DE102007012096A1

DE102007012096A1 - Einschraubteil für optische Sensoren

Info

Publication number: DE102007012096A1
Application number: DE200710012096
Authority: DE
Inventors: Jürgen Dobmaier; Frank Hermann
Original assignee: AWA ARMATURENWERK ALTENBURG GM; AWA ARMATURENWERK ALTENBURG GmbH
Current assignee: AWA ARMATURENWERK ALTENBURG GM; AWA ARMATURENWERK ALTENBURG GmbH
Priority date: 2007-03-13
Filing date: 2007-03-13
Publication date: 2008-09-18

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Einschraubteil für optische Sensoren, insbesondere zur Füllstandsbestimmung von in einem Druckgefäß befindlichen fluiden Medien, umfassend ein in das fluide Medium eintauchbaren oder mit diesem in Kontakt bringbaren Körper mit transparenter optischer Ein- und zum fluiden Medium weisender Austrittsfläche, wobei dieser Körper in einem hülsenförmigen Schraubstück gehalten ist. Erfindungsgemäß weist der Körper zwischen seiner optischen Ein- und Austrittsfläche eine Kegelstumpfform auf, wobei der Durchmesser von der optischen Austritts- zur Eintrittsfläche kontinuierlich zunimmt. Das hülsenförmige Einschraubstück besitzt eine Innenkontur, die komplementär zur Konizität der Kegelstumpfform ist. Im hülsenförmigen Einschraubstück ist mindestens eine erste Ringnut im Bereich der Sitzfläche des Körpers zur Aufnahme eines Dichtrings sowie eine zweite Ringnut unmittelbar vor der optischen Eintrittsfläche des Körpers zur Aufnahme eines Spreng- oder Sicherungsrings befindlich.

Description

Die Erfindung betrifft ein Einschraubteil für optische Sensoren, insbesondere zur Füllstandsbestimmung von in einem Druckgefäß befindlichen fluiden Medien, umfassend ein in das fluide Medium eintauchbaren oder mit diesem in Kontakt bringbaren Körper mit transparenter optischer Ein- und zum fluiden Medium weisender Austrittsfläche, wobei dieser Körper in einem hülsenförmigen Schraubstück gehalten ist, gemäß Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
Optische Sensoren zur Füllstandsbestimmung, z. B. hinsichtlich des Ölstands in einem Druckgefäß bei Verdichtern gehören zum Stand der Technik.
Zur Füllstandsüberwachung wird mit Hilfe eines optischen Körpers Strahlung eingekoppelt. Strahlungsaustrittsseitig kommt es durch die Gestaltung des optischen Körpers und die Füllstandslage des fluiden Mediums zu einer Strahlungsreflexion, so dass das Erreichen bzw. Unterschreiten einer definierten Füllstandshöhe zum Schutz von Maschinen und Anlagen bestimmt werden kann.
Als technisches Problem stellt sich hierbei die Einfassung und Halterung des optischen Körpers dar, der bevorzugt über ein Schraubstück mit dem hinsichtlich des Füllstands zu überwachenden Behälter in Kontakt zu bringen ist.
Eine Möglichkeit, den optischen Körper zu fixieren, besteht darin, selbigen in ein metallisches Gehäuse einzuschmelzen, wobei allerdings eine nachträgliche Glasbearbeitung zum Erhalt der gewünschen optischen Eigenschaften erforderlich ist.
Um den Einschmelzvorgang zu umgehen, kann ein vorgeformter optischer Körper in ein hülsenförmiges Schraubstück durch Kleben, d. h. durch Stoffschluss fixiert werden. Für diesen Klebevorgang sind jedoch nur bestimmte, recht teure Klebstoffe geeignet. Bei einem möglicherweise notwendig werdenden Austausch des optischen Körpers ist dieser nur zerstörend entfernbar, was einen weiteren Nachteil darstellt.
Aus dem Vorgenannten ist es daher Aufgabe der Erfindung, ein weiterentwickeltes Einschraubteil für optische Sensoren, insbesondere zur Füllstandsbestimmung von in einem Druckgefäß befindlichen fluiden Medien anzugeben, wobei der Körper mit optischer Ein- und Austrittsfläche in besonders einfacher Weise mechanisch fest und druckdicht in einem an sich bekannten hülsenförmigen Schraubstück zu fixieren ist.
Eine weitere Aufgabe der Erfindung besteht darin, die Möglichkeit des Fixierens des über optische Ein- und Austrittsflächen verfügenden Körpers in einer besonders einfachen Montagetechnologie zu realisieren.
Die Lösung der Aufgabe der Erfindung erfolgt durch ein Einschraubteil für optische Sensoren gemäß der Merkmalskombination nach Patentanspruch 1, wobei die Unteransprüche mindestens zweckmäßige Ausgestaltungen und Weiterbildungen darstellen.
Es wird demnach von einem Einschraubteil für optische Sensoren, insbesondere zur Füllstandsbestimmung von in einem Druckgefäß befindlichen fluiden Medien ausgegangen, wobei dieses einen in das fluide Medium eintauchbaren oder mit diesem in Kontakt bringbaren Körper mit transparenter optischer Ein- und zum fluiden Medium weisender Austrittsfläche umfasst. Der vorerwähnte Körper ist darüber hinaus in einem hülsenförmigen Schraubstück gehalten.
Erfindungsgemäß weist der Körper zwischen seiner optischen Ein- und Austrittsfläche eine Kegelstumpfform auf, wobei der Durchmesser von der optischen Austritts- zur Eintrittsfläche hin kontinuierlich zunimmt.
Das hülsenförmige Einschraubstück besitzt eine Innenkontur, die komplementär zur Konizität der Kegelstumpfform des Körpers ist.
Im hülsenförmigen Einschraubstück ist mindestens eine erste Ringnut im Bereich der Sitzfläche des Körpers zur Aufnahme eines Dichtrings sowie eine zweite Ringnut, unmittelbar vor der optischen Eintrittsfläche des Körpers zur Aufnahme eines Spreng- oder Sicherungsrings befindlich.
Ausgestaltend ist am zur optischen Austrittsfläche gerichteten Ende des Kegelstumpfes eine Rundung oder Fase vorgesehen. Diese Rundung oder Fase verhindert eine Beschädigung des bereits in der ersten Ringnut eingesetzten Dichtrings beim Einschieben des optischen Körpers in das hülsenförmige Schraubstück im Montagevorgang.
Der Körper mit optischer Ein- und Austrittsfläche ist bevorzugt als Glasformteil ausgebildet.
Das Glasformteil besitzt in weiterer Ausgestaltung der Erfindung eine optische Austrittsfläche in Form eines transparenten Kegels. Der größte Durchmesser des Kegels ist hierbei kleiner als der kleinste Durchmesser des Kegelstumpfes, so dass sich ein Übergangsbereich zwischen Kegel und Kegelstumpf ergibt.
Das hülsenförmige Einschraubstück weist eine umlaufende Anschlagkante im Bereich eines seiner Enden auf. Dieses Ende mit Anschlagkante befindet sich gegenüberliegend von einer am hülsenförmigen Einschraubstück befindlichen Montage-Schlüsselfläche.
Das Glasformteil steht in seinem Übergangsbereich von Kegelstumpf zu Kegel mit der vorerwähnten Anschlagkante in mechanischem Kontakt und wird hierdurch gehalten.
Im Bereich der Sitzfläche des Körpers sind bei einer bevorzugten Ausführungsform zwei beabstandete Ringnuten zur Aufnahme eines ersten und eines zweiten Dichtrings ausgebildet.
Die erwähnten Dichtringe können bei einer Ausführungsform der Erfindung als sogenannte O-Ringe ausgebildet sein. Weiterhin ist der Sprengring bevorzugt als Benzing-Sprengring ausgeführt.
Das Einschraubstück umfasst einen Außengewindeabschnitt, welcher zu einem Innengewinde eines Einbaustücks komplementär ist.
Das Einbaustück wiederum steht mit dem hinsichtlich seines Füllstands zu überwachenden Druckgefäß in Verbindung und ist dort z. B. mittels Schweißen oder Löten oder in anderer geeigneter Weise befestigt.
Bei der Montage des erfindungsgemäßen Einschraubteils wird von der Schlüsselflächenseite her das Glasformteil eingeschoben, bis ein Kontakt zur umlaufenden Anschlagkante hergestellt ist. Hierbei legen sich die Dichtringe, die sich in der jeweiligen Ringnut im Bereich der Sitzfläche des Körpers befinden, an den Körper unter Erhalt einer Vorspannung an.
Nachdem der optische Körper in das Schraubstück eingesetzt wurde, erfolgt das Einsetzen des Springrings in die hierfür vorgesehene zweite Ringnut, die sich unmittelbar vor der optischen Eintrittsfläche des Körpers befindet.
Mit der erläuterten Lösung wird eine funktionale Trennung zwischen der eigentlichen Dichtfunktion mit Hilfe der O-Ringe und der mechanischen Arretierung mit Hilfe des Sprengrings erreicht.
Kommt es zu Druckveränderungen im Druckgefäß, welches mit dem erfindungsgemäßen Einschraubteil versehen ist, dann bleibt auch bei einer geringen Lageveränderung des optischen Körpers bezogen auf das Schraubstück die Dichtheit gewährleistet. Eine durch Druckveränderungen oder Temperaturverhältnisse gegebene Relativbewegung zwischen Schraubstück und optischem Körper ist in Längsrichtung des Schraubstücks begrenzt durch den in der entsprechenden Ringnut befindlichen Sprengring.
Falls eine Demontage des optischen Körpers erforderlich ist, kann durch Entfernen des Sprengrings der optische Körper aus dem Schraubstück ohne irgendwelche Zerstörungen entnommen werden.
Die Erfindung soll nachstehend anhand eines Ausführungsbeispiels sowie unter Zuhilfenahme von Figuren näher erläutert werden.
Hierbei zeigen:
1 eine 3D- sowie eine Teilschnittdarstellung des Einschraubteils mit optischem Körper und Schraubstück;
2 eine Ansicht des Glasformteils als optischen Körper und
3 eine Prinzipdarstellung einer denkbaren Anordnung des Einschraubteils in einem Einbaustück, das mit einem Druckbehälter in Verbindung steht.
Gemäß der Darstellung nach 1 umfasst das Einschraubteil 1 ein hülsenförmiges Schraubstück 2.
Das hülsenförmige Schraubstück 2 besitzt an einem Ende eine Montage-Schlüsselfläche 3 und an seinem anderen Ende ein Außengewinde 4.
Das Einschraubteil 1 ist im Bereich der Montage-Schlüsselflächen in seinem Inneren hohlzylindrisch ausgeführt. Der weitere Abschnitt des hülsenförmigen Schraubstücks dient der Aufnahme eines optischen Körpers 5. Dieser optische Körper 5 kann als Glasformteil ausgebildet sein.
Der optische Körper 5 (siehe auch 2) besitzt eine optische Eintrittsfläche 6 und eine optische Austrittsfläche 7.
Die optische Austrittsfläche 7 ist in Form eines Kegels 8 ausgestaltet.
Zwischen diesem Kegel 8 und der optischen Eintrittsfläche 6 befindet sich ein Kegelstumpf 9.
Dieser Kegelstumpf 9 besitzt im Bereich der optischen Eintrittsfläche 6 einen größeren Durchmesser, und zwar ausgehend vom gegenüberliegenden Kegelstumpfende. Mit anderen Worten vergrößert sich der Durchmesser des Kegelstumpfes von der Austrittsflächenseite hin zur Eintrittsfläche 6.
Das hülsenförmige Einschraubstück 2 weist eine Innenkontur auf, die komplementär zur Konizität des Kegelstumpfes 9 des optischen Körpers 5 ist.
Im hülsenförmigen Einschraubstück 2 sind gemäß der Darstellung nach 1 im Bereich der Sitzfläche des optischen Körpers 5 zwei beabstandete Ringnuten 10 vorhanden, die jeweils einen O-Ring als Dichtring aufnehmen.
Unmittelbar vor der optischen Eintrittsfläche des optischen Körpers 5 ist eine weitere Ringnut zur Aufnahme eines Sprengrings 11 vorhanden, wobei der Sprengring bevorzugt einen rechteckigen Querschnitt besitzt. Am zur optischen Austrittsfläche 7 gerichteten Ende des Kegelstumpfes 9 ist eine Rundung 12 bzw. ein Radius vorgesehen. Mit Hilfe der Rundung bzw. des Radius 12 ist eine Beschädigung der O-Ringe, die sich in den Ringnuten 10 befinden, beim Einführen des optischen Körpers 5 in das Einschraubteil 1 ausgeschlossen.
Weiterhin besitzt das hülsenförmige Einschraubstück 2 eine umlaufende Anschlagkante 13.
Beim Einführen des optischen Körpers 5 in das Einschraubstück 2 kommt ein Kontakt zwischen der Anschlagkante 13 und dem Rücksprungbereich 14 des optischen Körpers zustande, so dass eine exakte Positionierung gewährleistet ist.
Das erläuterte Einschraubteil für optische Sensoren kann in ein Einbaustück 15 eingeschraubt werden, das sich an einem zu überwachenden Behälter 16 befindet.
Im Behälter 16 befindet sich ein fluides Medium 17, dessen Füllstand zu kontrollieren ist.
Je nach Kontakt des fluiden Mediums 17 mit dem Kegel 8 des optischen Körpers 5 findet eine Brechung bzw. Reflexion von eingekoppelter Strahlung statt, die in an sich bekannter Weise durch einen Optokoppler oder eine Fotodiodenanordnung auswertbar ist.
Zwischen dem Einbaustück 15 und dem Einschraubteil 1 kann noch eine weitere Dichtung 18 angeordnet werden.
Auch bei Veränderung von Druck- und/oder thermischen Verhältnissen am bzw. im Behälter 16 ist eine ausreichende Dichtheit des optischen Körpers 5 im Einschraubteil 1, d. h. zur Umgebung hin gewährleistet. Dies erfolgt insbesondere durch die funktionale Trennung zwischen der Abdichtung mittels O-Ring einerseits und der mechanischen Arretierung unter Rückgriff auf den Sprengring 11 andererseits.
Gemäß der Erläuterung des Ausführungsbeispiels wird von einem Einschraubteil für optische Sensoren ausgegangen, das ein Außengewinde aufweist, um eine Montage bezüglich eines Einbaustücks 15 zu ermöglichen, das wiederum ein komplementäres Innengewinde umfasst. Selbstverständlich sind hier auch andere Verbindungsarten, z. B. in Form eines Keilsitzes, eines Presssitzes oder in ähnlicher Form denkbar. Auch kann, wenn gewünscht, anstelle der Schraubverbindung ein Stoffschluss zwischen Einschraubteil und Einbaustück erfolgen.

1: Einschraubteil
2: hülsenförmiges Einschraubstück
3: Montage-Schlüsselfläche
4: Außengewinde
5: optischer Körper
6: Eintrittsfläche
7: Austrittsfläche
8: Kegel
9: Kegelstumpf
10: Ringnut
11: Sprengring
12: Rundung
13: Anschlagkante
14: Rücksprungbereich
15: Einbaustück
16: Behälter
17: fluides Medium
18: Dichtung

Claims

Einschraubteil für optische Sensoren, insbesondere zur Füllstandsbestimmung von in einem Druckgefäß befindlichen fluiden Medien, umfassend ein in das fluide Medium eintauchbaren oder mit diesem in Kontakt bringbaren Körper mit transparenter optischer Ein- und zum fluiden Medium weisender Austrittsfläche, wobei dieser Körper in einem hülsenförmigen Schraubstück gehalten ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Körper (5) zwischen seiner optischen Ein- (6) und Austrittsfläche (7) eine Kegelstumpfform (9) aufweist, wobei der Durchmesser von der optischen Austritts- zur Eintrittsfläche kontinuierlich zunimmt, das hülsenförmige Einschraubstück (2) eine Innenkontur besitzt, die komplementär zur Konizität der Kegelstumpfform (9) ist und im hülsenförmigen Einschraubstück (2) mindestens eine erste Ringnut (10) im Bereich der Sitzfläche des Körpers (5) zur Aufnahme eines Dichtrings sowie eine zweite Ringnut unmittelbar vor der optischen Eintrittsfläche (6) des Körpers (5) zur Aufnahme eines Spreng- oder Sicherungsrings (11) befindlich ist.
Einschraubteil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass am zur optischen Austrittsfläche (7) gerichteten Ende des Kegelstumpfes (9) eine Rundung oder Fase (12) vorgesehen ist.
Einschraubteil nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Körper (5) ein Glasformteil ist.
Einschraubteil nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Glasformteil eine optische Austrittsfläche in Form eines transparenten Kegels (8) aufweist, dessen größter Durchmesser kleiner als der kleinste Durchmesser des Kegelstumpfes (9) ist.
Einschraubteil nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das hülsenförmige Einschraubstück (2) eine umlaufende Anschlagkante (13) aufweist.
Einschraubteil nach Anspruch 4 und 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Glasformteil in seinem Übergangsbereich von Kegelstumpf (9) zu Kegel (8) mit der Anschlagkante (13) in Kontakt steht.
Einschraubteil nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass im Bereich der Sitzfläche des Körpers (5) zwei beabstandete Ringnuten zur Aufnahme eines ersten und eines zweiten Dichtrings ausgebildet sind.
Einschraubteil nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Dichtringe als O-Ringe ausgebildet sind.
Einschraubteil nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Sprengring (11) als Benzing-Ring ausgebildet ist.
Einschraubteil nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das hülsenförmige Einschraubstück (2) eine Montage-Schlüsselfläche (3) aufweist.
Einschraubteil nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Einschraubstück (2) einen Außengewindeabschnitt (4) umfasst, welcher zu einem Innengewinde eines Einbaustücks (15) komplementär ist.
Einschraubteil nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass das Einbaustück (15) mit dem Druckgefäß oder Behälter (16) in Verbindung steht.