DE102007061571A1

DE102007061571A1 - Füllstandsmessgerät

Info

Publication number: DE102007061571A1
Application number: DE102007061571A
Authority: DE
Inventors: Qi Chen; Eric Bergmann
Original assignee: Endress and Hauser SE and Co KG
Current assignee: Endress and Hauser SE and Co KG
Priority date: 2007-12-18
Filing date: 2007-12-18
Publication date: 2009-07-16

Abstract

Es ist ein Füllstandsmessgerät zur Messung eines Füllstandes eines Füllgutes (1) in einem Behälter (3), mit dem im Messbetrieb mittels einer Parabolantenne (5) elektromagnetische Signale (S) in den Behälter (3) gesendet und deren an einer Füllgutoberfläche des Füllguts (1) reflektierten Echosignale (R) nach einer vom Füllstand abhängigen Laufzeit empfangen werden, beschrieben, bei dem die Parabolantenne (5) mit unterschiedlichen Parabolschirmen betrieben werden kann, mit einem Antennenträger (13), der endseitig einen stabförmigen Abschnitt (17) aufweist, einer im Inneren des Antennenträgers (13) vorgesehenen Signalleitung (15), über die die Parabolantenne (5) im Messbetrieb mit Sendesignalen (S) gespeist wird und über die von der Parabolantenne (5) empfangene Echosignale (R) einer Messgeräteelektronik (11) zugeführt werden, einem auf den stabförmigen Abschnitt (17) montierbaren Parabolschirm (19), einem endseitig auf den stabförmigen Abschnitt (17) montierbaren, an die Signalleitung (15) anschließbaren Sende- und Empfangselement (21) und einer lösbaren Befestigungsvorrichtung (31, 41, 49), mit der der Parabolschirm (19) auf einer in Abhängigkeit von den Abmessungen des verwendeten Parabolschirms (19) wählbaren Höhe entlang einer Längsachse des stabförmigen Abschnitts (17) derart montierbar ist, dass sich das Sende- und Empfangselement (21) im Brennpunkt des Parabolschirms (19) befindet.

Description

Die Erfindung betrifft ein Füllstandsmessgerät zur Messung eines Füllstandes in einem Behälter, mit dem im Messbetrieb mittels einer Parabolantenne elektromagnetische Signale in den Behälter gesendet und deren an einer Füllgutoberfläche des Füllguts reflektierten Echosignale nach einer vom Füllstand abhängigen Laufzeit empfangen werden.
Die Parabolantenne wird in der Regel mittels eines Antennenträgers auf oder in dem Behälter montiert. Die Antenne weist einen Parabolschirm und ein im Brennpunkt des Parabolschirms angeordnetes Sende- und Empfangselement auf. Das Sende- und Empfangselement ist an eine im Inneren des Antennenträgers verlaufende Signalleitung angeschlossen, über die die Parabolantenne im Messbetrieb mit Sendesignalen gespeist wird und über die deren an der Füllgutoberfläche reflektierten von Parabolantenne empfangenen Echosignale einer Messgerätelektronik zugeführt werden, die anhand der Laufzeit der Signale den Füllstand bestimmt.
Derartige Füllstandsmessgeräte werden heute bereits in der industriellen Messtechnik eingesetzt.
Ein Beispiel eines solchen Füllstandsmessgeräts ist in der EP 1 619 747 beschrieben. Die dort beschriebene Parabolantenne weist einen Parabolschirm auf, an dessen in den Behälter weisenden Rand ein Kragen aus einem die Sendesignale absorbierenden Material angeformt ist. Das Sende- und Empfangselement dieser Antenne ragt geringfügig aus dem Rand heraus, um eine komplette Ausleuchtung des Schirms zu gewährleisten. Durch die Anordnung des zylindrischen oder konischen Kragens wird das Sende- und Empfangselement jedoch vollständig innerhalb des Antennensystems aufgenommen, so dass das Sende- und Empfangselement mechanisch geschützt ist und ein eine seitliche Abstrahlung elektromagnetischer Strahlung vermieden wird.
In der industriellen Messtechnik werden für verschiedene Anwendungen unterschiedliche Parabolantennen eingesetzt. Die Antennen sind in der Regel für eine vorgegebene Frequenz des Sendesignals ausgelegt, und unterscheiden sich voneinander insb. durch deren Form und deren Durchmesser.
Um schnell und flexibel ein breites Spektrum an Anwendungen bedienen zu können, ist es für Hersteller von Füllstandsmessgeräten sowie für Betreiber von industriellen Anlagen heute erforderlich, alle hierfür benötigten verschiedenen Parabolantennen auf Lager zu halten. Dies ist jedoch teuer und aufwendig.
Diese Kosten ließen sich drastisch reduzieren, wenn es möglich wäre, eine Antenne mit verschiedenen Parabolschirmen zu betreiben. Dies ist jedoch derzeit nicht möglich, da sich das Sende- und Empfangselement im Brennpunkt des jeweiligen Parabolschirms befinden muss. Die Position des Brennpunkts ist jedoch durch die Form und den Durchmesser des Parabolschirms festgelegt und daher für unterschiedliche Parabolschirme verschieden.
Es ist eine Aufgabe der Erfindung ein Füllstandsmessgerät anzugeben, dass eine Parabolantenne aufweist, die mit unterschiedlichen Parabolschirmen betrieben werden kann.
Hierzu besteht die Erfindung in einem Füllstandmessgerät zur Messung eines Füllstandes in einem Behälter, mit dem im Messbetrieb mittels einer Parabolantenne elektromagnetische Signale in den Behälter gesendet und deren an einer Füllgutoberfläche des Füllguts reflektierten Echosignale nach einer vom Füllstand abhängigen Laufzeit empfangen werden, mit

– einem Antennenträger, der endseitig einen stabförmigen Abschnitt aufweist,
– einer im Inneren des Antennenträgers vorgesehenen Signalleitung, über die die Parabolantenne im Messbetrieb mit Sendesignalen gespeist wird, und über die von Parabolantenne empfangene Echosignale einer Messgerätelektronik zugeführt werden,
– einem auf den stabförmigen Abschnitt montierbaren Parabolschirm,
– einem endseitig auf den stabförmigen Abschnitt montierbaren an die Signalleitung anschließbaren Sende- und Empfangselement, und
– einer lösbaren Befestigungsvorrichtung mit der der Parabolschirm auf einer in Abhängigkeit von den Abmessungen des verwendeten Parabolschirms wählbaren Höhe entlang einer Längsachse des stabförmigen Abschnitts derart montierbar ist, dass sich das Sende- und Empfangselement im Brennpunkt des Parabolschirms befindet.

Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung weist der Parabolschirm auf dessen von dessen Sende- und Empfangsöffnung abgewandten Rückwand eine Öffnung auf, durch die hindurch der stabförmige Abschnitt des Parabolschirms in den Parabolschirm eingeführt ist, und das Sende- und Empfangselement ist im Parabolschirm mit dem stabförmigen Abschnitt verbunden und an die Signalleitung angeschlossen.
Gemäß einer ersten Variante besteht die Erfindung in einem Füllstandmessgerät, bei dem

– der Parabolschirm auf dessen von dessen Sende- und Empfangsöffnung abgewandten Rückseite eine Öffnung aufweist, und
– die Befestigungsvorrichtung einen auf den stabförmigen Abschnitt aufschiebbaren Klemmring umfasst,
– dessen Außenwand einen Schlitz aufweist, dessen Breite zur Befestigung des Klemmrings auf dem stabförmigen Abschnitt mittels einer Klemmschraube reduzierbar ist, die durch einen ersten an den Schlitz angrenzenden Bereich des Klemmrings und den Schlitz hindurch in einen zweiten an den Schlitz angrenzenden Bereich des Klemmrings eingeschraubt wird, und
– der Parabolschirm auf dem Klemmring derart montierbar ist, dass sich der Klemmring auf einer die Öffnung umgebenden Außenseite des Parabolschirms befindet.

Gemäß einer zweiten Variante besteht die Erfindung in einem Füllstandmessgerät, bei dem

– der Parabolschirm auf dessen von dessen Sende- und Empfangsöffnung abgewandten Rückseite eine Öffnung aufweist,
– die Befestigungsvorrichtung eine den stabförmigen Abschnitt umgebende Gewindehülse aufweist, die endseitig durch die Öffnung in den Parabolschirm einführbar ist, und
– die Befestigungsvorrichtung zwei Muttern umfasst, die zur Befestigung des Parabolschirms derart auf die Gewindehülse aufschraubbar sind, dass die die Öffnung umgebende Rückwand des Parabolschirms zwischen den beiden Muttern eingespannt ist.

Gemäß einer dritten Variante besteht die Erfindung in einem Füllstandmessgerät, bei dem

– der Parabolschirm in dessen von dessen Sende- und Empfangsöffnung abgewandten Rückwand eine Öffnung aufweist,
– die Befestigungsvorrichtung einen auf den stabförmigen Abschnitt aufschiebbaren geschlossenen Klemmring mit einem konischen Innenraum aufweist,
– die Befestigungsvorrichtung einen auf einer die Öffnung umgebenden Außenseite des Parabolschirms montierbaren Klemmkonus umfasst, dessen Außenwand einen Schlitz aufweist, und
– die Befestigungsvorrichtung eine lösbare mechanische Verbindung zwischen dem Klemmkonus und dem Klemmring umfasst, die bewirkt, dass der Klemmkonus in einen den stabförmigen Abschnitt umgebenden durch den Klemmring und den stabförmigen Abschnitt begrenzten konischen Hohlraum gepresst wird.

Gemäß einer ersten Weiterbildung der Erfindung

– weist der Antennenträger einen kugelsegmentförmigen Abschnitt auf, der drehbar auf einem Gegenlager aufliegt, das fest mit einer Befestigungsvorrichtung verbunden ist, die dazu dient, das Füllstandsmessgerät auf dem Behälter zu montieren, und
– es ist eine Überwurfmutter vorgesehen,
– die dazu dient, den Antennenträger in einer durch Drehung des kugelsegmentförmigen Abschnitts gegenüber dem Gegenlager gewählten Ausrichtung zu fixieren,
– die eine Ausnehmung aufweist, deren innere Mantelfläche auf einem vom Gegenlager abgewandten Bereich des kugelsegmentförmigen Abschnitts formschlüssig aufliegt, und
– die ein Gewinde aufweist, das zur Fixierung des Antennenträgers auf ein mit dem Gegenlager fest verbundenes Gegengewinde geschraubt ist.

Gemäß einer zweiten Weiterbildung

– weist der Antennenträger einen kugelsegmentförmigen Abschnitt auf, der drehbar auf einem Gegenlager aufliegt, das fest mit einer Befestigungsvorrichtung verbunden ist, die dazu dient, das Füllstandsmessgerät auf dem Behälter zu montieren, und
– es ist ein Klemmring vorgesehen, der eine Ausnehmung aufweist, deren innere Mantelfläche auf einem vom Gegenlager abgewandten Bereich des kugelsegmentförmigen Abschnitts formschlüssig aufliegt, und
– es ist eine Überwurfmutter vorgesehen,
– die dazu dient, den Antennenträger in einer durch Drehung des kugelsegmentförmigen Abschnitts gegenüber dem Gegenlager gewählten Ausrichtung zu fixieren,
– die den Klemmring umschließt, und
– die ein Gewinde aufweist, das zur Fixierung des Antennenträgers auf ein mit dem Gegenlager fest verbundenes Gegengewinde geschraubt ist.

Gemäß einer Weiterbildung der letztgenannten Weiterbildung ist zwischen dem Klemmring und der Überwurfmutter eine Anlaufscheibe vorgesehen.
Gemäß einer weiteren Weiterbildung weist die Parabolantenne eine an einen äußeren Rand des Parabolschirms angeformte reflektierende Blende auf, deren Innendurchmesser in vom Antennenhalter abgewandter Richtung ansteigt.
Das erfindungsgemäße Füllstandsmessgerät weist den Vorteil auf, dass es im Hinblick auf den Parabolschirm modular aufgebaut ist. Das Füllstandsmessgerät kann damit jederzeit mit einem frei wählbaren für die jeweilige Anwendung optimal geeigneten Parabolschirm ausgestattet werden. Auch ist es jederzeit möglich, einen ausgewählten Parabolschirm nachträglich auszuwechseln oder gegen einen anderen für die jeweilige Anwendung besser geeigneten Parabolschirm auszutauschen.
Dabei ermöglicht die drehbare Lagerung des Antennenträgers eine optimale Ausrichtung der Antenne auf das Füllgut, und die Blende verhindert einen seitlichen Austritt von Störsignalen.
Die Erfindung und deren Vorteile werden nun anhand der Figuren der Zeichnung, in denen drei Ausführungsbeispiele dargestellt sind, näher erläutert; gleiche Teile sind in den Figuren mit gleichen Bezugszeichen versehen.
1 zeigt: eine erste Variante eines auf einem Behälter montierten erfindungsgemäßen Füllstandsmessgeräts;
2 zeigt den Parabolschirm der in 1 dargestellten Parabolantenne zusammen mit dessen Befestigungsvorrichtung;
3 zeigt ein erfindungsgemäßes Füllstandsmessgerät bei dem der Parabolschirm mittels eines Klemmrings auf dem Antennenhalter befestigt ist;
4 zeigt den Parabolschirm der in 3 dargestellten Parabolantenne zusammen mit dem Klemmring;
5 zeigt ein erfindungsgemäßes Füllstandsmessgerät bei dem der Parabolschirm mittels einer Gewindehülse und zwei Muttern auf dem Antennenhalter befestigt ist;
6 zeigt: den Parabolschirm der in 5 dargestellten Parabolantenne zusammen mit der Gewindehülse;
7 zeigt: eine in einem Stutzen montierte Parabolantenne ohne Blende; und
8 zeigt: eine in einem Stutzen montierte Parabolantenne mit Blende.
1 zeigt ein erstes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Füllstandmessgerät zur Messung eines Füllstandes eines Füllgutes 1 in einem Behälter 3, mit dem im Messbetrieb mittels einer Parabolantenne 5 elektromagnetische Signale S in den Behälter 3 gesendet und deren an einer Füllgutoberfläche des Füllguts 1 reflektierten Echosignale R nach einer vom Füllstand abhängigen Laufzeit empfangen werden. Das Füllstandsmessgerät weist eine in 1 lediglich schematisch angedeutete Befestigungsvorrichtung 7, z. B. einen Flansch, auf, die dazu dient, das Füllstandsmessgerät auf dem Behälter 3 zu montieren.
Das Füllstandsmessgerät weist ein Messgerätgehäuse 9 auf, in dem sich eine Messgerätelektronik 11 befindet, die im Messbetrieb die Parabolantenne 5 mit elektromagnetischen Signalen S speist und die anhand der mittels der Parabolantenne 5 empfangenen Echosignale R den Füllstand ermittelt.
In dem dargestellten Ausführungsbeispiel ist das Messgerätgehäuse 9 auf einem mit der Befestigungsvorrichtung 7 des Messgeräts verbundenen aus dem Behälter 3 heraus ragenden Antennenträger 13 montiert. Der Antennenträger 13 ist ein im Wesentlichen zylindrisches Rohrsegment und weist durch die Befestigungsvorrichtung 7 hindurch in den Behälter 3 hinein.
Im Inneren des Antennenträgers 13 ist eine Signalleitung 15 vorgesehen, über die die Parabolantenne 5 im Messbetrieb mit Sendesignalen S gespeist wird und über die die von Parabolantenne 5 empfangene Echosignale R der Messgerätelektronik 11 zugeführt werden.
Der Antennenträger 13 weist auf dessen in den Behälter 3 hinein weisenden Ende endseitig einen stabförmigen Abschnitt 17 auf, auf den ein Parabolschirm 19 der Parabolantenne 5 montierbar ist.
Des Weiteren ist ein endseitig auf den stabförmigen Abschnitt 17 montierbares an die Signalleitung 15 anschließbaren Sende- und Empfangselement 21 vorgesehen. In dem dargestellten Ausführungsbeispiel ist das Sende- und Empfangselement 21 ein mit einer metallischen Reflektorscheibe 23 ausgestatteter Konus 25 aus Polytetrafluorethylen (PTFE) in den mittels einer lösbaren mechanischen Verbindung ein Hohlleitersegment 27 eingesetzt ist. Dies erfolgt beispielsweise über eine Hülse 29, die über, in 1 nicht dargestellte, Stege im Inneren des Konus 25 mit der Reflektorscheibe 23 verbunden ist, und auf das Hohlleitersegment 27 aufgeschoben und dort mechanisch gesichert oder aufgeschraubt wird. Andere Arten der Befestigung sind ebenfalls einsetzbar. Das Hohlleitersegment 27 ist mittels einer mechanischen Verbindung, z. B. einer Schraubverbindung oder einer Schweißung mit dem stabförmigen Abschnitt 17 oder mit der Signalleitung 15 verbunden. Die Signalleitung 15 ist ebenfalls als Hohlleiter ausgebildet und wird durch das Hohlleitersegment 27 fortgeführt.
Die Montage des Parabolschirms 19 erfolgt erfindungsgemäß mittels einer lösbaren Befestigungsvorrichtung 31 mit der der Parabolschirm 19 auf einer in Abhängigkeit von den Abmessungen des verwendeten Parabolschirms 19 wählbaren Höhe entlang einer Längsachse des stabförmigen Abschnitts 17 derart montierbar ist, dass sich das Sende- und Empfangselement 21 im Brennpunkt des Parabolschirms 19 befindet. 2 zeigt eine Ansicht des Parabolschirms 19 und der Befestigungsvorrichtung 31.
Der Parabolschirm 19 weist auf dessen von dessen Sende- und Empfangsöffnung 32 abgewandten Rückwand eine Öffnung auf, durch die der stabförmige Abschnitt 17 hindurch in den Parabolschirm 19 einführbar ist.
Die Befestigungsvorrichtung 31 umfasst einen auf den stabförmigen Abschnitt 17 aufschiebbaren geschlossenen Klemmring 33, der einen konischen Innenraum aufweist, und einen auf einer die Öffnung umgebenden Außenseite des Parabolschirms 19 angeordneten Klemmkonus 35, dessen Außenwand einen Schlitz 37 aufweist. Der Schlitz 37 bewirkt, dass der Innendruchmesser des Klemmkonus 35 durch ein Zusammendrücken desselben reduzierbar ist.
Der Klemmkonus 35 ist fest mit dem Parabolschirm 19 verbunden. Dies geschieht in dem dargestellten Ausführungsbeispiel durch Schrauben 38, die durch die die Öffnung umgebende Rückwand des Parabolschirms 19 in den Klemmkonus 35 eingeschraubt sind.
Die Befestigung erfolgt, indem der Klemmring 33 und der Klemmkonus 35 auf den stabförmigen Abschnitt 17 aufgeschoben werden. Der Klemmkonus 35 wird auf einer in Abhängigkeit von dem gewählten Parabolschirm 19 gewählten Höhe entlang der Längsachse des stabförmigen Abschnitts 17 positioniert. Anschließend wird der Klemmring 33 auf den Klemmkonus 35 abgesenkt, wobei der Klemmkonus 35 in den den stabförmigen Abschnitt 17 umgebenden, durch den Klemmring 33 und den stabförmigen Abschnitt 17 begrenzten, konischen Hohlraum eingeführt wird. Die Befestigungsvorrichtung 31 umfasst eine lösbare mechanische Verbindung 39 zwischen dem Klemmkonus 35 und dem Klemmring 33, die bewirkt, dass der Klemmkonus 35 in den durch den Klemmring 33 gebildeten Hohlraum gepresst wird. In dem dargestellten Ausführungsbeispiel ist diese Verbindung 39 durch Schrauben realisiert, die durch einen äußeren Rand des Klemmkonus 35 hindurch in einen äußeren Rand des Klemmrings 33 eingeschraubt werden. Hierdurch wird der Klemmkonus 35 zusammen gepreßt und die Befestigungsvorrichtung 31 auf dem stabförmigen Abschnitt 17 befestigt. Abschließend wird der Parabolschirm 19 montiert, indem die Schrauben 38 durch die die Öffnung umgebende Rückwand des Parabolschirms 19 in den Klemmkonus 35 eingeschraubt werden.
Die Befestigungsvorrichtung 31 erlaubt es, den Parabolschirm 19 auf jeder beliebigen Höhe entlang der Längsachse des stabförmigen Abschnitts 17 zu montieren. Dementsprechend kann der Parabolschirm 19 derart montiert werden, dass sich das Sende- und Empfangselement 21 im Brennpunkt des gewählten Parabolschirms 19 befindet. Die Einbauhöhe der Befestigungsvorrichtung 31 für unterschiedliche Parabolschirme 19 kann beispielsweise durch auf dem stabförmigen Abschnitt 17 aufgebrachte Markierungen angezeigt werden. Alternativ kann für die Montage ein Betriebsmittel, z. B. ein auf den stabförmigen Abschnitt 17 aufschiebbarer Abstandshalter mit schirm-spezifischer Länge, eingesetzt werden, mit dem die gewünschte Einbauhöhe zuverlässig erzielt wird.
Die Erfindung ist jedoch nicht auf die in 1 dargestellte Ausführungsform begrenzt. Es können auch andere lösbare Befestigungsvorrichtungen eingesetzt werden, mit denen der Parabolschirm 19 auf einer in Abhängigkeit von den Abmessungen des verwendeten Parabolschirms 19 wählbaren Höhe entlang der Längsachse des stabförmigen Abschnitts 17 derart montierbar sind, dass sich das Sende- und Empfangselement 21 im Brennpunkt des Parabolschirms 19 befindet.
Eine alternative Ausführungsform ist in den 3 und 4 dargestellt. Die dort dargestellte Befestigungsvorrichtung 41 umfasst einen auf der die Öffnung umgebenden Außenseite des Parabolschirms 19 montierbaren Klemmring 43, der auf den stabförmigen Abschnitt 17 aufschiebbar ist. Die Außenwand des Klemmrings 43 weist einen Schlitz 45 auf, dessen Breite zur Befestigung des Klemmrings 43 auf dem stabförmigen Abschnitt 17 mittels einer Klemmschraube 47 reduzierbar ist. Hierzu wird die Klemmschraube 47 durch einen ersten an den Schlitz 45 angrenzenden Bereich des Klemmrings 43 und den Schlitz 45 hindurch in einen zweiten an den Schlitz 45 angrenzenden Bereich des Klemmrings 43 eingeschraubt. Analog zu dem zuvor beschriebenen Ausführungsbeispiel wird hier der Klemmring 43 auf einer in Abhängigkeit vom ausgewählten Parabolschirm 19 gewählten Höhe entlang des stabförmigen Abschnitts 17 positioniert und dort befestigt. Anschließend wird der Parabolschirm 19 an dem Klemmring 43 befestigt in dem Schrauben durch eine die Öffnung des Parabolschirms 19 umgebende Rückwand hindurch in den Klemmring 43 geschraubt werden.
Eine weitere Alternative ist in den 5 und 6 dargestellt. Die dort dargestellte Befestigungsvorrichtung 49 umfasst eine den stabförmigen Abschnitt 17 umgebende Gewindehülse 51, die teilweise in die rückseitige Öffnung des Parabolschirms 19 einführbar ist. Die Gewindehülse 51 ist fest mit dem stabförmigen Abschnitt 17 verbunden, z. B. verschraubt oder verschweißt. Des Weiteren umfasst die Befestigungsvorrichtung 49 zwei Muttern 53, 55, die zur Befestigung des Parabolschirms 19 derart auf die Gewindehülse 51 aufschraubbar sind, dass die die Öffnung umgebende Rückwand des Parabolschirms 19 zwischen den beiden Muttern 53, 55 eingespannt ist. Zusätzlich kann eine mechanische Sicherungsvorrichtung vorgesehen werden, die ein ungewolltes Lösen der Muttern 53, 55 verhindert.
Das erfindungsgemäße Füllstandsmessgerät bietet den Vorteil, dass es mit unterschiedlichen Parabolschirmen 19 betrieben werden kann. Der Parabolschirm 19 kann jederzeit ausgetauscht werden, ohne dass weitere Änderungen am Gerät erforderlich sind. Damit kann die Bedienung einer Vielzahl unterschiedlicher Anwendungen erforderliche Lagerhaltung deutlich reduziert werden. Ebenso ist es möglich den Parabolschirm 19 eines bestehenden oder sogar bereits im Einsatz befindliche Messgeräts gegen einen anderen Parabolschirm 19 auszutauschen, wenn dies z. B. durch geänderte Einsatzbedingungen oder zur Erzielung besserer Messergebnisse erforderlich ist. Hierzu muss nicht mehr, wie bisher üblich, das gesamte Messgerät oder zumindest die gesamte Parabolantenne ausgetauscht werden. Es genügt der Austausch des Parabolschirms 19, da durch die erfindungsgemäße Befestigung der Parabolschirme 19 für jeden Parabolschirm 19 sicher gestellt werden kann, dass sich das Sende- und Empfangselement 21 im Brennpunkt des Parabolschirms 19 befindet.
Es gibt Anwendungen, bei denen das Füllstandsmessgerät auf einem gegenüber der Füllgutoberfläche geneigten Montageelement, wie z. B. einem gewölbten Tankdeckel, montiert wird. In diesen Fällen ist es wünschenswert, die Parabolantenne 5 auf das Füllgut 1 auszurichten.
Dies geschieht bei herkömmlichen Füllstandsmessgeräten auf die in 3 dargestellte Weise, indem an den im Wesentlichen stabförmigen Antennenträger 13 ein kugelsegmentförmiger Abschnitt 57 aufweist, der drehbar auf einem Gegenlager 59 aufliegt. Das Gegenlager 59 ist fest mit der Befestigungsvorrichtung 7 verbunden, mit der das Füllstandsmessgerät auf den Behälter 3 montiert wird. Die Ausrichtung der Antenne erfolgt durch eine Drehung des Antennenträgers 17 gegenüber dem Gegenlager 59. Die Fixierung des Antennenträgers 13 in der gewünschten Position erfolgt bei herkömmlichen Füllstandsmessgeräten dieser Art durch eine ringscheibenförmige dicke Platte 61, die eine Ausnehmung aufweist, deren innere Mantelfläche auf einen vom Gegenlager 59 abgewandten Bereich des kugelsegmentförmigen Abschnitts 57 formschlüssig aufliegt. Die Platte 61 wird durch drei durch die Platte 61 hindurch in die Befestigungsvorrichtung 7 eingeschraubte Bolzenschrauben 63 auf den kugelsegmentförmigen Abschnitt 57 gedrückt und presst diesen in das Gegenlager 59. Diese Form der Fixierung ist auch in der in der Beschreibungseinleitung erwähnten EP-A 1 619 747 dargestellt. Sie weist den Nachteil auf, dass durch die drei Bolzenschrauben 63 eine ungleichmäßige Kraftverteilung entsteht.
Eine gleichmäßigere Kraftverteilung lässt sich durch die in 1 dargestellte Form der Fixierung des Antennenträgers 13 erzielen. Auch hier weist der Antennenträger 17 den kugelsegmentförmigen Abschnitt 57 auf, der drehbar auf dem fest mit der Befestigungsvorrichtung 7 verbundenen Gegenlager 59 aufliegt. Die Fixierung des Antennenträgers 13 in der gewünschten Position erfolgt hier jedoch erfindungsgemäß durch eine Überwurfmutter 65, die dazu dient, den Antennenträger 13 in einer durch Drehung des kugelsegmentförmigen Abschnitts 57 gegenüber dem Gegenlager 59 gewählten Ausrichtung zu fixieren. Diese weist eine Ausnehmung 67 auf, deren innere Mantelfläche auf einem vom Gegenlager 59 abgewandten Bereich des kugelsegmentförmigen Abschnitts 57 formschlüssig aufliegt. Die Überwurfmutter 65 weist ein Gewinde 69 auf, das zur Fixierung des Antennenträgers 13 auf ein mit dem Gegenlager 59 fest verbundenes Gegengewinde geschraubt ist. Hierdurch wird über die innere Mantelfläche der Überwurfmutter 65 eine gleichmäßige Kraftübertragung auf den kugelsegmentförmigen Abschnitt 57 erzielt.
Eine weitere Verbesserung dieser Form der Fixierung ist in 5 dargestellt. Dort weist der Antennenträger 13 ebenfalls den kugelsegmentförmigen Abschnitt 57 auf, der drehbar auf dem Gegenlager 59 aufliegt. Das Gegenlager 59 ist auch hier fest mit der Befestigungsvorrichtung 7 verbunden. Die Fixierung des Antennenträgers 13 in der durch Drehung des kugelsegmentförmigen Abschnitts 57 gegenüber dem Gegenlager 59 gewählten Ausrichtung erfolgt hier durch einen Klemmring 71 und eine Überwurfmutter 73. Der Klemmring 71 weist eine Ausnehmung 75 auf, deren innere Mantelfläche auf einem vom Gegenlager 59 abgewandten Bereich des kugelsegmentförmigen Abschnitts 57 formschlüssig aufliegt. Die Überwurfmutter 73 umschließt den Klemmring 71, und weist ein Gewinde 77 auf, das zur Fixierung des Antennenträgers 13 auf ein mit dem Gegenlager 59 fest verbundenes Gegengewinde geschraubt ist.
Vorzugsweise ist zwischen dem Klemmring 71 und der Überwurfmutter 73 eine Anlaufscheibe 79 vorgesehen, die dazu dient die beim Aufschrauben der Überwurfmutter 73 entstehende Gleitreibung zwischen dem Klemmring 71 und der Überwurfmutter 73 zu reduzieren. Diese besteht vorzugsweise aus einem glatten Kunststoff, wie z. B. Polyetheretherketan (PEEK).
Die in den 1 und 5 dargestellten erfindungsgemäßen Formen der Fixierung des Antennenträgers 13 können auch in Verbindung mit anderen Antennenarten, wie z. B. Hornantennen oder Stabantennen, zur Ausrichtung dieser Antennen gegenüber dem Füllgut eingesetzt werden.

Bei den beschriebenen erfindungsgemäßen Füllstandsmessgeräten wird die Einbauhöhe der Parabolschirme 19 derart gewählt, dass sich das Sende- und Empfangselement 21 im Brennpunkt des Parabolschirms 19 befindet. Dadurch wird die Antennenverstärkung der Parabolantenne maximiert. Trotz dieser Optimierung kann es sein, dass ein kleiner Anteil ST der vom Sende- und Empfangselement 21 ausgestrahlten Sendesignale S nicht auf den Parabolschirm 19 auftrifft, sondern seitlich abgestrahlt wird. Dies ist in 7 schematisch dargestellt. Wird eine solche Antenne in einen engen Stutzen 81, z. B. eine enge Behälteröffnung, ein Rohr oder einen Bypass, eingebaut, so führt diese seitliche Abstrahlung in dem Stutzen 81 zu Querreflektionen. Die durch den Stutzen 81 erzeugte resonante Struktur und verursacht ein massives Störsignal. Dadurch entsteht eine nicht unerhebliche Verlustleistung und eine Füllstandsmessung im Nahbereich der Antenne wird aufgrund des dem Echosignal R überlagerten Störsignals unmöglich. Um dies zu vermeiden, werden die erfindungsgemäßen Parabolantennen 5, wie in den 1 bis 6 und 8 dargestellt, mit einer an einen äußeren Rand des Parabolschirms 19 angeformten reflektierende Blende 83 ausgestattet, deren Innendurchmesser in vom Antennenhalter 13 abgewandter Richtung ansteigt. Die Blende 83 weist gegenüber der Richtung in der die Sendesignale S ausgesendet werden sollen einen Öffnungswinkel α auf, der bewirkt, dass seitlich ausgestrahlte Anteile ST des Sendesignals S, wie in 8 dargestellt, in den Behälter 3 hinein reflektiert werden. Hierdurch wird die Verlustleistung deutlich reduziert und die Bildung einer resonanten Struktur im Nahbereich der Parabolantenne 5 vermieden.

1	Füllgut
3	Behälter
5	Parabolantenne
7	Befestigungsvorrichtung
9	Messgerätgehäuse
11	Messgerätelektronik
13	Antennenträger
15	Signalleitung
17	stabförmiger Abschnitt des Antennenträgers
19	Parabolschirm
21	Sende- und Empfangselement
23	Reflektorscheibe
25	Konus
27	Hohlleitersegment
29	Hülse
31	lösbare Befestigungsvorrichtung
32	Sende- und Empfangsöffnung
33	Klemmring
35	Klemmkonus
37	Schlitz
38	Schrauben
39	lösbare mechanische Verbindung
41	Befestigungsvorrichtung
43	Klemmring
45	Schlitz
47	Klemmschraube
49	Befestigungsvorrichtung
51	Gewindehülse
53	Mutter
55	Mutter
57	kugelsegmentförmiger Abschnitt
59	Gegenlager
61	Platte
63	Bolzenschrauben
65	Überwurfmutter
67	Ausnehmung
69	Gewinde
71	Klemmring
73	Überwurfmutter
75	Ausnehmung
77	Gewinde
79	Anlaufscheibe
81	Stutzen
83	reflektierende Blende

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

- EP 1619747 [0004]
- EP 1619747 A [0046]

Claims

Füllstandmessgerät zur Messung eines Füllstandes eines Füllgutes (1) in einem Behälter (3), mit dem im Messbetrieb mittels einer Parabolantenne (5) elektromagnetische Signale (S) in den Behälter (3) gesendet und deren an einer Füllgutoberfläche des Füllguts (1) reflektierten Echosignale (R) nach einer vom Füllstand abhängigen Laufzeit empfangen werden, mit – einem Antennenträger (13), der endseitig einen stabförmigen Abschnitt (17) aufweist, – einer im Inneren des Antennenträgers (13) vorgesehenen Signalleitung (15), über die die Parabolantenne (5) im Messbetrieb mit Sendesignalen (S) gespeist wird, und über die von Parabolantenne (5) empfangene Echosignale (R) einer Messgerätelektronik (11) zugeführt werden, – einem auf den stabförmigen Abschnitt (17) montierbaren Parabolschirm (19), – einem endseitig auf den stabförmigen Abschnitt (17) montierbaren an die Signalleitung (15) anschließbaren Sende- und Empfangselement (21), und – einer lösbaren Befestigungsvorrichtung (31, 41, 49) mit der der Parabolschirm (19) auf einer in Abhängigkeit von den Abmessungen des verwendeten Parabolschirms (19) wählbaren Höhe entlang einer Längsachse des stabförmigen Abschnitts (17) derart montierbar ist, dass sich das Sende- und Empfangselement (21) im Brennpunkt des Parabolschirms (19) befindet.
Füllstandmessgerät nach Anspruch 1, bei dem – der Parabolschirm (19) auf dessen von dessen Sende- und Empfangsöffnung (32) abgewandten Rückwand eine Öffnung aufweist, – der stabförmige Abschnitt (17) des Parabolschirms (19) durch die Öffnung hindurch in den Parabolschirm (19) eingeführt ist, und – das Sende- und Empfangselement (21) im Parabolschirm (19) mit dem stabförmigen Abschnitt (17) verbunden und an die Signalleitung (15) angeschlossen ist.
Füllstandmessgerät nach Anspruch 1, bei dem – der Parabolschirm (19) auf dessen von dessen Sende- und Empfangsöffnung (32) abgewandten Rückseite eine Öffnung aufweist, und – die Befestigungsvorrichtung (41) einen auf den stabförmigen Abschnitt (17) aufschiebbaren Klemmring (43) umfasst, – dessen Außenwand einen Schlitz (45) aufweist, dessen Breite zur Befestigung des Klemmrings (43) auf dem stabförmigen Abschnitt (17) mittels einer Klemmschraube (47) reduzierbar ist, die durch einen ersten an den Schlitz (45) angrenzenden Bereich des Klemmrings (43) und den Schlitz (45) hindurch in einen zweiten an den Schlitz (45) angrenzenden Bereich des Klemmrings (43) eingeschraubt wird, und – der Parabolschirm (19) auf dem Klemmring (43) derart montierbar ist, dass sich der Klemmring (43) auf einer die Öffnung umgebenden Außenseite des Parabolschirms (19) befindet.
Füllstandmessgerät nach Anspruch 1, bei dem – der Parabolschirm (19) auf dessen von dessen Sende- und Empfangsöffnung (32) abgewandten Rückseite eine Öffnung aufweist, – die Befestigungsvorrichtung (49) eine den stabförmigen Abschnitt (17) umgebende Gewindehülse (51) aufweist, die endseitig durch die Öffnung in den Parabolschirm (19) einführbar ist, und – die Befestigungsvorrichtung (49) zwei Muttern (53, 55) umfasst, die zur Befestigung des Parabolschirms (19) derart auf die Gewindehülse (51) aufschraubbar sind, dass die die Öffnung umgebende Rückwand des Parabolschirms (19) zwischen den beiden Muttern (53, 55) eingespannt ist.
Füllstandmessgerät nach Anspruch 1, bei dem – der Parabolschirm (19) in dessen von dessen Sende- und Empfangsöffnung (32) abgewandten Rückwand eine Öffnung aufweist, – die Befestigungsvorrichtung (31) einen auf den stabförmigen Abschnitt (17) aufschiebbaren geschlossenen Klemmring (33) mit einem konischen Innenraum aufweist, – die Befestigungsvorrichtung (31) einen auf einer die Öffnung umgebenden Außenseite des Parabolschirms (19) angeordneten Klemmkonus (35) umfasst, dessen Außenwand einen Schlitz (37) aufweist, und – die Befestigungsvorrichtung (31) eine lösbare mechanische Verbindung (39) zwischen dem Klemmkonus (35) und dem Klemmring (33) umfasst, die bewirkt, dass der Klemmkonus (35) in einen den stabförmigen Abschnitt (17) umgebenden durch den Klemmring (33) und den stabförmigen Abschnitt (17) begrenzten konischen Hohlraum gepresst wird.
Füllstandmessgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 5, bei dem – der Antennenträger (13) einen kugelsegmentförmigen Abschnitt (57) aufweist, der drehbar auf einem Gegenlager (59) aufliegt, – das Gegenlager (59) fest mit einer Befestigungsvorrichtung (7) verbunden ist, die dazu dient, das Füllstandsmessgerät auf dem Behälter (3) zu montieren, und – eine Überwurfmutter (65) vorgesehen ist, – die dazu dient, den Antennenträger (13) in einer durch Drehung des kugelsegmentförmigen Abschnitts (57) gegenüber dem Gegenlager (59) gewählten Ausrichtung zu fixieren, – die eine Ausnehmung (67) aufweist, deren innere Mantelfläche auf einem vom Gegenlager (59) abgewandten Bereich des kugelsegmentförmigen Abschnitts (57) formschlüssig aufliegt, und – die ein Gewinde (69) aufweist, das zur Fixierung des Antennenträgers (13) auf ein mit dem Gegenlager (59) fest verbundenes Gegengewinde geschraubt ist.
Füllstandmessgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 5, bei dem – der Antennenträger (13) einen kugelsegmentförmigen Abschnitt (57) aufweist, der drehbar auf einem Gegenlager (59) aufliegt, – das Gegenlager (59) fest mit einer Befestigungsvorrichtung (7) verbunden ist, die dazu dient, das Füllstandsmessgerät auf dem Behälter (3) zu montieren, – ein Klemmring (71) vorgesehen ist, der eine Ausnehmung (75) aufweist, deren innere Mantelfläche auf einem vom Gegenlager (59) abgewandten Bereich des kugelsegmentförmigen Abschnitts (57) formschlüssig aufliegt, und – eine Überwurfmutter (73) vorgesehen ist, – die dazu dient, den Antennenträger (13) in einer durch Drehung des kugelsegmentförmigen Abschnitts (57) gegenüber dem Gegenlager (59) gewählten Ausrichtung zu fixieren, – die den Klemmring (71) umschließt, und – die ein Gewinde (77) aufweist, das zur Fixierung des Antennenträgers (13) auf ein mit dem Gegenlager (59) fest verbundenes Gegengewinde geschraubt ist.
Füllstandmessgerät nach Anspruch 7, bei dem zwischen dem Klemmring (71) und der Überwurfmutter (73) eine Anlaufscheibe (79) vorgesehen ist.
Füllstandmessgerät nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei dem die Parabolantenne (5) eine an einen äußeren Rand des Parabolschirms (19) angeformte reflektierende Blende (83) aufweist, deren Innendurchmesser in vom Antennenhalter (13) abgewandter Richtung ansteigt.