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Die
Erfindung betrifft einen Sensor zur Ermittlung des elektrischen
Widerstands eines flüssigen und/oder verflüssigbaren
Mediums mit wenigstens zwei voneinander beabstandeten Elektroden und
einer mit den Elektroden in Verbindung stehenden Spannungsquelle.
Weiterhin betrifft die Erfindung einen Abscheidebehälter
zur Trennung einer Wasserphase und einer im Wesentlichen hydrophoben
Phase mit wenigstens einem Zulauf und wenigstens einem Ablauf.
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Sensoren,
die den Füllstand in Flüssigkeitsbehältern
auf Basis elektrischer Widerstandswerte ermitteln, kommen bereits
seit längerem zum Einsatz. Die Sensoren werden dabei gewöhnlich
derart in den entsprechenden Behälter integriert, dass
sich diese im Innenraum des Behälters befinden. Steigt nun
der Flüssigkeitspegel innerhalb des Behälters soweit
an, dass die Flüssigkeit mit dem Sensor in Kontakt kommt,
so ändert sich der Leitwert, der als Kehrwert des elektrischen
Widerstands definiert ist, vom entsprechenden Wert des verdrängten
Gases auf den Wert der Flüssigkeit.
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Daneben
sind aus dem Stand der Technik zahlreiche andere Füllstandssensoren
bekannt, die eine Bestimmung bzw. Kontrolle von Flüssigkeitspegeln
innerhalb von Behältern erlauben, von denen der Einbau
von Schaugläsern in die Behälterwandung sicherlich
die konstruktiv einfachste Möglichkeit darstellt. Zusätzlich
oder alternativ kommen auch Schwimmer, kapazitive Messanzeiger oder
Ultraschallsensoren zum Einsatz. Auch Temperatursensoren, die einen
Flüssigkeitspegel auf Basis der Wärmeleitfähigkeit
ermitteln, finden bereits Anwendung.
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So
beschreibt beispielsweise die
DE 1 959 041 A einen Höhenstandsmesser
für Flüssigkeiten mit einer langgestreckten, den
Flüssigkeitsspiegel durchsetzenden Wärmequelle,
entlang deren Oberfläche mehrere Temperaturfühler
angebracht sind. Beim zugrundeliegenden Messprinzip werden die unterschiedlichen
Wärmeübergangszahlen von der Wärmequelle,
beispielsweise einem Heizstab aus Metall, zu einem Gas bzw. zu einer
das Gas verdrängenden Flüssigkeit als charakteristische
Größen für die Messung herangezogen.
Da der Wärmeübergang zwischen Heizstab und Flüssigkeit
größer ist als zwischen Heizstab und Gas, stellt
sich innerhalb der Flüssigkeit eine niedrigere Temperatur
an der wärmeabgebenden Heizstaboberfläche ein
als im Gasraum. Aus der Auswertung der einzelnen Messergebnisse
mehrerer entsprechend übereinander angeordneter Temperatursensoren
können schließlich Rückschlüsse
auf den Füllstand des Flüssigkeitsbehälters
gezogen werden.
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Während
die genannten Sensoren zwar ausreichend zuverlässige Ergebnisse
liefern, solange der Füllstand von flüssigen Medien
ermittelt werden soll, ergeben sich erhebliche Probleme bei der
Pegelmessung von aushärtenden Medien, wie beispielsweise
Speisefetten. Eine derartige Messung ist jedoch Voraussetzung für
einen zuverlässigen Betrieb von beispielsweise Fettabscheidern,
wie sie vor allem in der Gastronomie Verwendung finden. Diese müssen,
um eine befriedigende Separation von hydrophilen und hydrophoben
Substanzen zu gewährleisten, bei Erreichen eines bestimmten
Fettanteils vollständig entleert werden. Die oben genannte Messmethode
auf Basis unterschiedlicher Wärmeleitfähigkeiten
zwischen Heizstab und Flüssigkeit bzw. Heizstab und Gas
liefert in diesem Fall unzuverlässige Messwerte, da die
Wärmeleitfähigkeit der Mischung aus noch flüssigen
und bereits ausgehärteten Fettanteilen durch deren schwer
zu ermittelndes Verhältnis beeinflusst wird und die Messung
daher keine befriedigenden Ergebnisse liefert.
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Ebenso
scheiden die restlich genannten Methoden, insbesondere die ansonsten
prinzipiell zuverlässige und einfach zu verwirklichende
Wider standsmessung mittels zweier beabstandeter Elektroden, aus,
da auch diese in kurzer Zeit von einer Schicht aus ausgehärtetem
Fett umgeben sind und somit keine repräsentativen Messergebnisse
mehr liefern können.
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Es
ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Sensor sowie
einen Behälter mit einem entsprechenden Sensor vorzuschlagen,
der bei geringem konstruktiven Aufwand eine zuverlässige Füllstandskontrolle
auf Basis der Messung des elektrischen Widerstands und damit des
korrespondierenden Leitwertes auch bei zum Aushärten neigenden
Medien, insbesondere Speisefetten, ermöglicht.
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Diese
Aufgabe wird gelöst durch die Merkmale der unabhängigen
Ansprüche.
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Erfindungsgemäß wird
vorgeschlagen, dass wenigstens einer der Elektroden, die der Messung des
elektrischen Widerstands dienen, wenigstens eine Wärmequelle
zugeordnet ist. Die Wärmequelle erfüllt dabei
die Aufgabe, die Elektroden frei von Belägen, insbesondere
ausgehärteten (Speise-)Fettanteilen, zu halten. Durch die
durch die Wärmequelle hervorgerufene Verflüssigung
des entsprechenden Mediums im Bereich der Elektroden wird in einfacher Weise
gewährleistet, dass mit Hilfe des Sensors stets der elektrische
Widerstand des entsprechenden Mediums in seiner flüssigen
Form gemessen wird. Die Wärmequelle muss dabei lediglich
so viel Wärmeenergie an die Umgebung abgeben, dass es zwischen den
beiden Elektroden, die der Ermittlung des elektrischen Widerstands
des dazwischenliegenden Mediums und somit dessen Leitwert dienen,
zu keiner Aushärtung des Mediums kommt. Hierfür
kann es ausreichend sein, beiden Elektroden eine gemeinsame Wärmequelle
zuzuordnen, beispielsweise in Form eines Heizstabes oder eines die
Elektroden wenigstens teilweise umgebenden Heizbleches. Möglich
ist selbstverständlich auch die Ausrüstung mehrerer
Elektroden mit jeweils einer eigenen Wärmequelle. Da die
maximale Abmessung des Sensors sowie der Abstand der einzelnen Elektroden
zueinander in der Regel nur wenige Zentimeter beträgt,
ist eine entsprechend geringe Energiemenge zum Betreiben der Wärmequelle
notwendig. Die Heizleistung der Wärmequelle/n beträgt
dabei in der Regel weniger als 50 Watt, bei vielen Anwendungen sogar
weniger als 20 Watt. Zudem dient bzw. dienen die Wärmequelle/n
lediglich dazu, die Elektroden frei von Belägen zu halten,
während die eigentliche Füllstandsmessung auf
Basis des elektrischen Widerstands der flüssigen bzw. verflüssigten
Substanz zwischen den Elektroden erfolgt und daher unabhängig
vom Anteil ausgehärteter Stoffe im übrigen Bereich
des Behälters ist.
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Zwar
würde auch der Einsatz eines Heizstabes gemäß der
DE 1 959 041 A ein
Schmelzen von ausgehärteten Fettbestandteilen bewirken.
Da die Wärmeabfuhr durch das die Wärmequelle umgebende
Medium jedoch zur Bestimmung des Füllstandes herangezogen
wird, würde das Messergebnis durch die zum Schmelzen der
Fettbestandteile nötige Energie stark verfälscht.
Hingegen ist das Messprinzip des erfindungsgemäßen
Sensors völlig unabhängig von Wärmeübergängen
und durch die wenigstens eine Wärmequelle auch unabhängig
von der Menge an ausgehärtetem Fett, da dieses im Bereich
der Elektroden stets als flüssige Phase vorliegt.
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Vorteilhaft
ist es in diesem Zusammenhang, wenn die Wärmequelle wenigstens
teilweise im Inneren wenigstens einer der Elektroden angeordnet
ist. Die Elektrode ist bei dieser Ausführung bevorzugt hohl,
z. B. hohlzylindrisch, ausgebildet, und die Wärmequelle
in den Innenraum eingeschoben. Die Wärmequelle heizt hierbei
die Elektrodenwand, welche wiederum das außen befindliche
Medium erwärmt und – soweit dieses erstarrt ist – letztendlich
verflüssigt. Durch diesen Aufbau ergibt sich zum einen
eine sehr kompakte Einheit aus Elektrode und Wärmequelle.
Zum anderen werden die entsprechenden Elektrodenoberflächen
und somit auch das die Elektroden umgebende Medium gleichmäßig
erwärmt, so dass bei möglichst geringem Energieaufwand
zuverlässig gewährleistet werden kann, dass die
Elektroden frei von Belä gen, insbesondere ausgehärtetem Speisefett,
bleiben oder solche Beläge bei Betrieb der Wärmequelle
verflüssigt werden.
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Ebenso
kann es von Vorteil sein, wenn die beiden Elektroden von der wenigstens
einen Wärmequelle wenigstens teilweise umgeben sind. So
können beispielsweise Heizplatten oder -bleche Anwendung
finden, die bedingt durch ihren Aufbau eine relativ große
Oberfläche aufweisen und damit eine rasche Erwärmung
des Mediums, das die Wärmequelle(n) und damit die Elektroden
umgibt, bewirken. Auch der Einsatz von entsprechend spiralförmig
ausgebildeten Wärmequellen stellt eine durchaus vorteilhafte
Möglichkeit dar.
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Auch
bringt es Vorteile mit sich, wenn die wenigstens eine Wärmequelle
zwischen den beiden Elektroden angeordnet ist. Zum einen erhält
man durch einen derartigen Aufbau eine sehr kompakte bauliche Einheit.
Zudem wird durch eine entsprechende Anordnung gewährleistet,
dass vor allem der Bereich des Mediums, der sich zwischen den Elektroden
befindet, ausreichend erwärmt und damit verflüssigt
bzw. flüssig gehalten werden kann. Ist die wenigstens eine
Wärmequelle zwischen den Elektroden angeordnet, so ist
darauf zu achten, dass diese die Widerstandsmessung zwischen den
Elektroden nicht negativ beeinflusst. Dies kann beispielsweise dadurch
erreicht werden, dass die wenigstens eine Wärmequelle eine
geringere Abmessung aufweist, als die entsprechenden Elektroden,
so dass jederzeit ein Stromfluss zwischen beiden Elektroden möglich ist.
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Eine
vorteilhafterweise als elektrisches Heizelement ausgebildete Wärmequelle
ist kostengünstig und in vielen Ausführungsformen
erhältlich. Dieses kann entweder über eine autonome
Energieversorgung, beispielsweise einen Akkumulator versorgt, oder
bei der entsprechenden Auswahl des Heizelementes einfach an ein
bereits vorhandenes Stromnetz angeschlossen werden. Denkbar sind
selbstverständlich auch Wärmequellen, die einen
Hohl raum aufweisen, der von einem Heizmedium, beispielsweise Wasser
oder Wasserdampf, gespeist wird.
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Besonders
vorteilhaft ist es, wenn die Temperatur und/oder die Betriebszeit
der wenigstens einen Wärmequelle, insbesondere mit Hilfe
einer Steuereinheit, steuerbar ist. Hierdurch ergeben sich eine Mehrzahl
von Vorteilen. So ist der Betrieb der Wärmequelle im Wesentlichen
nur zu Zeitpunkten erforderlich, zu denen die eigentliche Widerstandsmessung
stattfinden soll. Folglich kann es in Abhängigkeit des
zu messenden Mediums, der Größe des Behälters
oder der betriebsüblichen Füllgeschwindigkeit dieses
Behälters ausreichend sein, die Messung nur in gewissen
Intervallen, beispielsweise einmal täglich, durchzuführen.
Es ist daher nicht nötig, die Wärmequelle durchgehend
zu beheizen. Vielmehr reicht es aus, diese mit einer gewissen Vorlaufzeit,
die ein Schmelzen des eventuell ausgehärteten Mediums im Bereich
der Elektroden sicher stellt, zu betreiben und diese nach der Messung
wieder auszuschalten. Durch die Steuereinheit kann zudem die Temperatur der
Wärmequelle in einfacher Weise auf das zu erwärmende
Medium und die jeweilige Umgebungstemperatur angepasst werden. So
ist die Schmelztemperatur von Speisefetten von deren Gehalt an gesättigten
Fettsäuren bzw. deren Kettenlänge abhängig.
Um einen energieeffizienten Betrieb der Wärmequelle und
somit des Sensors zu gewährleisten, bietet es sich daher
an, die Temperatur der Wärmequelle auf die Art des zu verflüssigenden
Mediums, in diesem Fall auf die Art des Speisefettes, anzupassen. Zudem
lässt sich durch die Regulierung der Temperatur und der
Betriebszeit der Wärmequelle sicherstellen, dass es zu
keiner Entzündung der zu schmelzenden Substanzen kommen
kann.
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Auch
kann es von Vorteil sein, wenn die Steuereinheit eine Auswerteeinheit,
insbesondere mit einem Datenspeicher, aufweist. Hierdurch lassen sich
die gemessenen elektrischen Widerstände in einfacher Weise
in entsprechend verwertbare Größen, wie beispielsweise
das Erreichen eines bestimmten Füllstands oder den Wassergehalt
einer Fettemulsion, umrechnen und in einer für den Betreiber übersichtlichen
Weise anzeigen. Durch die Speicherung dieser Werte oder des elektrischen
Widerstands selbst ist eine Überwachung der entsprechenden
Messwerte auch über längere Zeiträume
möglich. Dies spielt besonders in der Lebensmittelindustrie,
aber auch in anderen Industriezweigen im Rahmen einer Qualitätssicherung
eine wesentliche Rolle.
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Besonders
vorteilhaft ist es, wenn der Sensor und/oder die Steuereinheit mit
einem optischen und/oder akustischen Anzeigeelement in Verbindung steht.
Hierdurch wird die Auswertung und Beurteilung des gemessenen elektrischen
Widerstands für den Betreiber in erheblichem Maße
vereinfacht. Durch das Anzeigeelement ist zum einen die direkte
Anzeige des gemessenen Widerstands oder eines sonstigen daraus berechneten
Wertes möglich. Zum anderen ist auch die Möglichkeit
gegeben, über das Anzeigeelement beim Erreichen eines vorgegebenen
elektrischen Widerstands einen Alarm auszulösen. Das Anzeigeelement
kann dabei direkt dem Sensor zugeordnet oder auch über
eine entsprechende Datenverbindung in ein Netzwerk integriert sein,
so dass die Messwerte an einer beliebigen Stelle einzusehen sind.
Auch kommen tragbare Geräte, wie beispielsweise Mobiltelefone,
als Anzeigegerät in Frage, an die die gemessenen Messwerte über
eine drahtlose Verbindung übermittelt werden.
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Auch
kann es Vorteile mit sich bringen, wenn der Sensor in ein bestehendes
Datennetzwerk, beispielsweise einer Gebäudeleittechnik,
integriert ist. Die ermittelten Messwerte können hierdurch
von beliebiger Stelle abgerufen werden und zur Steuerung weiterer
Verfahrensschritte dienen. Findet der Sensor beispielsweise in einem
Abscheidebehälter zur Überwachung der Fettschichtdicke
Anwendung, so kann bei der Erreichung eines bestimmten Widerstandswertes
ein automatischer Entleerungsvorgang des Behälters bzw.
ein Entfernen der Fettschicht initiiert werden.
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Besonders
vorteilhaft ist es, wenn dem Sensor und/oder wenigstens einer der
Elektroden wenigstens ein Temperaturfühler zugeordnet ist.
Da der ge messene elektrische Widerstand des die Elektroden umgebenden
Mediums von dessen Temperatur bzw. von der Temperatur der Elektroden
selbst abhängt, ist durch die Integration eines derartigen
Temperaturfühlers eine einfache Kompensation von Temperatureinflüssen
auf den entsprechenden Messwert möglich. Der Temperaturfühler
ist dabei vorteilhafterweise mit einer Steuereinheit gekoppelt,
die schließlich aus den ermittelten Temperaturen, eventuell nach
einer entsprechenden Kalibrierung, den elektrischen Widerstand des
Mediums, bezogen auf Normbedingungen, berechnet. Hierdurch wird
auf einfache Weise sichergestellt, dass Temperatureffekte keinen negativen
Einfluss auf die Zuverlässigkeit des Sensors haben.
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Des
Weiteren wird ein Abscheidebehälter zur Trennung einer
Wasserphase und einer im Wesentlichen hydrophoben Phase vorgeschlagen.
Der Abscheidebehälter zeichnet sich dadurch aus, dass er wenigstens
einen erfindungsgemäßen Sensor zur Ermittlung
des elektrischen Widerstands eines flüssigen und/oder verflüssigbaren
Mediums aufweist. Durch die beschriebene Wärmequelle, die
wenigstens einer der Elektroden des Sensors zugeordnet ist, ist
eine zuverlässige Überwachung der Schichtdicke
der abzuscheidenden hydrophoben Phase, in der Regel Speisefett,
möglich. Dies wird dadurch gewährleistet, dass
diese im Bereich der Elektroden nicht aushärtet oder aber
jederzeit wieder verflüssigt werden kann.
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Ein
Abscheidebehälter weist in der Regel wenigstens einen Zulauf
auf, über den die entsprechenden fetthaltigen Substanzen
in den Behälter gelangen. Diese stammen üblicherweise
aus Abwässern von Spül- und/oder Waschmaschinen,
aber auch aus Bodenabläufen, wie sie beispielsweise in Großküchen
Verwendung finden. Die Zuläufe sind dabei für
gewöhnlich im oberen Bereich des Behälter angeordnet,
wobei sich in deren Nähe eine Art Prallwand befindet. Diese
verläuft rechtwinklig bezüglich des entsprechenden
Zulaufs und erstreckt sich im Wesentlichen von der maximalen Füllhöhe
des Behälters bis kurz unter dessen Boden.
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Der
Ablauf des Behälters ist in der Regel in der dem Zulauf
gegenüberliegenden Behälterwand angeordnet und
ist vom eigentlichen Separationsbereich des Abscheidebehälters
ebenfalls von einer entsprechenden Prallwand abgeteilt. Der Zweck
derartiger Prallwände liegt darin, dass eine bestimmte Fließrichtung
der fetthaltigen Flüssigkeit erzielt wird. Diese strömt
in den Behälter ein und erreicht den Bereich zwischen den
beiden Prallwänden im unteren Bereich des Behälters.
In dem genannten Bereich findet schließlich die eigentliche
Separation des Wasserbestandteils und eventuell darin gelöster
Substanzen sowie der durch den Wasseranteil mitgeschwemmten hydrophoben
Bestanteile statt. Diese sammeln sich schließlich, bedingt
durch deren geringere spezifische Dichte, im oberen Bereich des
Abscheidebehälters an.
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Durch
die Prallwand, die dem Ablauf zugeordnet ist, wird dabei im Wesentlichen
verhindert, dass das an der Wasseroberfläche angesammelte Fett
den Abscheidebehälter wieder verlassen kann. Die wässrige
Phase wird hingegen am unteren Abschnitt der entsprechenden Prallwand
vorbeigeführt, steigt zwischen Prallwand und Behälterwand
nach oben und strömt schließlich durch den Ablauf.
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Während
der Füllstand innerhalb des Behälters durch das
kontinuierliche Abfließen des Wasseranteils konstant bleibt,
erhöht sich im eigentlichen Abscheidebereich des Behälters
der Anteil der aufsteigenden Fette. In der Regel schreiben entsprechende
Vorschriften ein vollständiges Entleeren des Abscheidebehälters
bei einer bestimmten Dicke der Fettschicht vor. Um das Erreichen
dieser Schichtdicke zu detektieren, ist im Bereich einer der Behälterwände,
die den eigentlichen Abscheidebereich begrenzen, ein erfindungsgemäßer
Sensor angeordnet. Da der Wasseranteil und der Fettanteil einen
unterschiedlichen elektrischen Widerstand aufweisen, deutet eine
Veränderung des gemessenen Widerstands darauf hin, dass
die Fettschicht von dem konstanten oberen Füllstandsniveau
bis auf den Bereich, in dem der Sensor angeordnet ist, angewachsen
ist. Sollen mit Hilfe des Fettabscheiders aushärtbare Fette,
wie beispielsweise Frittierfette, von einer wässrigen Phase abgetrennt
werden, so ist eine Bestimmung der resultierenden Fettschichtdicke
mit herkömmlichen Sensoren nicht möglich. Da sich
nämlich besonders im Bereich der Behälterwandungen
bzw. der Prallwände und somit auch im Bereich der Messelektroden
feste Fettablagerungen bilden, lassen die ermittelten Messwerte
keinen zuverlässigen Rückschluss mehr auf die
Dicke der Fettschicht zu.
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Diesem
Problem lässt sich jedoch durch die Anordnung wenigstens
einer Wärmequelle, beispielsweise eines elektrischen Heizelements,
im Bereich der Elektroden begegnen. Eine derartige Wärmequelle
bewirkt in einfacher Weise, dass das die Elektroden umgebende Medium
verflüssigt wird. Somit entspricht der gemessene elektrische
Widerstand stets dem Widerstand des sich aktuell auf Höhe
des Sensors befindlichen Mediums und wird nicht in irgendeiner Weise
durch ausgehärtete Fettbestandteile verfälscht.
Für den Betreiber ist somit zu jedem Zeitpunkt der Messung
ersichtlich, ob der Sensor noch vom wässrigen oder bereits
von dem entsprechenden hydrophoben Medium umgeben ist, wobei letzteres
ein Entleeren des Abscheidebehälters erfordern würde.
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Um
dem Betreiber eine gewisse Vorlaufzeit zu gewähren, sind
vorteilhafterweise wenigstens zwei Sensoren mit jeweils wenigstens
zwei Elektroden im Wesentlichen übereinander angeordnet. Während
die Zeit bis zur Änderung des elektrischen Widerstands
des ersten Sensors dem Betreiber eine Einschätzung der
Schichtdickenzunahme des hydrophoben Mediums pro Zeit liefert, zeigt
die entsprechende Änderung des zweiten Sensors an, dass
der Abscheidebehälter entleert werden muss. Durch die Wahl
des Abstands beider Sensoren kann dabei die zeitliche Differenz
zwischen beiden Ereignissen und somit auch die Vorlaufzeit eingestellt
werden. Selbstverständlich können die Sensoren
ebenso seitlich versetzt zueinander angeordnet werden.
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Besonders
vorteilhaft ist es, wenn der wenigstens eine Sensor in eine seitliche
Wandung des Abscheidebehälters, insbesondere seitlich abgedichtet, integriert
ist. Im Gegensatz zu einem Sensor, der sich im Inneren des Abscheidebehälters
befindet, hat eine derartige Anordnung den Vorteil, dass der Sensor
jederzeit von außen gewartet oder ausgetauscht werden kann.
Auch ein Nachrüsten bestehender Abscheidebehälter
ist jederzeit möglich.
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Im
folgenden wird die Erfindung anhand von Figuren erläutert.
Es zeigen:
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1 eine
Schnittdarstellung eines erfindungsgemäßen Sensors,
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2 eine
seitliche Schnittdarstellung eines erfindungsgemäßen
Abscheidebehälters,
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3 eine
weitere seitliche Schnittdarstellung eines erfindungsgemäßen
Abscheidebehälters, und
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4 eine
Schnittdarstellung eines erfindungsgemäßen Abscheidebehälters
entlang der Linie A-A in 3.
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1 zeigt
eine schematische Schnittdarstellung eines erfindungsgemäßen
Sensors 1, integriert in eine Behälterwandung 2.
Diese weist eine Bohrung zur Aufnahme des Sensors 1 auf.
Der Sensor 1 selbst wird schließlich mittels Muttern 3 und
entsprechender Unterlegscheiben 4 fixiert, wobei die Unterlegscheiben 4 zweckmäßigerweise
aus einem flüssigkeitsabdichtenden Material, beispielsweise
einem hierfür geeigneten Gummi, bestehen sollten. Für
die eigentliche elektrische Widerstandsmessung eines den Sensor 1 auf
der Innenwand der Behälterwandung 2 umgebenden
Mediums 5 weist dieser wenigstens zwei hohle Elektroden 6,
vorzugsweise aus gut wärmeleitendem Material, auf, die über
eine entsprechende Verkabelung 7 mit einer (nicht dargestellten)
Spannungsquelle verbunden sind. Diese kann sich wiederum in einem
ebenfalls außenseitig an der Behälterwandung 2 angeordneten
Gehäuse 8 befinden, in dem, wie im Folgenden beschrieben, weitere
Bauteile angeordnet sein können. Selbstverständlich
ist auch der Anschluss an ein bereits vorhandenes Spannungsnetz
möglich.
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Entsprechend
des elektrischen Widerstands des zu analysierenden Mediums 5 kommt
es in Abhängigkeit der angelegten Spannung zu einem Stromfluss
zwischen den beiden Elektroden 6. Aus der mittels geeignetem
Amperemeter, das sich ebenfalls in dem Gehäuse 8 befinden
kann, ermittelten Stromstärke und der angelegten Spannung
ergibt sich schließlich der elektrische Widerstand und
somit der Leitwert des Medium 5, definiert als der Kehrwert dieses
Widerstands. Somit lässt der Messwert eine Aussage darüber
zu, ob der Sensor 1 von einem Gas oder einer Flüssigkeit
umgeben ist, da sich deren elektrische Widerstände in der
Regel stark unterscheiden. Hierdurch ist in einfacher Weise eine
Füllstandskontrolle in einem entsprechenden Behälter möglich.
Ist der Sensor 1 beispielsweise in einen Fettabscheider 9 integriert
(siehe 2–4), so kann
durch den elektrischen Widerstand zudem ermittelt werden, ob sich
auf Höhe des Sensors 1 ein Gas, in der Regel Luft,
eine wässrige Phase oder bereits eine Fettschicht 19 angesammelt
hat, da sämtliche Medien unterschiedliche elektrische Widerstände
bzw. Leitwerte aufweisen.
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Um
sicherzustellen, dass das die Elektroden 6 umgebende Medium 5 stets
in seiner flüssigen Form vorliegt, weisen die Elektroden 6 im
Inneren Wärmequellen 10, beispielsweise in Form
herkömmlicher elektrischer Heizelemente, auf. Diese sind
wiederum mit einer Stromquelle verbunden, die sich im gezeigten
Beispiel ebenfalls in dem Gehäuse 8 befindet.
Denkbar ist selbstverständlich auch eine andere Anordnung
der Wärmequellen 10, beispielsweise außerhalb
der Elektroden 6. Da die Wärmequellen 10 jedoch
ein Schmelzen bzw. Flüssighalten des die Elektroden 6 umgebenden
Mediums 5, wie beispielsweise zum Aushärten neigende
Speisefette, dienen, ist darauf zu achten, dass die Wärmequellen 10 stets in
der unmittelbaren Umgebung der Elektroden 6 angeordnet
sind. Der Sensor 1 sowie eine der Elektroden 6 weisen
zudem einen schematisch dargestellten Temperaturfühler 23 auf.
Dieser dient zur Erfassung der Temperatur der Elektroden 6 sowie
des die Elektroden umgebenden Mediums 5. Die Temperaturfühler 23 sind
des Weiteren auf nicht dargestellte Weise mit der Steuereinheit 20 verbunden
und dienen der Kompensation von Temperatureinflüssen auf den
gemessenen elektrischen Widerstand des Mediums 5. Da dieser
sowohl von der Temperatur der Elektroden 6 als auch vom
Medium 5 abhängt, wird auf diese Weise sichergestellt,
dass sich die Messwerte des Sensors 1 nach einer entsprechenden
Umrechnung stets auf Normbedingungen beziehen. Somit ist eine zuverlässige
Interpretation der ermittelten Messwerte, unabhängig von
den entsprechend vorherrschenden Temperaturen, zu jeder Zeit möglich. In
Abhängigkeit der Anordnung der Wärmequellen 10 ist
es selbstverständlich auch möglich bzw. notwendig,
beide Elektroden 6 mit einem entsprechenden Temperaturfühler 23 auszustatten.
Um die Temperatur und/oder die Betriebszeit der Wärmequellen 10 zu steuern,
ist diesen eine Steuereinheit 20 zugeordnet, die sich im
gezeigten Beispiel ebenfalls in dem Gehäuse 8 befindet.
Selbstverständlich ist auch eine Anordnung an anderer Stelle
denkbar, wobei die Steuereinheit 20 mit den Wärmequellen 10 mittels Kabeln
oder auch kabellos verbunden sein kann.
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In
den 2 und 3 ist jeweils ein Abscheidebehälter
in Form eines Fettabscheiders 9 mit einem erfindungsgemäßen
Sensor 1 abgebildet. Dieser weist wenigstens einen Zulauf 11 auf,
durch den fetthaltige Flüssigkeiten, beispielsweise Abwässer aus
Spül- oder Waschmaschinen, in den Fettabscheider 9 gelangen.
Im Bereich des Zulaufs 11 ist eine erste Prallwand 12 angeordnet.
Diese schließt seitlich bündig mit der Behälterwandung 2 ab
(s. 4). Durch die Prallwand 12 wird das fetthaltige Abwasser
beim Einströmen in den Fettabscheider 9 abgebremst
und nach unten umgeleitet. Durch einen Spalt zwischen Prallwand 12 und
Behälterboden 13 gelangt das strömungsberuhigte
Abwasser schließlich in den eigentlichen an die Prallwand 12 angrenzenden
Abscheidebereich des Fettabscheiders 9.
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In 3 ist
eine davon abweichende Anordnung des Zulaufs 11 gezeigt.
So ist dieser im Bereich des Behälterbodens 13 angeordnet,
so dass auf eine entsprechende Prallwand 12 verzichtet
werden kann.
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Durch
die unterschiedliche Dichte des wässrigen Anteils 14 und
der Fettbestandteile 15 kommt es in beiden Fällen
schließlich zu einer Separation beider Phasen, wobei die
Fettbestandteile 15 nach oben steigen und wenigstens teilweise
zu einer Fettschicht 19 agglomerieren. Ebenso sinken vom
Abwasser mitgeführte sonstige Verunreinigungen, die eine
höhere spezifische Dichte als Wasser haben, Richtung Behälterboden 13 und
sammeln sich dort an.
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Der
wässrige Anteil 14 verlässt den Fettabscheider 9 schließlich über
einen Ablauf 16. Um zu verhindern, dass Fettbestandteile 15 mit
dem wässrigen Anteil 14 mitgespült werden,
ist im Bereich des Ablaufs 16 eine zweite Prallwand 12 angeordnet,
die den wässrigen Anteil 14 ebenfalls auf die
mittels Pfeil angedeutete Weise umlenkt.
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Des
Weiteren befindet sich im Bereich des Behälterbodens 13 ein
mittels Ventil 17 verschließbarer Auslass 18,
der jedoch lediglich der vollständigen Entleerung des Fettabscheiders 9 dient,
falls eine bestimmte Fettschichtendicke erreicht ist.
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Während
des eigentlichen Betriebes des Fettabscheiders 9 bleibt
das obere Füllstandniveau praktisch konstant, da dies lediglich
von der Höhe des Ablaufs 16 abhängt.
Im Gegensatz dazu sammeln sich ständig Fettbestandteile 15 im
oberen Bereich des Abscheidebereichs an, wodurch die Fettschicht 19 in
Richtung des Behälterbodens 13 anwächst
und somit ständig zunimmt. In der Regel sind vom Hersteller
des Fettabscheiders 9 oder entsprechender Behörden
maximale Schichtdicken vorgeschrieben, bei deren Erreichen der Fettabscheider 9, beispielsweise über
den Abguss 18, entleert werden muss.
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Um
das Erreichen dieser Schichtdicke zu detektieren, ist in eine der
Behälterwandungen 2, die den Abscheidebereich
begrenzen, auf entsprechender Höhe ein erfindungsgemäßer
Sensor 1 angeordnet. Das eigentliche Funktionsprinzip der
entsprechenden Überwachung der Fettschichtdicke verdeutlicht
ein Vergleich der 2 und 3. Bevor
die maximale Schichtdicke d der Fettschicht 19 erreicht ist,
sind die Elektroden 6 des Sensors 1 vom wässrigen
Anteil 14 umgeben und detektieren einen entsprechend dem
Anteil sonstiger im Wasseranteil 14 gelöster Bestandteile,
wie beispielsweise Spülmittelreste, resultierenden elektrischen
Widerstand, der einem gewissen Leitwert entspricht. Mit zunehmender Betriebsdauer
des Fettabscheiders 9 wächst auch die Schichtdicke
der Fettschicht 19 vom oberen konstanten Niveau nach unten
hin an. Sobald diese die Elektroden 6 des Sensors 1 erreicht, ändert
sich der Widerstandswert auf einen Wert, der von der Zusammensetzung
der abgetrennten hydrophoben Phase abhängt, jedoch stets
von dem Wert des wässrigen Anteils 14 abweicht.
Die Änderung dieses Messwertes zeigt schließlich
dem Betreiber an, dass die maximale Schichtdicke der Fettschicht 19 erreicht
ist und der Fettabscheider 9 über den Auslass 18 entleert
werden muss.
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Zur Überwachung
des Fettabscheiders 9 können dem Sensor 1,
wie in 3 angedeutet, unterschiedlichste Auswerteeinheiten 22 und/oder
Anzeigeelemente 21, beispielsweise in Form verschiedenster
Displays und/oder Lichtquellen, zugeordnet sein. Diese sind zweckmäßigerweise
ebenfalls direkt in einem Gehäuse 8, das an der
Behälterwandung 2 angeordnet ist, untergebracht.
Die Anordnung an von der Behälterwandung 2 entfernten
Stellen ist selbstverständlich ebenfalls denkbar (z. B.
von der Behälterdecke herabhängend), wobei diese
in Abhängigkeit der jeweiligen Umstände vom Betreibers
frei wählbar ist. Ebenso ist eine Verbindung des Sensors 1,
entweder mittels entsprechender Kabelverbindungen oder auch kabellos,
mit einem vorhandenen Datennetzwerk denkbar, so dass die Messwerte
auch an vom Fettabscheider 9 entfernten Stellen abgelesen
bzw. ausgewertet werden können. Im Rahmen einer entsprechenden
Qualitätssicherung bietet es sich auch an, die Messwerte
mittels Datenspeicher zu archivieren, so dass eine Kontrolle des
Fettabscheiders 9 auch über längere Zeiträume
möglich ist.
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Erfindungsgemäß ist
den Elektroden 6 des Sensors 1 zudem eine Wärmequelle 10 zugeordnet, die
verhindert, dass die hydrophoben Bestandteile im Bereich des Sensors 1 aushärten.
Dies gewährleistet auf einfache Weise eine sichere Messwerterfassung, die
unabhängig vom Anteil aushärtbarer Fettbestandteile 15 stets
zuverlässige Messwerte liefert. Die Wärmequellen 10 können
dabei auf unterschiedlichste Art und Weise angeordnet sein. Denkbar
ist beispielsweise, dass jeder der Elektroden 6 eine Wärmequelle 10 oder
mehreren Elektroden 6 eine gemeinsame Wärmequelle 10 zugeordnet
ist. Die Wärmequellen 10 selbst können
dabei wenigstens teilweise innerhalb einer oder auch mehrerer Elektroden 6,
beispielsweise in Form von elektrischen Heizelementen, angeordnet
sein. Denkbar sind auch Wärmequellen 10, die von
einem Wärmeträgermedium, wie zum Beispiel Wasser
oder Dampf, gespeist werden. Zudem sind auch Wärmequellen 10 unterschiedlichster
Geometrie einsetzbar. So können neben stab- oder spiralförmigen
Wärmequellen 10 auch Wärmequellen 10 in
Form von Heizplatten oder -blechen Anwendung finden, die eine oder
mehrere der Elektroden 6 wenigstens teilweise umgeben.
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4 zeigt
des Weiteren eine Schnittdarstellung eines erfindungsgemäßen
Fettabscheiders 9 entlang der Linie A-A in 3.
Abweichend von den 2 und 3 sind zwei
erfindungsgemäße Sensoren 1 samt nicht
gezeigter Wärmequellen 10 in die Behälterwandung 2 integriert,
wobei die Sensoren 1 im Wesentlichen übereinander
angeordnet sind. Dies hat den Vorteil, dass der Betreiber bei einer
detektierten Widerstandsänderung am ersten Sensor 1 nicht sofort
handeln muss. Eine derartige Änderung zeigt lediglich an,
dass eine gewisse Schichtdicke der Fettschicht 19 erreicht
ist. In Abhängigkeit des Abstandes beider Sensoren 1 kann
daraus auf einfache Weise abgeschätzt werden, wann mit
einem Ansprechen des zweiten Sensors 1 und somit mit dem
Erreichen der maximalen Fettschichtdicke zu rechnen ist.
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Selbstverständlich
können auch mehr als zwei Sensoren 1 Verwendung
finden, um detailliertere Aussagen über die Schichtdickenzunahme
treffen zu können. Die Sensoren 1 können
dabei natürlich auch seitlich versetzt zueinander angeordnet
sein. Der jeweilige Abstand der einzelnen Sensoren 1 kann
dabei in Abhängigkeit der gewünschten Vorwarnzeit
vom Betreiber frei gewählt werden.
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Die
vorliegende Erfindung wurde anhand von Ausführungsbeispielen
näher erläutert. Abwandlungen der Erfindung sind
im Rahmen der Patentansprüche ohne weiteres möglich,
wobei ausdrücklich sämtliche in der Beschreibung
und den Figurenbeschreibungen aufgeführten Merkmale in
beliebiger Kombination miteinander verwirklicht werden können,
soweit dies sinnvoll und möglich erscheint.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- - DE 1959041
A [0004, 0010]