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Die Erfindung betrifft eine Antennen-Einheit für ein Radar-basiertes Füllstandsmessgerät der Prozessautomatisierung, welches zur Messung und Überwachung des Füllstandes eines in einem Prozessraum eines Behälters befindlichen Füllguts bestimmt ist
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In der Automatisierungstechnik, insbesondere in der Prozessautomatisierungstechnik, werden vielfach Feldgeräte eingesetzt, die zur Erfassung und/oder Beeinflussung von Prozessvariablen dienen. Zur Erfassung von Prozessvariablen dienen Sensoren, die beispielsweise in Füllstandsmessgeräten, Durchflussmessgeräten, Druck- und Temperaturmessgeräten, pH-Redoxpotential-Messgeräten, Leitfähigkeitsmessgeräten, usw. integriert sind, welche die entsprechenden Prozessvariablen Füllstand, Durchfluss, Druck, Temperatur, pH-Wert, Redoxpotential bzw. Leitfähigkeit erfassen. Zur Beeinflussung von Prozessvariablen dienen Aktoren, wie zum Beispiel Ventile oder Pumpen, über die der Durchfluss einer Flüssigkeit in einem Rohrleitungsabschnitt bzw. der Füllstand in einem Behälter geändert werden kann. Als Feldgeräte werden im Prinzip diejenigen Geräte bezeichnet, die prozessnah eingesetzt werden und die prozessrelevante Informationen liefern oder verarbeiten. Im Zusammenhang mit der Erfindung werden unter Feldgeräten also auch Remote I/Os, Funkadapter bzw. allgemein elektronische Komponenten verstanden, die auf der Feldebene angeordnet sind. Eine Vielzahl solcher Feldgeräte wird von der Firma Endress + Hauser hergestellt und vertrieben.
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Zur Füllstandsmessung von Füllgütern haben sich berührungslose Messverfahren etabliert, da sie robust und wartungsarm sind. Ein weiterer Vorteil dieser Messverfahren besteht in der Fähigkeit, stufenlos messen zu können. Hier haben sich speziell Ultraschall- und Radar-basierte Füllstands-Messverfahren durchgesetzt.
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Vor allem Ultraschall-basierte Füllstands-Messverfahren, die nach dem Laufzeitprinzip arbeiten, zeichnen sich durch eine hohe Robustheit und günstige Herstellungskosten aus. Allerdings kann bei Ultraschall-basierten Füllstands-Messverfahren aufgrund der starken Temperaturabhängigkeit der Ausbreitungs-Geschwindigkeit des Schalls keine solch hohe Messgenauigkeit erreicht werden, wie es bei Radar-basierten Verfahren der Fall ist. In der Regel ist diese Beschränkung der Messgenauigkeit bei Füllstandsmessungen jedoch nicht kritisch, da hier oftmals die Genauigkeit schon durch das Füllgut selbst eingeschränkt ist, beispielsweise durch Schaum- oder Wellenbildung bei Flüssigkeiten oder zerklüftete Oberflächen bei festem Schüttgut.
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Bei bestimmten Anwendungen hingegen ist eine sehr hohe Messgenauigkeit erwünscht, wie z. B. bei Füllstandsmessungen in Tankanlagen der Öl- und Gas-Industrie. Daher wird bei Anwendungen, die solch erhöhte Messgenauigkeit verlangen, vorzugsweise auf Radar-basierte Füllstands-Messverfahren zurückgegriffen. Die Geräte, die in diesem Bereich eingesetzt werden, können sowohl auf dem Puls-Radar Verfahren, also nach dem Laufzeit-Prinzip, als auch auf dem FMCW („Frequency Modulated Continous Wave“) Verfahren beruhen. Des Weiteren können sie als frei abstrahlendes Radar oder auch als geführtes Radar ausgeführt sein. Frei abstrahlende Radar-basierte Füllstandsmessgeräte werden durch Endress + Hauser beispielsweise unter der Produktlinie „Micropilot“ vertrieben
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Neben ausreichender Messgenauigkeit müssen Füllstandsmessgeräte weitere Vorgaben erfüllen. So muss das Füllstandsmessgerät je nach Messumgebung hermetisch vom Prozessraum des Behälters, in dem das Füllgut gelagert ist, abgeschlossen sein. Dies ist zum Beispiel bei Prozessen in der Lebensmittel- oder Pharma-Industrie relevant, da hier sehr sterile Prozessumgebungen gefordert sind.
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Weitere Vorgaben an Füllstandsmessgeräte gibt es auch im Bereich des Explosionsschutzes. So kann es vorkommen, dass im Prozessraum des Behälters entzündbare Atmosphäre vorherrscht, beispielsweise wenn es sich bei dem Füllgut um Kraftstoff oder staubhaltige Schüttgüter handelt. Die in diesen Bereich fallenden Vorgaben lassen sich in verschiedene Zündschutzarten unterteilen, sie sind unter anderem in der Normenreihe EN 60079 festgelegt.
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Die genannten Vorgaben sind insbesondere für die Antennen-Einheit des Füllstandsmessgerätes von Bedeutung, da sie diejenige Komponente des Füllstandsmessgerätes ist, die mit dem Prozessraum des Behälters in Verbindung steht.
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Aus dem Stand der Technik sind bereits eine Reihe von Maßnahmen hinsichtlich der Antennen-Einheit von Radar-basierten Füllstandsmessgeräten bekannt, die zur Einhaltung der oben genannten Vorgaben dienen. So ist in der Offenlegungsschrift
DE 10 2012 103 493 A1 ein Füllstandsmessgerät mit einer Hornantenne beschrieben, bei dem das hohle Antennen-Innere der Hornantenne mehrere konstruktive Prozesstrennungen aufweist. Dadurch ist der Prozessraumraum des Behälters zum Zweck des Explosionsschutzes von der Verarbeitungseinheit des Füllstandsmessgerätes getrennt. Das Füllstandsmessgerät in der genannten Schrift ist derart konstruiert, dass sich die Hornantenne nach Einbau innerhalb des Prozessraums des Behälters befindet.
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Neben Füllstandsmessgeräten, bei denen sich die Antennen-Einheit innerhalb des Prozessraums des Behälters befindet, gibt es auch Lösungen, bei denen die Antennen-Einheit außerhalb des Prozessraums angeordnet ist. Diese Variante der Anordnung hat für die Antennen-Einheit den Vorteil, dass sie weniger anfällig gegenüber Ablagerungen des Füllgutes ist und dadurch die Abstrahlcharakteristik der Antenne dementsprechend weniger beeinflusst wird. Bei solchen Varianten wird in der Regel ein Hohlleiter als Antenne verwendet, dessen Hohlraum zum Erlangen der gewünschten Abstrahl-Charakteristik eine konische Aufweitung aufweist.
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Bei solch einer Variante hat es sich etabliert, dass in den Hohlleiter zusätzlich ein Füllkörper eingesetzt ist. Dabei umfasst der Füllkörper ein Dichtungselement, wodurch der Hohlleiter zum Prozessraum hin hermetisch abgedichtet ist. Somit werden Ablagerungen im Hohlleiter, die vom Füllgut im Prozessraum abstammen, vermieden.
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Eine auf diesem Aufbau basierende Antennen-Einheit ist in
DE 10 2006 062 223 A1 beschrieben. Die dort beschriebene Antennen-Einheit umfasst einen Füllkörper, der hinsichtlich seiner Formgebung und seiner Materialeigenschaften derart ausgelegt ist, dass die Abstrahlcharakteristik der Antennen-Einheit durch den Füllkörper positiv beeinflusst wird.
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Ein Füllstandsmessgerät, dessen Antennen-Einheit im befestigten Zustand hauptsächlich außerhalb des Prozessraums angeordnet ist, und deren Inneres durch einen Füllkörper geschützt ist, wird in
US 2013 / 0 099 989 A1 beschrieben. Dabei umfassen der Füllkörper und das Innere der Antennen-Einheit korrespondierende Vertiefungen zum abschließenden Abdichten des Antennen-Inneren mit Vergussmasse.
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Ein weiteres Füllstandsmessgerät, bei dem das Innere der Antennen-Einheit durch einen Füllkörper geschützt ist, wird in
EP 2 184 807 A1 beschrieben. In diesem Fall ist im Inneren der Antennen-Einheit in Bezug zum Prozessraum hinter dem Füllkörper aus Explosionsschutzgründen zusätzlich ein hermetisch dichtendes Mikrowellenfenster vorgesehen.
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In
US 2009 / 0 212 996 A1 ist wiederum ein Füllstandsmessgerät beschrieben, deren Antennen-Einheit im Inneren durch einen Füllkörper geschützt ist. Dabei sind das Innere der Antennen-Einheit und der Füllkörper mit derartigen Spaltmaßen zueinander ausgelegt, um etwaige thermische Ausdehnungen kompensieren zu können.
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Die europäische Veröffentlichungsschrift
EP 2172 749 A1 betrifft ein Radar-basiertes Füllstandsmessgerät mit einem scheibenförmigen Füllkörper, welcher zusätzlich mit einem Sicherungsring in Form des Sprengrings fixiert ist.
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Ein Füllstandsmessgerät, bei dem Inneren der Antennen-Einheit ein keramischer Körper zur hermetischen Abdichtung angeordnet ist, wird in
DE 199 50 429 A1 offenbart. Dabei sind an entsprechender Stelle im Inneren der Antennen-Einheit Nuten ausgebildet, um thermische Spannungen bzw. Brüche beim Einschrumpfen der Keramik zu verhindern.
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Ein in die Antennen-Einheit eingesetzter Füllkörper ist jedoch bei der Fertigung der Antennen-Einheit problematisch, denn beim Einsetzen des hermetisch abdichtenden Füllkörpers entsteht im Hohlraum des Hohlleiters ein Überdruck. Insbesondere bei sehr kompakten Hohlleitern mit nur geringen Abmessungen, wie es bei Füllstandsmessgeräten mit höherer Arbeitsfrequenz der Fall ist, kann es zu einem sehr hohen Überdruck kommen. Hierdurch wird die Fixierung des Füllkörpers erheblich erschwert, wenn nicht sogar unmöglich. Die Schaffung einer Druckausgleichsleitung aus dem Hohlraum des Hohlleiters heraus ist jedoch nicht möglich, da hierdurch die hermetische Abdichtung sowie die Konformität zu Explosionsschutzbestimmungen verloren geht. Gleichzeitig kann der Hohlraum des Hohlleiters nicht willkürlich vergrößert werden, denn dies kann zu einer erheblichen Beeinträchtigung der Radar-Signal-Führung und der Abstrahlcharakteristik der Antennen-Einheit führen.
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Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Antennen-Einheit mit einem Füllkörper für ein Radar-basiertes Füllstandsmessgerät der Prozessautomatisierung bereitzustellen, welche bei der Fertigung vereinfacht montiert werden kann, ohne das hieraus anderweitige Nachteile für die Antennen-Einheit entstehen.
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Die Erfindung löst diese Aufgabe durch eine Antennen-Einheit für ein Radar-basiertes Füllstandsmessgerät der Prozessautomatisierung, welches zur Messung und Überwachung des Füllstandes eines in einem Prozessraum eines Behälters befindlichen Füllguts bestimmt ist. Hierzu umfasst die erfindungsgemäße Antennen-Einheit
- - einen Hohlleiter mit einem entlang einer Symmetrie-Achse verlaufenden ersten Hohlraum, wobei der erste Hohlraum ein Anfangssegment mit einem längs der Symmetrie-Achse konstanten Querschnitt und mit einem hermetisch abgedichteten Anfangsbereich umfasst. Außerdem umfasst der erste Hohlraum ein sich an das Anfangssegment anschließendes Zwischensegment, welches sich ausgehend vom Anfangssegment entlang der Symmetrie-Achse in einem vorbestimmten Winkel aufweitet. Der erste Hohlraum umfasst hierbei auch ein zum Prozessraum hin geöffnetes Endsegment mit einem Querschnitt, welches sich an das Zwischensegment anschließt.
Des Weiteren umfasst die erfindungsgemäße Antennen-Einheit
- - einen in den ersten Hohlraum einsetzbaren Füllkörper zum Abdichten des ersten Hohlraums gegenüber dem Prozessraum,
wobei der Füllkörper zumindest ein in Bezug zur Symmetrie-Achse radial und/oder axial abdichtendes Dichtungselement umfasst.
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Die erfindungsgemäße Antennen-Einheit ist dadurch gekennzeichnet, dass der Hohlleiter zumindest einen zweiten Hohlraum aufweist, welcher sich in Bezug zur Symmetrie-Achse zwischen dem zumindest einem Dichtungselement und dem Anfangssegment an das Endsegment und/oder das Zwischensegment anschließt und derart dimensioniert ist, so dass beim Einsetzen des Füllkörpers Überdruck im ersten Hohlraum vermindert wird.
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Durch die erfindungsgemäße Anordnung des zweiten Hohlraums innerhalb des Hohlleiters wird dieser vom Füllkörper auch im eingesetzten Zustand nicht ausgefüllt. Bei entsprechender Dimensionierung trägt der zweite Hohlraum also einerseits zu einer Reduzierung des Überdrucks beim Einsetzten des Füllkörpers bei. Zum anderen wirkt er sich durch seine Anordnung am Zwischensegment und/oder dem Endsegment nicht störend auf die Abstrahlungseigenschaften des Hohlleiters aus, da der zweite Hohlraum nicht an das Anfangssegment angrenzt und somit dieses für die Erzeugung der Radar-Signale empfindliche Segment nicht beeinträchtigt.
Die erfindungsgemäße Antennen-Einheit ist nicht auf ein spezielles Messprinzip beschränkt und kann also für Füllstandsmessgeräte, die nach dem Laufzeitmessverfahren oder auch nach dem FMCW Verfahren arbeiten, eingesetzt werden. Allerdings ist die Geometrie des ersten Hohlraums vor allem im Hinblick auf die verwendete Radar-Frequenz auszulegen und bietet sich insbesondere für die hohen Radar-Frequenzen des FMCW-basierten Messverfahrens an. FMCW-basierte Füllstandsmessgeräte arbeiten standardmäßig in sehr hoch liegenden Frequenzbändern im Bereich von 77 GHz, wobei sich das Frequenzband über in etwa 4 GHz erstreckt. Nach dem Laufzeitmessverfahren arbeitende Füllstandsmessgeräte arbeiten in der Regel bei tieferen Sendefrequenzen im Bereich von 6 GHz oder 26 GHz.
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Erfindungsgemäß ist der Füllkörper derart geformt ist, dass sich der Füllkörper 11 im Zwischensegment 9 formschlüssig zu diesem zu einer Spitze verjüngt. Solch eine Geometrie erhöht die Einkopplung der Radar-Signale in den Füllkörper, wodurch die Abstrahlungscharakteristik der Antennen-Einheit verbessert werden kann. Weiterhin ist das Endsegment erfindungsgemäß derart dimensioniert, dass der Querschnitt des Endsegments größer als ein durch den Winkel resultierender Abstrahlkegel der Antennen-Einheit ist und somit nicht in den vom Winkel bestimmten Abstrahlkegel hineinragt. Dies dient zur Verbesserung der Abstrahlungscharakteristik.
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Eine vorteilhafte Ausgestaltung der Antennen-Einheit sieht vor, dass der zweite Hohlraum derart dimensioniert ist, dass sich beim Einbau des Füllkörpers innerhalb des zumindest zweiten Hohlraums ein Überdruck von maximal 3 Bar einstellt. Hierdurch wird sichergestellt, dass die aufzubringende Kraft beim einetzten des Füllkörpers auf handhabbare Werte begrenzt wird.
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Vorzugsweise weisen das Anfangssegment, das Zwischensegment und das Endsegment runde Querschnitte auf, wobei es sich bei dem zumindest einen Dichtungselement um einen O-Ring oder einen X-Ring handelt. Auch diese begünstigte Ausführungsform dient zur Verbesserung der Abstrahlungseigenschaften. Darüber hinaus sind runde Querschnitte Fertigungstechnisch vergleichsweise einfach zu realisieren, beispielsweise durch Bohr- oder Dreh-Verfahren.
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In einer Variante der erfindungsgemäßen Antennen-Einheit schließt sich der zumindest zweite Hohlraum in Bezug zur Symmetrie-Achse axial an das Endsegment und/oder das Zwischensegment an.
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Alternativ zur letztgenannten Variante schließt sich der zumindest zweite Hohlraum in Bezug zur Symmetrie-Achse radialsymmetrisch an das Endsegment und/oder das Zwischensegment an. Beide Varianten haben unterschiedliche Vorteile bezüglich der Fertigung. Je nach Dimensionierung des Hohlkörpers kann eine der beiden Varianten vorteilhaft für eine kompaktere Auslegung des Hohlleiters sein.
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Bezüglich der Abstrahlcharakteristik der Antennen-Einheit ist es von Vorteil, wenn der Füllkörper aus einem dielektrischen Material mit einer geringen Dielektrizitätskonstante, insbesondere PTFE, PEEK, PFA oder PP gefertigt ist. Neben diesen Kunststoffen ist es jedoch auch denkbar, Keramikwerkstoffe mit entsprechenden Eigenschaften einzusetzen.
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Ebenso ist es für die Abstrahlcharakteristik der Antennen-Einheit von Vorteil, wenn die Aufweitung des Zwischensegments einen Winkel von etwa 20 Grad aufweist. Diese Geometrie ist insbesondere vorteilhaft bei Füllstandsmessgeräten, die auf dem FMCW-basierten Messverfahren im 77 GHz-Bereich arbeiten.
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Eine Weiterbildung der Antennen-Einheit sieht vor, dass der Füllkörper im Hohlleiter durch einen Sicherungsring fixiert ist, wobei der Sicherungsring in Bezug zur Symmetrie-Achse konzentrisch unterhalb des Dichtungselements angeordnet ist. Hierfür weisen der Füllkörper und der Hohlleiter entsprechende Nuten auf. Mit dieser Maßnahme kann sichergestellt werden, dass, sobald der Füllkörper in den Hohlleiter eingesetzt ist, dieser sowohl beim Transport als auch im späteren Mess-Betrieb am Hohlleiter fixiert ist.
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Des Weiteren wird die Aufgabe der Erfindung gelöst durch ein Radar-basiertes Füllstandsmessgerät der Prozessautomatisierung zur Messung des Füllstandes eines in einem Behälter befindlichen Füllguts. Hierbei umfasst das Füllstandsmessgerät eine erfindungsgemäße Antennen-Einheit nach zumindest einem der vorhergehend beschriebenen Ausgestaltungsformen. Des Weiteren umfasst das Füllstandsmessgerät eine Verarbeitungseinheit. Die Antennen-Einheit ist derart ausgerichtet am Behälter angebracht, dass die Symmetrie-Achse in etwa orthogonal zur Oberfläche des Füllguts verläuft.
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Eine vorteilhafte Ausgestaltungsform des Füllstandsmessgerätes sieht vor, dass das Füllstandsmessgerät nach dem FMCW-Prinzip arbeitet, wobei sich die Sende-Frequenz in einem Frequenzband zwischen 75,5 GHz von 79,5 GHz befindet.
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Im Hinblick auf Explosionsschutz-Vorgaben ist es vorteilhaft, wenn die Antennen-Einheit und die Verarbeitungseinheit durch eine im Anfangsbereich angebrachte Prozesstrennung, die insbesondere aus einem Glaskörper oder einem Keramikkörper gefertigt ist, hermetisch voneinander abgedichtet sind. Die Vorteile dieser Ausführung der Prozesstrennung liegen darin, dass solch eine Prozesstrennung zum einen eine hinreichende mechanische Stabilität aufweist. Zum anderen wird jedoch die Erzeugung der Radar-Signale nicht negativ beeinflusst.
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Anhand der nachfolgenden Figuren wird die Erfindung erläutert. Es zeigt:
- 1: Eine schematische Darstellung eines an einem Behälter angeordneten Füllstandsmessgerätes,
- 2: eine Schnittansicht eines erfindungsgemäßen Hohlleiters mit einem axial anschließenden zweiten Hohlraum,
- 3: eine Schnittansicht einer erfindungsgemäßen Antennen-Einheit mit einem axial anschließenden zweiten Hohlraum,
- 4: eine Schnittansicht einer erfindungsgemäßen Antennen-Einheit mit einem radial anschließenden zweiten Hohlraum.
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1 zeigt eine typische Anwendung einer erfindungsgemäßen Antennen-Einheit 2 als Teil eines Radar-basierten Füllstandsmessgerätes 1.
Es zeigt die Anordnung des Füllstandsmessgerätes 1 an einem Behälter 3, der einen Prozessraum 14 umfasst. In dem Prozessraum 14 befindet sich ein Füllgut 4, dessen Füllstand zu bestimmen ist. Das Füllstandsmessgerät 1 ist oberhalb des Füllguts 4 angeordnet und derart in Richtung des Prozessraums 14 ausgerichtet, dass es Radar-Signale entlang einer Symmetrie-Achse 6 in etwa senkrecht zur Oberfläche des Füllguts 4 aussendet und deren durch Reflektion an der Oberfläche verursachten Echo-Signale empfängt. In der gezeigten Darstellung befindet sich die Antennen-Einheit 2 außerhalb des Prozessraums 14. Zur Erzeugung der Radar-Signale sowie zur Auswertung und Bestimmung des Füllstands anhand der Radar-Signale umfasst das Füllstandsmessgerät 1 des Weiteren eine Verarbeitungseinheit 15. Bei dem Typ der Radar-Signale kann es sich um Radar-Pulse gemäß dem LaufzeitVerfahren, oder um ein kontinuierliches Signal nach dem FMCW-Verfahren handeln.
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Die weiteren Figuren zeigen die erfindungsgemäße Antennen-Einheit 2 im Detail.
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In 2 ist ein erfindungsgemäßer Hohlleiter 5, welcher den Kern der Antennen-Einheit 2 bildet, in einer Schnittansicht gezeigt. Zum besseren Verständnis des erfindungsgemäßen Hohlleiters 5 ist die zweite Komponente der Antennen-Einheit 2, ein Füllkörper 11, der zum Einsatz in den Hohlleiter 5 gedacht ist, in dieser Figur nicht dargestellt.
Die Funktion des Hohlleiters 5 als Sende- und Empfangselement für die hochfrequenten Radar-Signale wird durch einen ersten Hohlraum 7, 9,10 ermöglicht. Der erste Hohlraum 7, 9,10 verläuft entlang der Symmetrie-Achse 6 innerhalb des Hohlleiters 5 und gliedert sich in drei Segmente: Ein Anfangssegment 7, ein Zwischensegment 9 und ein Endsegment 10, wobei das Anfangssegment 7 durch eine Prozesstrennung 8 zur Verarbeitungseinheit 15 hin abgeschlossen wird. Hierbei bestimmt die Dimensionierung der drei Segmente 7, 9, 10 die Abstrahl- und Empfangseigenschaften des Hohlleiters 5.
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Über das Anfangssegment 7, welches entlang der Symmetrie-Achse 6 einen konstanten Auerschnitt QA aufweist, werden zum einen hochfrequente elektrische Signale von der Verarbeitungseinheit 15 eingekoppelt und in Radar-Signale umgewandelt. Zum anderen werden hier die eintreffenden Echo-Signale wieder in hochfrequente elektrische Empfangs-Signale umgewandelt und können somit von der Verarbeitungseinheit 15 ausgewertet werden. Hierbei sind die Geometrie des Querschnitts QA und die Länge des Anfangssegments 7 ausschlaggebend für die richtige Ausprägung des Radar-Signals bezüglich ihrer Moden.
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An das Anfangssegment 7 schließt sich das Zwischensegment 9 an und weitet sich entlang der Symmetrie-Achse 6 in einem vorbestimmten Winkel α auf. Der Winkel α bestimmt hierbei den resultierenden Abstrahlkegel, mit dem die Radar-Signale in den Prozessraum 14 abgestrahlt werden.
An das Zwischensegment 9 schließt sich das Endsegment 10 an. Es dient primär zur Aufnahme des Füllkörpers 11 und ist zum Prozessraum 14 hin geöffnet. Der Querschnitt QE des Endsegments ist in der in 2 gezeigten Darstellung größer als der durch den Winkel α resultierende Abstrahlkegel. Hierdurch erstreckt sich der Hohlleiter 5 nicht in den Abstrahlkegel des Zwischensegments 9 hinein. Dies begünstigt die Abstrahlung der Radar-Signale in den Prozessraum. Je nach verwendeter Radar-Frequenz und je nach Messprinzip, also Laufzeitmessverfahren oder FMCW, hat der Hohlleiter unterschiedliche Abmessungen. Hin zu hohen Radar-Frequenzen, also im Bereich von 77 GHz liegt die Abmessung der Querschnitte QA, QE nur noch im Bereich einiger Millimeter. Die Form des Querschnitts QA, QE des ersten Hohlraums ist in 1 nicht ersichtlich. Sie kann beispielsweise rechteckig oder elliptisch sein. Aus Gründen der optimalen Einkopplung und zur optimalen Abstrahlung der Radar-Signale ist jedoch ein runder Querschnitt QA, QE vorzuziehen.
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Erfindungsgemäß grenzt ein zweiter Hohlraum 13 an das Endsegment 10 und/oder das Zwischensegment 9 an und stellt dadurch zusätzliches Hohlvolumen bereit. In der in 2 gezeigten Ausführung grenzt der zweite Hohlraum 13 in Bezug zur Symmetrie-Achse 6 axial an das Endsegment 10 an. Durch das zusätzliche Hohlvolumen des zweiten Hohlraums 13 wird beim Einsatz des Füllkörpers 11 in den ersten Hohlraum 7, 9, 10 eine Reduktion des Überdrucks innerhalb des Hohlleiters 5 bewirkt, so dass der Füllkörper 11 beim Zusammenbau der Antennen-Einheit 2 mit vermindertem Aufwand über das Endsegment 10 eingesetzt werden kann.
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Die Schnittansicht der kompletten Antennen-Einheit 2, also dem Hohlleiter 5 mitsamt dem eingesetzten Füllkörper 11, ist in 3 gezeigt. Der Füllkörper umfasst ein radial dichtendes Dichtungselement 12, welches den ersten Hohlraum 7, 9, 10 und den zweiten Hohlraum 13 hermetisch vom Prozessraum 14 abtrennt. Alternativ zu der radialen Abdichtung wäre es auch denkbar, das Dichtungselement 12 derart anzubringen, dass eine axiale Abdichtung erreicht wird. Um die Abstrahlcharakteristik des Hohlleiters 5 möglichst nicht zu beeinträchtigen, beziehungsweise sogar zu verbessern, ist der Füllkörper 11 derart geformt, dass sich der Füllkörper 11 im Zwischensegment 9 formschlüssig zu diesem zu einer Spitze verjüngt.
Des Weiteren weist der Füllkörper 11 auf der zum Prozessraum 14 gewandten Seite eine linsenförmige Ausbuchtung auf. Die Ausbuchtung hat die Funktion einer fokussierenden Linse, sie bündelt die vom Hohlleiter 5 ausgehenden Radar-Signale sowie die von der Oberfläche des Füllguts 4 reflektierten Echo-Signale.
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In 4 ist ebenfalls eine Schnittansicht der kompletten Antennen-Einheit 2 dargestellt. Die in 4 gezeigte Ausführungsvariante der Antennen-Einheit 2 unterscheidet sich dadurch von der in 3 gezeigten Variante, dass der zweite Hohlraum 13 nicht axial, sondern radial an das Endsegment 10 anschließt. Eine Kombination dieser beiden Ausführungsvarianten, also ein axial angrenzender sowie ein zusätzlicher radial angrenzender zweiter Hohlraum 13 wäre ebenso denkbar und bewirkt eine weitere Vergrößerung des Hohlvolumens.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Füllstandsmessgerät
- 2
- Antennen-Einheit
- 3
- Behälter
- 4
- Füllgut
- 5
- Hohlleiter
- 6
- Symmetrie-Achse
- 7
- Anfangssegment
- 8
- Prozesstrennung
- 9
- Zwischensegment
- 10
- Endsegment
- 11
- Füllkörper
- 12
- Dichtungselement
- 13
- Zweiter Hohlraum
- 14
- Prozessraum
- 15
- Verarbeitungseinheit
- α
- Winkel der Aufweitung
- QA
- Querschnitt des Anfangssegments
- QE
- Querschnitt des Endsegments
