2 in 3 vergrößert dargestellt. Das Blockierelement 15 wird in der ersten Ausnehmung 16, beispielsweise durch eine leichte Verengung bzw. eine Unterschneidung der ersten Ausnehmung 16 zur axialen Bohrung hin, fest gehalten. Das Blockierelement 15 wird nicht zwingend von beispielsweise den Einzelteilen 33 eingeklemmt. Eine axiale genaue Ausrichtung des Blockierelements 15 wird durch diese erste Ausnehmung 16 gewährleistet, in der sich das Blockierelement 15 frei ausdehnen kann. Wird das Sondenelement 9 in der axialen Bohrung befestigt, rastet das Blockierelement 15 in einer Endposition der Befestigung des Sondenelements 9 in die zweite Ausnehmung 17 ein. Die zweite Ausnehmung 17 an dem Sondenelement 9 weist gegenüber der ersten Ausnehmung 16 beispielsweise an der oberen Ecke des Sondenelements 9 eine Fase, eine Abrundung bzw. ein Überschneidung auf, die so ausgebildet ist, dass das Blockierelement 15 nur durch Aufbringen der vorgegebenen axialen Zugkraft Z auf das Sondenelement 9 aus der zweiten Ausnehmung 17 herausspringt und infolgedessen die Axialsperre des Sondenelements 9 wieder freigibt. Durch die spezielle Ausgestaltung der Ausnehmungen 16, 17 und dem Blockierelement 15 wird erreicht, dass das Blockierelement 15 bei der Demontage des Sondenelements 9 in der ersten Ausnehmung 16 zwischen der Isolierhülse 34 und dem Deckel 36 verbleibt und das Sondenelement 9 wieder frei gibt, in dem das Blockierelement 15 aus der zweiten Ausnehmung 17 heraus springt. Somit ist es möglich das Sondenelement 9 der Messsonde 1 nur durch die Erzeugung einer vordefinierten axialen Zugkraft Z aus dem Einkoppelelement 12 der Messsonde 1 zu entfernen. Hierzu wird beispielsweise mittels einer Drehbewegung des Sondenelements 9 mit Hilfe eines Gabelschlüssels der in eine Schlüsselweite an dem Sondenelement 9 angesetzt wird durch das als Gewinde 26 ausgebildeten Befestigungselement 14 die vordefinierte axiale Zugkraft Z erzeugt. Andere Mechanismen zum Lösen des Sondenelements 9 sind beispielsweise Hacken die in eine Nut oder Bohrung eingreifen und eine Drehbewegung zur Erzeugung einer vordefinierten axialen Zugkraft Z an dem Sondenelement 9 bewirken können. Das Blockierelement 15 springt durch diese vordefinierte axiale Zugkraft Z aus der zweiten Ausnehmung 17 heraus und gibt das Sondenelement 9 frei, wobei das beispielsweise unverlierbare, federnde, ringförmige Element 28 in der Isolierhülse verbleibt. Bei anschließender Montage eines neuen oder gereinigten Sondenelements 9 schnappt das in der ersten Ausnehmung 16 verbleibende federnde, ringförmige Element 28 in die zweite Ausnehmung 17 an dem Sondenelement 9 wieder ein und sichert somit das gesamte Befestigungssystem des Sondenelements 9 gegen ein unbeabsichtigtes Lösen.
Als weitere Blockierelemente 15 werden neben dem federnden, ringförmigen Element 28 ein, wie z.B. ein Runddrahtring nach DIN 7993 oder ein Sicherungsring nach DIN 471/472, beispielsweise ein federgelagertes Element 29 und/oder ein O-Ring 30 verwendet, welche jedoch in den Figuren nicht explizit dargestellt sind. Ein federgelagertes Element 29 ist beispielsweise so ausgestaltet, dass ein Stift, ein Zylinder oder eine Kugel in einer Bohrung – als zweite Ausnehmung 17 in der Isolierhülse 34 – eingebracht ist und über eine Kraft durch eine Feder in dieser Bohrung in die erste Ausnehmung 16 an dem Sondenelement 9 gedrückt wird. Die Federkraft und die Ausgestaltung der ersten Ausnehmung 16 bestimmen in diesem Fall die Kraft, die zur Überwindung der Axialsperre bzw. der Blockierungskraft des Blockierelements 15 aufgebracht werden muss. Damit der Stift, der Zylinder oder die Kugel unverlierbar in der Bohrung verbleibt, wird diese durch einen Verengung der Bohrung gehalten. Der O-Ring 30 kann je nach Ausgestaltung der Ausnehmungen 16, 17 neben der Wirkung als Axialsperre des Sondenelements 9 bzw. des Befestigungselements 14 zusätzlich eine Dichtwirkung aufweisen. Als weiteres Befestigungselement 14 wird beispielsweise neben dem Gewinde 26 ein Bajonett-Verschluss 27 verwendet, welcher in den Figuren nicht explizit ausgeführt ist.
Die exakte Montage des Sondenelements 9 in dem Sondeneinkoppelelement 12 lässt sich beispielsweise durch folgende Vorgehensweise bei der Montage kontrollieren. An dem Schaft des Sondenelements 9 sind zwei Markierungen, beispielsweise in der Form von das Sondenelement 9 umlaufenden Kerben, angebracht, so dass bei einem vollständig montiertem Sondenelement 9 in dem Sondeneinkoppelelement 12 die erste Markierung an der Kante 37 zur Isolierhülse 34 noch gut sichtbar ist und eine die zweite Markierung von der axialen Bohrung 13 in Isolierhülse 34 vollständig verdeckt wird. Bei leichtem Zurückdrehen des Sondenelements 9 bis zum Auftreten der Gegenkraft aufgrund der Axialsperre des Blockierelements 12 darf bei exakter Montage des Sondenelements 9 die zweite Markierung nicht mehr an der Kante 37 zur Isolierhülse 34 sichtbar werden. Auf diese visuelle Art und Weise ist die exakte Montage des Sondenelements 9 in dem Sondeneinkoppelelement 12 durch die zwei Markierungen and dem Sondenelement 9 leicht kontrollierbar.
In 4 ist ein zweites Ausgestaltungsbeispiels eines selbstsicherenden Verriegelungsmechanismus des Sondenelements 9 in der Sondeneinkoppeleinheit 12 durch einen vergrößerten Ausschnitt A aus 2 dargestellt. Bei diesem Ausführungsbeispiel sind zumindest zwei Blockierelemente 15, die beispielsweise als Stifte, Zylinder oder Kugeln ausgestaltet sind, in zwei zweite Ausnehmungen 17, die beispielsweise als eine Durchgangsbohrungen in dem Sondenelement 9 ausgestaltet sind, eingebracht. Bei der ersten Ausnehmung 16 handelt es sich beispielsweise um eine umlaufende Nut in der Bohrung 13 des Sondeneinkoppelelements 12 und die zweiten Ausnehmungen 17 sind als Bohrungen bzw. Durchgangsbohrungen in dem Sondenelement 9 ausgestaltet. Diese Blockierelemente 15 weisen an den Enden Abrundungen oder Fasen auf, wodurch Kräfte, die in Axialer Richtung des Sondenelements 9 auf die schrägen Flächen einwirken, eine Querkraft erzeugen. Diese Querkraft bewirkt, dass die Blockierelemente 15 sich in der Querrichtung zur der axialen Richtung des Sondenelements 9 in der Durchgangsbohrung verschieben. Ist der Koaxialstecker 38 nicht in der Koaxialbuchse 23 eingebracht, lassen sich die Blockierelemente 15, die als in der 4 als Stifte ausgestaltet sind, in den Bereich der Bohrung in dem Koaxialbuchse 23 verschieben. In diesem Zustand kann das Sondenelement 9 bis zur deren Endposition durch das Befestigungselement 14 fest im Sondeneinkoppelelement 12 montiert werden, da die Blockierelemente 15 in den Freiraum der Bohrung der offenen Koaxialbuchse 23 eindringen können.
In der Endposition der Montage des Sondenelements 9 in der Sondeneinkoppeleinheit 12 können die Blockierelemente 15 sich in die erste Ausnehmung 16 in der Isolierhülse 34 des Sondeneinkoppelelements 12 ausweiten und eingreifen, wodurch die Bohrung des Koaxialsteckers 38 wieder von den Blockierelementen 15 frei gegeben wird und somit der Koaxialstecker 38 eingeführt werden kann. Bei korrekter Montage des Sondenelements 9 in der Sondeneinkoppeleinheit 12, so dass die erste Ausnehmung 16 der zweiten Ausnehmung 17 gegenüberliegt und die Blockierelement in beide Ausnehmungen 16, 17 eingreift, lässt sich der Koaxialstecker 38 leicht montieren. Dieser montierte Koaxialstecker 38 sichert somit die Position der Blockierelemente 15 in Querrichtung zur axialen Richtung des Sondenelements 9. Die durch den Koaxialstecker 38 in der Position in den beiden Ausnehmung 16, 17 gesicherten Blockierelemente 15 bildet somit eine Axialsperre des Sondenelements 9 aus. Diese Axialsperre des Sondenelements 9 lässt sich nur aufheben, wenn der Koaxialstecker 38 entfernt wird und somit die Blockierelemente 15 aufgrund einer axialen Zugkraft Z und den schrägen Flächen an den Enden wieder in die Bohrung der Koaxialbuchse 23 gedrückt werden.
Dieser selbstsicherenden Verriegelungsmechanismus bzw. diese Axialsperre des Sondenelements 9 in der Sondeneinkoppeleinheit 12 läst sich nicht durch einen vordefinierte axiale Zugkraft Z überwinden, ohne dass die Bohrung der Koaxialbuchse 23 durch ziehen des Koaxialstecker 38 wieder freigegeben wird. Die exakte Montage des Sondenelements 9 in der Sondeneinkoppeleinheit 12 lässt sich auch dadurch kontrollierten, dass sich der Koaxialstecker 38 nur in der Koaxialbuchse 23 montieren lässt, wenn die erste Ausnehmung 16 und die zweite Ausnehmung 17 sich exakt gegenüber liegen und das Blockierelement 15 somit durch das Einführen des Koaxialsteckers 38 leicht in die erste Ausnehmung 16 verschoben werden kann.

1: Messsonde
2: Füllstand
3: Medium
4: Grenzschicht
5: Gasphase
6: Behälter
7: messaktiver Bereich
8: messinaktiver Bereich
9: Sondenelement
10: Koaxialsonde
11: Einstabsonde
12: Sondeneinkoppelelement, Sondenhaltelement
13: Bohrung
14: Befestigungselement
15: Blockierelement
16: Erste Ausnehmung
17: Zweite Ausnehmung
18: Endposition
19: Prozessraum
20: Flansch
21: Prozessgewinde
22: Prozessadapter
23: Koaxialbuchse
24: Koaxialleitung
25: Messumformer
26: Gewinde
27: Bajonett-Verschluss
28: federndes, ringförmiges Element
29: federgelagertes Element
30: O-Ring
31: Versorgungsleitung
32: Feldbus
33: Einzelteile
34: Isolierhülse
35: Trennstelle
36: Deckel
37: Kante
38: Koaxialstecker
39: Füllstandsmessgerät, Messgerät
M: Sendeimpuls, Sendesignal
N: Nutzechosignale
e_r: Dielektrizitätskonstante, DK-Wert
e_r1: Dielektrizitätskonstante der Gasphase
e_r2: Dielektrizitätskonstante des Mediums
Z: axiale Zugkraft

Claims

Messsonde (1) für ein Messgerät zur Ermittlung und Überwachung des Füllstandes (2) eines Mediums (3) in einem Behälter (6) bestehend aus einer Sondenhalteelement (12), das an dem Behälter (6) montiert ist, und einem Sondenelement (9), das in einer axialen Bohrung (13) des Sondenhalteelements (12) mittels einem lösbaren Befestigungsmittel (14) befestigt ist, dadurch gekennzeichnet, dass eine erste Ausnehmung (16) in der axialen Bohrung (13) des Sondenhaltelement (12) und eine zweite Ausnehmung (17) am Sondenelement (9) vorgesehen ist, und dass ein Blockierelement (15) vorgesehen ist, das in einer Endstellung der Montage des Sondenelements (9) in dem Sondenhalteelement (12) in die erste Ausnehmung (16) und in die gegenüberliegende zweite Ausnehmung (17) am Sondenelement (9) eingreift und somit eine Axialsperre ausbildet.
Messgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Blockierelement (15), die ersten Ausnehmung (16) und/oder die zweiten Ausnehmung (17) demgemäß ausgebildet und zueinander angeordnet sind, damit zum Lösen der Axialsperre eine vordefinierte axiale Zugkraft (Z) an dem Sondenelement (9) aufzuwenden ist.
Messgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass als lösbares Befestigungsmittel (14) ein Gewinde (26) vorgesehen ist.
Messgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass als lösbares Befestigungsmittel (14) ein Bajonett-Verschluss (27) vorgesehen ist.
Messgerät nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Blockierelement (15) in der ersten Ausnehmung (16) oder der zweiten Ausnehmung (17) beim Lösen der Axialsperre verbleibt.
Messgerät nach Anspruch 1, 2 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass als Blockierelement (15) ein federndes, ringförmiges Element (28) vorgesehen ist.
Messgerät nach Anspruch 1, 2 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Blockierelement (15) als ein federgelagertes Element (29) ausgestaltet ist.
Messgerät nach Anspruch 1, 2 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass als Blockierelement (15) ein O-Ring (30) aus einem elastischen Material vorgesehen ist, der zusätzlich zur Blockierfunktion eine Dichtfunktion erfüllt.
Messgerät nach zumindest einem der Ansprüche 1 bis 8 dadurch gekennzeichnet, dass das lösbare Befestigungsmittel (14) als ein integraler Teil des Blockierelements (15) ausgestaltet ist.
Messgerät nach Anspruch 1, 2, 5, 6, 7, 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Ausnehmung (16) eine Unterschneidung gegenüber dem Blockierelement (15) aufweist und/oder dass die zweite Ausnehmung (17) am Sondenelement (9) eine Überschneidung gegenüber dem Blockierelement (15) aufweist.
Messgerät nach Anspruch 1, 2, 5 oder 10 dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Ausnehmung (17) an dem Sondenelement (9) zur bessern Lösbarkeit des Sondenelements (9) an zumindest einer Ecke der zweiten Ausnehmung (17) Fasen oder Abrundungen aufweisen.
Messgerät nach Anspruch 1, 2, 5 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Sondenhalteelement (12) mindestens zweiteilig ausgeführt ist und an einer Trennstelle (35) von Einzelteile (33) sich die erste Ausnehmung (16) befindet in der das Befestigungselement (14) vor der Montage der Einzelteile (33) montierbar ist.