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Die Erfindung betrifft eine Pulverbeschichtungsvorrichtung mit in einem Behälter aufgenommenem Pulver und mit einer unter diesem angeordneten Luftzuführvorrichtung zum Erzeugen einer Pulverwolke, in der das zu beschichtende Bauteil positioniert wird, sowie mit mindestens einem Füllstandsfühler, der einen bei einem Beschichtungsvorgang von der Pulverwolke bewegten Schwimmer aufweist.
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Eine Pulverbeschichtungsvorrichtung dieser Art ist in der
DE 10 2007 030 266 B4 angegeben. Diese bekannte Pulverbeschichtungsvorrichtung weist in einem Behälter aufgenommenes Pulver und eine unter diesem angeordnete Luftzuführvorrichtung zum Erzeugen einer Pulverwolke auf, in der das zu beschichtende Bauteil positioniert wird, sowie mindestens einen Füllstandsfühler. Dabei umfasst der Füllstandsfühler einen von der Pulverwolke bewegten, an einem Faden aufgehängten Schwimmer, wobei der Faden in der Weise steif ausgebildet und gelagert ist, so dass er vermittels des Schwimmers auch mit seinem von dem Schwimmer abgelegenen oberen Endabschnitt vertikal auslenkbar ist, und wobei der obere Endabschnitt in einer Sensoreinheit angeordnet ist, die zum Ansprechen auf die Vertikalauslenkung ausgebildet ist. Nachteilig bei dieser Erfindung erscheint ebenfalls deren Anfälligkeit gegen Verschmutzung und ein damit einhergehender erhöhter Wartungsaufwand.
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Eine weitere Pulverbeschichtungsvorrichtung ist in der
US 3 921 574 A angegeben. Auch diese Pulverbeschichtungsvorrichtung weist einen Behälter auf, in dem Pulver zur Beschichtung von Bauteilen aufgenommen ist, wobei durch von unten durch das Pulvervolumen geleitete Luft eine Pulverwolke gebildet ist, der das Bauteil zur Beschichtung ausgesetzt wird. Zum Überwachen, ob genügend Pulver in dem Behälter vorhanden ist, ist ein Füllstandsfühler vorgesehen, der sich in einem sogenannten vertikalen Korridor in der Nähe einer Pulverzuführung, jedoch etwas abseits des eigentlichen Beschichtungsbereichs befindet. Dadurch kann das eigentliche Pulverniveau im Beschichtungsbereich von dem Pulverniveau in dem Erfassungsbereich abweichen, zumal der Beschichtungsbereich deutlich höher liegt als der Niveauerfassungsbereich durch die Sensoreinrichtung. Die Sensoreinrichtung weist eine Schwimmerkugel auf, die an einem seitlichen horizontal aus einem Körper und einer klammerartigen Halterung herausragenden kurzen Drahtfinger angebracht ist. An der klammerartigen Halterung sind auf deren von der Kugel abgelegenen Seite Luftsteuerleitungen angeordnet, die wohl mit der Füllstandserfassung zu tun haben, wobei aber die Wirkungsweise wie auch die Wirkungsweise des übrigen Sensors nicht näher erläutert ist. Bei dieser Ausbildung und Positionierung des Füllstandsfühlers im unmittelbaren Bereich des Pulvermaterials können sich leicht Störungen ergeben, wenn dabei keine speziellen Vorkehrungen, wie Kapselungen oder dgl. getroffen sind.
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Auch eine weitere, als bekannt angenommene, Pulverbeschichtungsvorrichtung dient zum Beschichten von Bauteilen in einem Pulverbad. Hierzu ist in einem Behälter ein entsprechendes Pulver eingebracht, das mittels von unten zugeführter Luft aufgewirbelt und damit fluidisiert wird, wodurch eine Pulverwolke in dem Behälter entsteht, in der ein erwärmtes Bauteil zum Beschichten mit dem Pulver positioniert wird. Um den Pulverpegel und damit die Pulverwolke möglichst konstant zu halten, wird in einer automatischen Anlage automatisch Pulver nachgefüllt, um verbrauchtes Pulver zu ersetzen. Ein konstanter Pulverpegel und damit eine gleich bleibende Pulverwolke sind wichtig, um gleich bleibende Qualität der Bauteilbeschichtung zu erreichen. Zum Konstanthalten des Pulverpegels sind in dem Behälter Füllstandsfühler angeordnet, die z. B. mittels Ultraschall oder Infrarotstrahlung arbeiten. Durch das sich festsetzende Pulver ist es bei solchen Vorrichtungen jedoch schwierig, eine genaue Erfassung des Pulverpegels sicherzustellen. Infolge der Störanfälligkeit sind aufwändige Reinigungsmaßnahmen und Nachjustierungen mit entsprechendem Wartungsaufwand erforderlich. Zudem kann es bei Wellenbildung an der Pegeloberfläche zu Fehlschaltungen kommen.
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Die
US 2003/0217596 A zeigt eine Füllstandssensoreinrichtung für in einem Behälter gespeichertes partikelförmiges Material, wobei ein vertikales Seil gegebenenfalls beschwert mit einem Zusatzgewicht in das gespeicherte Material reicht und ein Gewicht aufweist, das eine Last an einer Messzelle bildet. Durch den Auftrieb des Materials in dem Behälter verringert sich die Last des Kabels gegebenenfalls mit dem Zusatzgewicht, wodurch die Lastmesszelle ein entsprechendes Signal abgibt. Eine derartige Vorrichtung mit schwerem Seil und Gewicht ist für eine Füllstandsmessung in einer Pulverbeschichtungsvorrichtung mit Pulverwolke praktisch kaum geeignet.
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Bei einer in der
EP 1 426 157 A1 offenbarten weiteren Füllstandsmesseinrichtung ist zum Erfassen des Füllstands pulverförmigen Materials in einem Behälter eine Füllstandssensoreinrichtung mit einem sehr leichtgewichtigen Schwimmer in Form einer dünnen rechteckförmigen Platte aus Schaummaterial vorhanden, die über einen hängenden Faden aus weichem flexiblen Kevlar an einem horizontalen Hebel eines oberhalb des Behälters zentral angeordneten Schalters angebunden ist. Zwischen dem Schaltergehäuse und der Oberseite eines Behälterdeckels ist ein Verbindungszylinder angeordnet, durch den der Faden geführt ist. Der horizontale Schalthebel wird dabei mittels einer Feder in eine obere Schwenklage gebracht, wenn das Pulverniveau in dem Behälter steigt, und schwenkt in seine untere Schwenklage durch das Gewicht des Aufhängfadens und des Schwimmers. Auch ein derartiger Aufbau mit relativ großflächiger Platte und an einem Schalterarm befestigten Faden ist bei einer Pulverbeschichtungsvorrichtung mit Pulverwolke in Folge dabei auftretender zufällig wechselnder Laständerungen im Schwimmerbereich wenig geeignet.
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Eine weitere Sensoreinrichtung zum Erfassen des Füllstandes eines in einem Behälter befindlichen Pulvermaterials ist in der
JP H07-62643 A gezeigt. Hierbei ist ein Schwimmer hängend an einem flexiblen Draht angebracht, der auf eine Wickeltrommel aufgewickelt wird, wobei die aufgewickelte Länge des Drahtes zum Feststellen des Füllstandes detektiert wird. Auch eine derartige Sensoreinrichtung ist von ihrer Funktion her und wegen der Gefahr der Verschmutzung für eine Pulverwolken-Beschichtungsvorrichtung nicht gut geeignet.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Pulverbeschichtungsvorrichtung bereitzustellen, die eine zuverlässige Erfassung des Pulverpegels bei geringem Wartungsaufwand ermöglicht.
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Diese Aufgabe wird mit den Merkmalen des Anspruches 1 gelöst. Hierbei ist vorgesehen, dass der Füllstandsfühler eine käfigförmige oben und unten begrenzte Aufnahmekammer aufweist, in welcher der Schwimmer unter Wirkung der Pulverwolke bezüglich der Schwerkraftrichtung vertikal über einen begrenzten Weg nach oben und unten bewegbar ist, wobei an der Aufnahmekammer eine Sensoreinheit angeordnet und eine vertikale Position des Schwimmers während seiner Bewegung mittels der Sensoreinheit erfassbar ist, und dass der Schwimmer eine geringere Dichte als die Pulverwolke aufweist und in einer solchen Höhe mit der Aufnahmekammer in dem Behälter positioniert ist, dass ein vorgegebener Füllstandspegel des Pulvers in dem Behälter feststellbar ist.
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Durch diesen Aufbau des mindestens einen Füllstandsfühlers erfolgt die Erfassung der Schwimmerauslenkung mittels der Sensoreinheit auch bei längerem Betrieb weitgehend ungestört. Der Schwimmer kann sich in der Aufnahmekammer praktisch frei nach oben und unten bewegen, wobei durch die Bewegung des Schwimmers gleichzeitig eine Reinigung des Schwimmers und der Aufnahmekammer vorgenommen wird. Dabei entsteht insbesondere auch durch die drehende Bewegung des vorzugsweise als Kugel (Ball) ausgebildeten Schwimmers in der Luftströmung ein Selbstreinigungseffekt.
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Weitere Verbesserungen ergeben sich aus den Merkmalen der Unteransprüche. In einer für den Betrieb der Vorrichtung vorteilhaften Ausgestaltung weist die Aufnahmekammer ein Käfigoberteil und/oder ein Käfigunterteil auf. Ist dabei in dem Käfigoberteil eine Öffnung vorgesehen, können elektromagnetische Wellen, wie z. B. Lichtwellen bzw. IR-Strahlen oder Ultraschallwellen geeigneter Wellenlänge, ungehindert durch die Öffnung in den Messbereich des Sensors eindringen. Alternativ oder zusätzlich kann in dem Käfigoberteil und/oder Käfigunterteil z. B. eine mechanische Schaltvorrichtung des Sensors oder ein anderes Sensorelement für die Signalerzeugung eingebaut sein. Durch die Öffnung im Käfigunterteil kann sich die Pulverwolke auch von unten in die Aufnahmekammer hinein ausbreiten.
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In einer weiteren für den Betrieb und den Aufbau der Vorrichtung vorteilhaften Ausgestaltung weist die Aufnahmekammer zwischen dem Käfigoberteil und Käfigunterteil stabförmige Verbindungselemente auf, wodurch die Pulverwolke ungehindert in den Messbereich des Sensors eindringen kann.
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In einer für den Betrieb und die Funktion weiteren vorteilhaften Ausgestaltung weist das Käfigoberteil und/oder das Käfigunterteil mindestens einer Öffnung auf, wodurch für die elektromagnetischen Wellen des Sensors und/oder die Pulverwolke ein ungehinderter Kontakt des Schwimmers ermöglicht wird.
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In einer weiteren für den Betrieb der Vorrichtung vorteilhaften Ausgestaltung ist die Sensoreinheit in oder oberhalb der Öffnung des Käfigoberteils angeordnet, wodurch elektromagnetische Wellen des Sensors ungehindert in den Messbereich des Sensors eindringen können.
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Bei einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung arbeitet die Sensoreinheit basierend auf elektromagnetischen Wellen, z. B. mit Lichtschranke oder reflektorisch, wodurch der Schwimmer materialunabhängig detektiert werden kann.
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Bei einer für den Betrieb der Vorrichtung vorteilhaften Ausgestaltung arbeitet die Sensoreinheit mit Ultraschallwellen und/oder im Infrarotbereich, wodurch der Schwimmer ebenfalls sicher detektiert werden kann.
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In einer für den Betrieb und die Funktion weiteren vorteilhaften Ausgestaltung besitzt der Schwimmer die Form einer Kugel und weist ein Material auf, welches das Kugelvolumen teilweise oder vollständig ausfüllt, wodurch der Schwimmer problemlos auf die Dichte der Pulverwolke abgestimmt werden kann.
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Bei einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung ist der Füllstandsfühler mittels eines höhenverstellbaren Halters an einer Behälterwandung oder an einem Behälteroberteil angebracht, wodurch der Füllstandsfühler für eine Messung optimal in der Pulverwolke platziert und eine durchschnittliche Höhe der Pulverwolke sicher ermittelt werden kann.
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In einer für den Aufbau und den Betrieb weiteren vorteilhaften Ausgestaltung sind mindestens zwei Füllstandsfühler in unterschiedlichen Höhen in der Pulverwolke angeordnet, wodurch die Füllstandsfühler für eine Messung optimal in der Pulverwolke derart platziert sind, dass eine durchschnittliche Höhe der Pulverwolke sicher ermittelt und die Höhe der Pulverwolke bedarfsweise optimal nachgeregelt werden kann.
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Zu einer zuverlässigen Erfassung des Pulverpegels tragen ferner die Maßnahmen bei, dass zum Feststellen des Füllstandspegels eine Auswerteeinheit und eine Steuereinrichtung vorhanden ist, in der von der Sensoreinheit gelieferte Ausgangssignale verarbeitbar und auswertbar sind. Durch die Kopplung der Auswerteeinheit und der Steuereinrichtung mit einer Pulverzuführvorrichtung kann, mittels der durch die Auswerteeinheit ermittelten Werte, der Pulverpegel mittels der Steuereinrichtung durch die Pulverzuführvorrichtung nachgeregelt werden.
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Verschiedene vorteilhafte Vorgehensweisen für die Erfassung des Pulverpegels bestehen darin, dass die Auswerteeinheit und Steuereinrichtung zur Auswertung von Momentanwerten/Amplitudenwerten und/oder zeitlichen Signalmustern und/oder statistischen Signalanalysen ausgebildet ist.
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Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher erläutert.
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Es zeigen:
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1 zeigt eine seitliche Ansicht einer ersten Ausführungsform einer Pulverbeschichtungsvorrichtung,
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2 zeigt eine Teilansicht einer zweiten Ausführungsform der Vorrichtung,
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3 zeigt eine perspektivische Ansicht einer ersten Ausführungsform eines Füllstandsfühlers der Vorrichtung,
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4 zeigt eine perspektivische Ansicht einer zweiten Ausführungsform des Füllstandsfühlers,
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5 zeigt eine perspektivische Ansicht Käfigunterteils des Füllstandsfühlers.
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Die 1 zeigt eine Pulverbeschichtungsvorrichtung mit einem Behälter 1, in den Pulver 2 eingefüllt ist. Im unteren Bereich unterhalb des Pulvers 2 wird durch entsprechende (nicht gezeigte) Strömungsöffnungen unterhalb der Pulverlage 21 mittels einer Luftzuführvorrichtung 3 Luft zugeführt, wodurch das Pulver 2 oberhalb der Pulverlage 21 fluidisiert (Pulverfluidisierung 22) wird und eine Pulverwolke 23 entsteht, in der das zu beschichtende, erwärmte Bauteil positioniert wird. Um den Pulverpegel konstant zu halten und eine gleich bleibende Qualität der Beschichtung des Bauteils sicherzustellen, wird der Pulverpegel mittels Füllstandsfühler 4, 4' erfasst, wobei ein erster Füllstandsfühler 4 für einen oberen Pulver- bzw. Füllstandspegel und ein zweiter Füllstandsfühler 4' gezeigt sind, die beispielsweise zum Erfassen eines oberen und unteren Pulver- bzw. Füllstandspegels genutzt werden. Die Füllstandsfühler 4, 4' geben entsprechende Signale für den oberen bzw. unteren Pulverpegel an eine Auswerteeinheit und Steuereinrichtung 50 über Anschlussdrähte 45 oder alternativ drahtlos ab. Die Auswerteeinheit und insbesondere die Steuereinrichtung 50 steht ausgangsseitig mit einer Pulverzuführvorrichtung 60 in Verbindung, um diese anzusprechen. Ist so viel Pulver verbraucht, dass der untere Füllstandspegel erreicht wird, wird auf ein entsprechendes Signal der Auswerteeinheit und Steuereinrichtung 50 mittels der Pulverzuführvorrichtung 60 so lange bzw. so viel Pulver zugeführt, bis wieder der obere Füllstandspegel erreicht ist, wonach die Pulverzuführvorrichtung mittels der Auswerteeinheit und Steuereinrichtung 50 abgeschaltet wird. Die Auswerteeinheit kann dabei einen in die Steuereinrichtung 50 baulich integrierten Teil bilden oder einen separaten Teil darstellen, der funktionsmäßig mit der Steuereinrichtung 50 in Verbindung gebracht ist. Sie kann z. B. ganz oder teilweise in dem Füllstandsfühler 4, 4' bzw. einer Sensoreinheit 44 angeordnet sein.
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2 zeigt eine Teilansicht einer Pulverbeschichtungsvorrichtung, bei der beispielhaft lediglich ein Füllstandsfühler 4, 4' mittig an einem Behälteroberteil 11 angebracht ist, wodurch der Füllstand ebenfalls problemlos ermittelt werden kann. Ist dabei das Behälteroberteil 11 z. B. ein abnehmbarer Deckel, ist der Behälterinnenraum nach Abnahme des Deckels ungehindert zugänglich. Die Anordnung im Deckel bietet auch Vorteile für Aufbau und Wartung.
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Die wesentliche Besonderheit der Pulverbeschichtungsvorrichtung liegt in der Ausbildung der Füllstandsfühler 4, 4' mit einer Aufnahmekammer 5. Die 3 und 4 zeigen zwei unterschiedliche Ausführungsformen der käfigförmigen Aufnahmekammer 5, bei denen jeweils zwischen einem Käfigoberteil 48 und Käfigunterteil 49 z. B. drei oder vier stabförmige Verbindungselemente 42 angeordnet sind. Die Anzahl der Verbindungselemente kann auch größer als vier sein. Der bei dem Ausführungsbeispiel nach 2 an einem Oberteil 11 oder nach 1 an der Wandung 12 des Behälters 1 mittels Halter 46 angebrachte und im Inneren des Behälters angeordnete mindestens eine Füllstandsfühler 4, 4' weist einen kugelförmigen Schwimmer 41 mit einem Material geringerer Dichte als die Pulverwolke 2 auf, der im Inneren der durch die Verbindungselemente 42 und das Käfigoberteil 48 und Käfigunterteil 49 gebildeten Aufnahmekammer bzw. des Käfigs unterhalb der darüber angeordneten Sensoreinheit 44 aufgenommen ist, so dass er bei entsprechendem Pulverpegel auf der Pulverwolke 2 zum Erfassen des Pulverpegels quasi aufschwimmt. Die Sensoreinheit arbeitet dabei basierend z. B. auf Ultraschallwellen und/oder Infrarotstrahlung, so dass die Lage des sich im Käfig auf- und abwärtsbewegenden Schwimmers 41 sicher erfasst werden kann. Die Lage bzw. Vertikalbewegung des Schwimmers 41 wird in der Sensoreinheit 44 erfasst und z. B. in der Weise mittels der Auswerteeinheit und Steuereinrichtung 50 umgesetzt, dass beim Erreichen einer vorgegebenen oder vorgebbaren oberen Schwelle eines Pulverpegels ein Abschalten der Pulverzuführung über die Pulverzuführvorrichtung 60 und beim Erreichen einer vorgegebenen oder vorgebbaren unteren Schwelle eines Pulverpegels ein Einschalten der Pulverzuführung erfolgt.
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Zur Erfassung des Pulverpegels werden die durch den Schwimmer 41 in der Sensoreinheit 44 ausgelösten Signale in Ausgangssignale der Sensoreinheit 44 gewandelt und der Auswerteeinheit und Steuereinrichtung 50 zur Verarbeitung bzw. Auswertung zugeführt, um daraus den jeweiligen Pulverpegel zu bestimmen. Die Auswertung kann dabei basierend auf Momentanwerten/Amplitudenwerten und/oder zeitlichen Signalverläufen und/oder auf der Basis statistischer Methoden erfolgen. Durch die Auswerte- und Steuereinrichtung 50 können beispielsweise ein zeitlicher Mittelwert, eine Standardabweichung oder Varianz, Korrelationen, eine Amplitude, eine Signaländerung, eine Geschwindigkeit der Signaländerung und/oder weitere relevante Daten überwacht, berechnet bzw. ausgewertet werden. Insbesondere können durch die Auswerteeinheit und Steuereinrichtung 50 Vorgabewerte und/oder durch Vorversuche ermittelte Werte mit den oben genannten Werten verglichen werden.
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Durch die Bewegung des Schwimmers 41 im Käfig wird gleichzeitig eine Reinigung des Schwimmers 41 und der Käfigelemente 42, 48, 49 von eventuell darauf abgesetzten Pulver bewirkt. Insbesondere durch die Kugelform des Schwimmers 41 wird durch die Luftströmung in der Pulverwolke eine ständige Rotation bewirkt, die vorteilhaft eine Selbstreinigung ergibt. Im nicht durch die Pulverwolke 23 angehobenen Ruhezustand ist z. B. bei einer Ausführung mit zwei Füllstandsfühlern 4, 4', der obere Schwimmer 41 des ersten Füllstandsfühlers 4 um einen bestimmten Abstand höher positioniert als der untere Schwimmer des zweiten Füllstandsfühlers 4', so dass eine sichere Funktion und Qualität der Pulverbeschichtung sichergestellt sind. Die Höhe des unteren und/oder oberen Schwimmers 41 kann über an dem Halter 46 angebrachte Justiermittel 47 eingestellt werden. Als Justiermittel 47 kommt z. B. eine verstellbare Schraubverbindung oder eine verstellbare Klemmverbindung in Frage. Der Halter 46 ist so ausgebildet, dass er mit einem, beispielsweise hakenartigen, oberen Abschnitt an einem Oberteil 11 oder am oberen Rand 12 des Behälters 1 befestig- oder einhängbar ist.
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Wie bei dem Ausführungsbeispiel nach 5 zu sehen, weist das Käfigoberteil 48 eine Öffnung 40 auf, durch die die elektromagnetischen Wellen der Sensoreinheit 44 ungehindert in den Messbereich im Inneren des Käfigs eindringen können. Weiterhin weist auch das Käfigunterteil 49 eine Öffnung 43 auf, durch die, ebenso wie durch die Räume zwischen den Verbindungselementen 42, die Pulverwolke ungehindert eindringen kann.
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Um eine genauere Regelung des Pulverpegels zu erreichen, können auch noch mehr Füllstandsfühler des genannten Aufbaus in gleicher oder unterschiedlicher Höhe wie der genannte erste oder zweite Füllstandsfühler 4, 4' vorgesehen sein, deren Ausgangssignale der Auswerteeinheit zur Verarbeitung und Auswertung zugeführt werden. Auch ist alternativ ein Aufbau möglich, bei dem der untere und der obere Füllstandspegel mittels eines einzigen Füllstandsfühlers 4 erfasst werden, wobei die Sensoreinheit 44 z. B. zwei Erfassungsstufen, eine für den unteren und eine für den oberen Pulverpegel aufweist, und eine dafür ausgelegte Auswertung in der Auswerteeinheit erfolgt.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102007030266 B4 [0002]
- US 3921574 A [0003]
- US 2003/0217596 A [0005]
- EP 1426157 A1 [0006]
- JP 07-62643 A [0007]
- GB 918953 A [0008]
- DE 3905236 A1 [0008]
- DE 8600032 U1 [0008]
