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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Ermitteln eines Füllstandes einer Flüssigkeit in einem Behälter, wobei die Vorrichtung mindestens einen kapazitiven Füllstandsensor umfasst.
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Zur Ermittlung eines Füllstands, bspw. von Flüssigkeiten in einem Behälter, werden bekanntermaßen Füllstandsschalter unterschiedlichster Systeme, wie z.B. Schwimmerschalter und Ultraschallsensoren, aber auch sog. kapazitive Füllstandsensoren eingesetzt. Das Medium im Behälter ist meist flüssig, kann aber auch körnig oder pulverisiert sein.
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Für kapazitive Füllstandsensoren sind grundsätzlich zwei Ausführungsformen bekannt. In einer ersten Ausführungsform kommt der Füllstandsensor mit dem Medium des Behälters in Berührung, d.h. der Füllstandsensor taucht in das Medium ein. Die Funktion des Füllstandsensors beruht dabei auf der Änderung der elektrischen Kapazität eines teilweise durch das Medium gebildeten Kondensators bei Veränderung des Füllstandes. Ein Nachteil hierbei ist, dass die Sensoren nicht für jedes Medium geeignet sind, bzw. dass sich möglicherweise das Medium auf der Außenhaut des Sensors absetzt und in Folge dessen die Ausgangssignale des Sensors fehlerhaft sind.
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Bei einer zweiten Ausführungsform kommt der Füllstandsensor mit dem Medium des Behälters nicht in Berührung. D.h. die Funktion des Füllstandsensors beruht darauf, dass der Füllstandsensor eine sich ändernde elektrische Kapazität einer Messelektrode zur Umgebung oder einer Referenzelektrode ausnutzt. Solche Füllstandsensoren werden als kapazitive Näherungsschalter bezeichnet. Kapazitive Näherungsschalter weisen in der Regel auch eine Kalibriermöglichkeit, z.B. durch ein Potentiometer auf, um die Empfindlichkeit bzw. die Schaltschwellen an die Einsatzbedingungen anzupassen.
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Nicht mediumberührte kapazitive Füllstandsensoren, also Näherungsschalter, werden bekannterweise an der Außenwand des Behälters angebracht. Ein Nachteil hierbei ist, dass die Bereiche, an dem die Sensoren angebracht werden, aus technischen Gründen nicht aus Metall bestehen dürfen. Bei Metallbehältern muss deshalb beispielsweise ein Fenster aus Kunststoff mit den damit verbundenen Gefahren einer Undichtheit im Bereich der Füllstandsensoren eingebaut werden. Des Weiteren besteht die Gefahr einer Beschädigung der Füllstandsensoren durch äußere Einwirkungen.
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Aufgabe der Erfindung ist es deshalb, einen Füllstand einer Flüssigkeit in einem Behälter mit mindestens einem kapazitiven Füllstandsensor zu ermitteln, wobei der Behälter aus Metall hergestellt sein kann und außerdem die Füllstandsensoren vor Beschädigungen geschützt sind und nicht mit dem Medium in Kontakt gelangen.
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Die Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass der mindestens eine Füllstandsensor in einem flüssigkeitsdichten Tauchrohr angeordnet ist.
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Das Tauchrohr wird dazu im Wesentlichen vertikal im Innern eines Behälters dessen Füllstand überwacht werden soll angebracht. Die Position des Tauchrohrs im Innern des Behälters hängt von der Geometrie des Behälters und den zu überwachenden Füllständen ab. An und für sich kann das Tauchrohr an beliebigen Positionen in dem Behälter angeordnet werden.
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Vorzugsweise weist das Tauchrohr eine derartige Länge auf, dass es mit einem Kopfteil bei vollem Behälter noch aus der Flüssigkeit herausragt. Damit wird das Problem entschärft, dass Flüssigkeit von oben in das Tauchrohr gelangt.
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Das Tauchrohr dient bevorzugt dazu, die im Tauchrohr angeordneten Füllstandsensoren vor dem möglicherweise aggressiven Medium und Beschädigungen zu schützen, damit zuverlässig und unter immer gleichen Bedingungen der Füllstand ermittelt werden kann.
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Vorzugsweise werden im Tauchrohr kapazitive Näherungsschalter als Füllstandsensoren angeordnet. Neuzeitliche Näherungsschalter sind relativ klein gebaut, so dass das Tauchrohr im Vergleich zum Volumen des Behälters einen unbedeutend kleinen Querschnitt aufweisen kann und der Auftrieb des mit Luft gefüllten Tauchrohrs abnimmt. Das Fassungsvolumen des Behälters wird also durch das eingebrachte Tauchrohr kaum reduziert.
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In einer bevorzugten Ausführungsform ist vorgesehen, dass der mindestens eine Füllstandsensor an mindestens einer hohl ausgebildeten Stange oder Rohr im Innern des Tauchrohrs angeordnet ist. Der Füllstandsensor kann dabei an der Stange angeclipst, verschraubt oder verklebt oder z.B. über eine Kunststoffschelle an der Stange angeordnet sein.
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In einer anderen Ausführungsform kann der mindestens eine Füllstandsensor auch an einer Innenwand des Tauchrohrs befestigt werden.
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Die Stange ist dabei bevorzugt durch einen Deckel des Tauchrohrs vertikal verschiebbbar geführt, so dass auch bei komplett eingeführter Stange ein Teil der Stange aus dem Tauchrohr herausragt. Das bringt den Vorteil, dass ein Benutzer der Vorrichtung durch Herausziehen der Stange aus dem Tauchrohr oder durch Hineinschieben der Stange in das Tauchrohr einen wunschgemäßen, ermittelbaren Füllstand selbst einstellen kann, ohne die Position des Tauchrohrs zu verändern
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Da mehrere Stangen mit jeweils mindestens einem Füllstandsensor in dem Tauchrohr angeordnet werden können, ist es möglich, mehrere Füllstandsensoren auf unterschiedlichen Höhen im Behälter zu positionieren.
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Um einen ordnungsgemäßen Betrieb der Näherungssensoren zu gewährleisten, ist vorgesehen, dass das Tauchrohr aus einem nichtmetallischen und chemikalienbeständigen Material hergestellt ist. Eine Herstellung des Tauchrohrs z.B. aus Polyvinylchlorid (PVC) genügt in der Regel den mechanischen, chemischen und eventuell thermischen Anforderungen und ist dabei sehr kostengünstig. Dadurch wird erreicht, dass einerseits die Funktion des Näherungsschalters durch metallische Gegenstände nicht beeinträchtigt wird und andererseits das Tauchrohr widerstandsfähig gegen aggressive Medien ausgebildet ist. Es ist zu beachten, dass im Tauchrohr im Bereich des Näherungsschalters möglichst keine metallischen Gegenstände angeordnet sind. So sollten z.B. die Befestigungsmittel für die Näherungsschalter aus Kunststoff hergestellt sein.
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Ferner ist vorgesehen, dass das Tauchrohr dicht verschlossen ist. So werden die Einrichtungen im Tauchrohr, insbesondere die Füllstandsensoren, optimal geschützt, unabhängig davon, in welche Flüssigkeit das Tauchrohr eingesetzt wird. Auch eventuell mögliche beschleunigte Bewegungen des Behälters können keinen Schaden im Inneren des Tauchrohrs anrichten, da die Flüssigkeit nicht in das Tauchrohr hineinschwappen kann. Die Öffnungen zum Führen der Stange sind z.B. über Dichtringe abgedichtet, wobei ein Dichtring, der die Stange umgibt, gleichzeitig eine Bremswirkung auf die Stange ausüben kann, so dass die Stange in jeder vertikalen Position im Behälter positioniert werden kann. Zusätzlich kann die Stange auch mit einem Stellring fixiert werden.
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Das Tauchrohr kann auch eine besonders beschichtete Außenfläche aufweisen, um zu verhindern, dass die Flüssigkeit des Behälters oder darin schwimmende Teile an dem Tauchrohr anhaften. Eine Reinigung des Tauchrohrs wird dadurch vereinfacht.
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Die Vorrichtung kann in einer besonderen Ausführungsform derart ausgebildet sein, dass ein erster an der Stange angeordneter Füllstandsensor einen annähernd leeren Behälter detektiert und ein zweiter an der Stange angeordneter Füllstandsensor einen vollen Behälter detektiert. Das bedeutet, dass die Füllstandsensoren von vorne herein, z.B. auf Mindestanforderungen beim Erfassen eines Füllstandes im Behälter eingestellt sind. Ein vertikales Verschieben der Stange erübrigt sich in diesem Fall. Natürlich können im Bereich zwischen den beiden Füllstandsensoren bei Bedarf beliebig viele weitere Füllstandsensoren angeordnet sein, um eine feinere Ermittlung des Füllstandes im Behälter durchzuführen.
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Außerdem ist vorgesehen, dass das Tauchrohr über mindestens ein Befestigungselement an der Innenseite des Behälters angeordnet ist. Das mindestens eine Befestigungselement ist bevorzugt aus einem nichtmetallischen und chemikalienbeständigen Material hergestellt. So kann bspw. ein erstes Befestigungselement im Bereich des Bodens des Behälters und ein zweites Befestigungselement im Bereich eines Deckels des Behälters angeordnet sein und so das Tauchrohr im Behälter fixieren.
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Die Befestigungselemente können auch an einer außen am Tauchrohr angeordneten Leiste oder Stange angebracht sein. Die Befestigungselemente sind vorzugsweise mit der Wandung des Behälters und der Wandung des Tauchrohrs verschraubt, vernietet oder verklebt.
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Weiter ist vorgesehen, dass elektrische Anschlusskabel des mindestens einen Füllstandsensors im Innern der hohl ausgebildeten Stange geführt sind und an einem aus dem Behälter herausragenden Teil der Stange herausgeführt sind. Am freien Ende der Stange kann ein elektrisches Steckerelement angeordnet sein, um bspw. die Anschlusskabel in einer einfachen Weise mit einer elektronischen Anzeigevorrichtung zu verbinden.
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Die Anschlusskabel könnten in einer weiteren Ausführungsform auch seitlich an der Stange entlanggeführt sein. Dazu kann die Stange massiv ausgebildet sein.
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Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Figuren dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen, jeweils in schematischer Form:
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1 eine erfindungsgemäße Vorrichtung zum Ermitteln eines Füllstandes einer Flüssigkeit in einem Behälter in einer ersten Ausführungsform;
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2 die erfindungsgemäße Vorrichtung in einer zweiten Ausführungsform; und
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3 die erfindungsgemäße Vorrichtung in einer dritten Ausführungsform.
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1 zeigt ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Vorrichtung 10 zum Ermitteln eines Füllstandes einer Flüssigkeit 12 in einem Behälter 14. Das Material des Behälters 14 ist beliebig. Es kann also bspw. ein Metallbehälter oder ein Kunststoffbehälter sein.
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Im Behälter 14 ist ein Tauchrohr 16 vertikal in die Flüssigkeit 12 eingetaucht. Das Tauchrohr 16 ist aus einem nichtmetallischen und bevorzugt chemikalienbeständigen Material, z.B. PVC, hergestellt. Das Tauchrohr 16 kann auch eine besonders beschichtete Außenfläche aufweisen, um zu verhindern, dass die Flüssigkeit 12 des Behälters 14 und eventuell darin schwimmende Teile an dem Tauchrohr 16 anhaften.
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Das Tauchrohr 16 weist bevorzugt eine derartige Länge auf, dass es bei vollständig gefülltem Behälter 14 noch mit einem Kopfteil 18 aus der Flüssigkeit 12 herausragt. Der Kopfteil 18 weist einen Deckel 20 auf. Am Boden ist das Tauchrohr 16 durch eine Bodenplatte 22 verschlossen. Der Deckel 20 und die Bodenplatte verschließen das Tauchrohr 16 dicht, so dass die Flüssigkeit 12 nicht ins Innere des Tauchrohrs 16 dringen kann.
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Am Tauchrohr 16 ist außen eine Leiste oder Stange 24 angeordnet, an der wiederum ein Befestigungselement 26 angeordnet ist. Über das Befestigungselement 26 wird das Tauchrohr 16 an der Innenwand des Behälters 14 angeordnet, vorzugsweise verschraubt, vernietet oder geklebt. Denkbar ist auch, dass mehrere Befestigungselemente 26 an der Leiste oder Stange 24 angeordnet sind.
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Über eine Öffnung im Deckel 20 des Tauchrohrs 16 ist eine bevorzugt hohle Stange 28 vertikal beweglich (siehe Pfeil 29) in das Tauchrohr 16 eingeführt. Die Stange 28 dient zum Anordnen mindestens eines kapazitiven Füllstandsensors 30. Die Öffnung des Tauchrohrs 16 zum Einführen der Stange 28 kann z.B. durch einen Dichtring 31 verschlossen werden.
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Der Füllstandsensor 30 ist bevorzugt ein sog. kapazitiver Näherungsschalter. Bei Verwendung eines solchen Füllstandsensors 30 braucht der Füllstandsensor 30 nicht mit der Flüssigkeit 12 in Berührung kommen, so wie es bei dem in das Tauchrohr 16 eingelassenen Füllstandsensor 30 gegeben ist.
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In 1 ist der Füllstandsensor 30 am unteren Ende der Stange 28 angeordnet und könnte in der dargestellten Position einen leeren Behälter 14 detektieren. Ein zweiter Füllstandsensor 30' könnte auch im oberen Bereich des Behälters 14 angeordnet sein und könnte dann auch einen vollen Behälter 14 detektieren. Eine solche Vorrichtung zeigt 2.
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Prinzipiell könnten auch noch mehr Füllstandsensoren 30 an der Stange 28 in unterschiedlichen Höhen angeordnet werden, so dass bei Bedarf eine fein abgestimmte Füllstandsermittlung durchgeführt werden kann.
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In einer bevorzugten Ausführungsform der Vorrichtung 10 sind jedoch mehrere Stangen 28 über den Deckel 20 in das Tauchrohr 16 eingeführt, wobei jede Stange 28 nur einen einzigen Füllstandsensor 30 aufweist. Eine solche Vorrichtung zeigt 3. Ein Benutzer der Vorrichtung 10 kann so durch Herausziehen der Stange 28 aus dem Tauchrohr 16 oder durch Hineinschieben der Stange 28 in das Tauchrohr 16 einen wunschgemäßen, ermittelbaren Füllstand selbst einstellen. Dabei kann z.B. der Dichtring 31 in der Öffnung des Deckels 20 eine Bremswirkung auf die Stange 28 ausüben, so dass die Stange 28 in der jeweils eingestellten vertikalen Position verharrt. Ein Stellring kann ebenfalls zum Arretieren der Stangen 28 dienen. Eine Skala an der Stange 28 kann die gewünschte vertikale Einstellung unterstützen.
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Elektrische Anschlusskabel können vorzugsweise im Hohlraum der Stange 28 geführt werden. Am freien Ende der Stange 28 kann ein elektrisches Steckerelement 32 angeordnet sein, um bspw. die Anschlusskabel in einer einfachen Weise durch eine Steckerverbindung mit einer elektronischen Anzeigevorrichtung zu verbinden.
