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Die Erfindung betrifft einen Verdrängungs-Körper zur Senklot-basierten Füllstandsmessung sowie ein entsprechendes elektromechanisches Füllstandsmessgerät.
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In der Prozessautomatisierungstechnik werden zur Erfassung oder zur Beeinflussung verschiedener Prozessvariablen entsprechende Feldgeräte eingesetzt. Je nach Prozessvariable basiert die Funktionsweise des Feldgerätes auf einem jeweils geeigneten Messprinzip, um die entsprechende Prozessvariable, wie Füllstand, Durchfluss, Druck, Temperatur, pH-Wert, Redoxpotential oder Leitfähigkeit zu erfassen. Verschiedenste Typen solcher Feldgeräte werden von der Firma Endress + Hauser hergestellt und vertrieben.
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Ein bekanntes Messprinzip zur Füllstandsmessung von Füllgütern in Behältern besteht in elektromechanischer Füllstandsmessung nach dem Senklot-Prinzip. Bei diesem Verfahren wird ein Verdrängungs-Körper, der über ein aufwickelbares Seil am Füllstandsmessgerät aufgehängt ist, auf die Füllgut-Oberfläche abgesenkt. Beim Auftreffen auf das Füllgut wird die von der Seiltrommel abgespulte Länge des Seiles ermittelt und der korrespondierende Füllstandswert ausgegeben. Für unterschiedliche Füllgüter werden zweckmäßigerweise Verdrängungs-Körper mit jeweils unterschiedlicher Geometrie bzw. Dichte eingesetzt. Entsprechende Füllstandsmessgeräte, die nach dem Senklot-Prinzip arbeiten, sind unter anderem in den Veröffentlichungsschriften
DE 39 42 239 A1 ,
EP 3191805 A1 ,
DE 195 43 352 A1 , G 70 31 884.2, G 73 29 766.2,
DE 19730196 A1 , sowie
DE 28 53 360 A1 beschrieben.
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Auf Basis elektromechanischer Füllstandsmessung sind Füllstände je nach Art des Füllgutes mit einer Genauigkeit von unter einem Millimeter messbar. Ein Anwendungsgebiet der elektromechanischen Füllstandsmessung nach dem Senklot-Prinzip liegt in der Füllstandmessung von Flüssigkeiten mit sehr geringem Dielektrizitätswert, wie beispielsweise Flüssiggasen, da deren Füllstand mit Radarbasierten Füllstands-Messverfahren nicht zuverlässig erfasst werden kann.
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Regulatorische Vorgaben sowie Anwender-Vorgaben fordern häufig, dass der Verdrängungs-Körper im Falle eines ungewollten Ablösens vom Seil bzw. einem Seilbruch vom Behälter-Boden wiederaufgegriffen werden kann. Hierzu werden entsprechende Magnet-Anordnungen bereitgestellt, die mittels des Seils gen Behälter-Boden abgelassen werden können, um den Verdrängungs-Körper dort wiederaufzunehmen. Dementsprechend ist der äußere Mantel des Verdrängungs-Körpers aus einem magnetischen Material wie Stahl gefertigt. Insbesondere bei flüssigen Füllgütern mit geringer Dichte, beispielsweise bei Flüssig-Gasen, resultiert aus dem hohen Gewicht der Stahl-basierten Wandung hohes Gewicht des Verdrängungs-Körpers, um das erforderliche, hohe Volumen des Verdrängungs-Körper zu erreichen. Dabei kann das hohe Gewicht jedoch die maximal zulässige Seil-Last am Füllstandsmessgerät überschreiten.
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Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen leichten Verdrängungs-Körper zur elektromechanischen Füllstandsmessung bereitzustellen, der auch bei Flüssigkeiten mit geringer Dichte im Bedarfsfall vom Behälterboden wiederaufgenommen werden kann.
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Die Erfindung löst diese Aufgabe durch einen Verdrängungs-Körper für ein elektromechanisches Füllstandsmessgerät, das nach dem Senklot-Prinzip arbeitet und das zur Messung des Füllstandes einer Flüssigkeit in einem Behälter dient. Der Verdrängungs-Körper umfasst folgende Komponenten:
- - Eine Wandung, die
- - einen Innenraum Flüssigkeits-dicht umschließt.
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Erfindungsgemäß zeichnet sich der Verdrängungs-Körper durch einen ferromagnetischen Einsatz aus, der im Innenraum angeordnet ist, wobei die Wandung aus einem Nicht-ferromagnetischen Material gefertigt ist. Vorteilhaft hieran ist, dass der Verdrängungs-Körper durch die Gewichteinsparung an der Wandung insgesamt größer ausgelegt werden kann, ohne dass das Gewicht des Verdrängungs-Körpers hierdurch erhöht wird. Dies erlaubt elektromechanische Füllstandsmessung auch bei Flüssigkeiten mit geringer Dichte, wie Flüssig-Wasserstoff. Dabei ist aufgrund des ferromagnetischen Einsatzes nach wie vor eine Magnet-basierte Bergung des Verdrängungs-Körpers vom Behälter-Boden möglich.
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Im Rahmen der Erfindung kann die Wandung beispielsweise aus einem gasundurchlässigen Kunststoff, insbesondere PTFE, oder einem Verbundwerkstoff gefertigt werden. Alternativ hierzu ist es auch möglich die Wandung aus einem Leichtmetall, insbesondere Aluminimum, Mangan, Magnesium, Titan, oder einer Legierung dieser Metalle zu fertigen. Hierdurch ist es möglich, die Wandung bzw. den Einsatz derart zu bemessen, dass der Verdrängungs-Körper eine Dichte zwischen 70 kg/m3 und 400 kg/m3 bei einem Gewicht von maximal 1 kg, insbesondere weniger als 0,5 kg aufweist. Dabei kann der Einsatz zum Zweck der ferromagnetischen Eigenschaften beispielsweise aus einem Stahl gefertigt sein. In diesem Zusammenhang definiert sich als ferromagnetisches Material jedes Material, dessen magnetische Momente der Atome sich unterhalb der jeweiligen Curie-Temperatur parallel ausrichten lassen.
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Vorteilhaft ist es, wenn der Einsatz zumindest in einem Teilbereich des Innenraums formschlüssig zur Wandung angeordnet ist. Die formschlüssige Auslegung kann beispielsweise erreicht werden, indem der Einsatz einerseits mit einer geringen Wandstärke zwischen 15 µm und 1 mm elastisch verformbar ausgelegt ist und andererseits mit einem mit definierten, geringen Übermaß zur Innenwand bemessen ist. Hierdurch steht der Einsatz im eingebauten Zustand unter leichter Spannung zur Wandung. Vorteilhaft an einer formschlüssigen Auslegung des Einsatzes ist, dass er dadurch im Innenraum zwischen der Wandung starr fixiert ist und die Anziehungs-Kraft an die Manet-Anordnung erhöht wird. Darüber hinaus ist eine vollständige Formschlüssigkeit zur Wandung im Innenraum vorteilhaft für eine etwaige magnetische Bergung des Verdrängungs-Körpers vom Behälter-Bodens, da die magnetische Anziehung des Verdrängungs-Körpers an die Magnet-Anordnung in diesem Fall unabhängig von der Orientierung des Verdrängungs-Körpers am Behälter-Boden ist.
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Mittels des folgenden Verfahrens kann der erfindungsgemäße Verdrängungs-Körper gefertigt werden, wobei als Verfahrensschritte vorgesehen sind:
- - Bereitstellen des Einsatzes,
- - Bereitstellen der Wandung als zwei separate Wandungshälften, die jeweils eine korrespondierende Fügestelle aufweisen,
- - Einsetzen des Einsatzes in den Innenraum zwischen den zwei Wandungshälften, und
- - Verbinden der zwei Wandungshälften an den Fügestellen.
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In diesem Kontext bedeutet der Begriff „Hälfte“ nicht, dass beide Wandungshälften gleich groß sein müssen. Vielmehr bringt dies zum Ausdruck, dass durch das Zusammenfügen beider Wandungshälften die gesamte Wandung ausgebildet wird. Im Rahmen der Erfindung ist es diesbezüglich jedoch auch denkbar, dass die Wandung aus drei oder mehr separaten Wandungsteilen gebildet wird.
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Sofern die Wandung aus einem Leichtmetall gefertigt ist, bietet es sich erfindungsgemäß an, dass die zwei Wandungshälften mittels Elektronenstrahlschweißen verbunden werden. Vorteilhaft am Elektronenstrahlschweiß-Verfahren ist in diesem Zusammenhang, dass es unter Vakuum erfolgt, so dass der Innenraum nach der Fertigung des Körpers mit Vakuum beaufschlagt ist. Hierdurch wird bei tiefen Einsatztemperaturen eine ungewollte Kondensatbildung im Innenraum des Verdrängungs-Körpers vermieden.
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Ein elektromechanisches Füllstandsmessgerät, das zur Messung des Füllstandes einer Flüssigkeit in einem Behälter dient und auf dem erfindungsgemäßen Verdrängungs-Körper basiert, umfasst folgende Komponenten:
- - ein Seil, an dessen ersten Seilende der erfindungsgemäße Verdrängungs-Körper aufgehängt ist,
- - eine Seiltrommel, auf die das zweite Seil über das zweite Seilende zumindest teilweise aufwickelbar ist,
- - eine regelbare Antriebs-Einheit, die ausgelegt ist, die Seiltrommel so zu drehen, dass das Seil mit einer definierten Länge von der Seiltrommel abgewickelt ist,
- - eine Sensor-Einheit, (in der Regel ein Drehmoment-Sensor, der das Drehmoment auf die Rollen-Achse erfasst) die ausgelegt ist, eine resultierende Gewichtskraft, die das Verdränger-Element auf das Seil ausübt, zu messen,
- - Eine Regel-Einheit, die ausgelegt ist, die Antriebseinheit bzw. die Seillänge derart zu steuern, dass die resultierende Gewichtskraft auf einen konstanten, vordefinierten Wert geregelt wird,
- - Eine Auswertungs-Einheit, die ausgelegt ist,
- ◯ um die Länge, mit der das Seil momentan abgewickelt ist, zu ermitteln (beispielsweise mittels eines Inkrementalgebers an der Achse der Seiltrommel), und
- ◯ um anhand der ermitteln Länge den Füllstand zu bestimmen.
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In Bezug zum Füllstandsmessgerät wird unter dem Begriff „Einheit“ im Rahmen der Erfindung prinzipiell jede elektronische Schaltung verstanden, die für den jeweiligen Bestimmungszweck geeignet ausgelegt ist. Es kann sich also je nach Anforderung um eine Analogschaltung zur Erzeugung bzw. Verarbeitung entsprechender analoger Signale handeln. Es kann sich jedoch auch um eine Digitalschaltung wie einem Microcontroller oder um ein Speichermedium in Zusammenwirken mit einem Programm handeln. Dabei ist das Programm ausgelegt, die entsprechenden Verfahrensschritte durchzuführen bzw. die notwendigen Rechenoperationen der jeweiligen Einheit anzuwenden. In diesem Kontext können verschiedene elektronische Einheiten des Füllstandsmessgerätes im Sinne der Erfindung potentiell auch auf einen gemeinsamen physikalischen Speicher zurückgreifen bzw. mittels derselben physikalischen Digitalschaltung betrieben werden.
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Korrespondierend zu dem Füllstandsmessgerät umfasst das Verfahren zur Bestimmung des Füllstandes von Flüssigkeiten in einem Behälter auf Basis des erfindungsgemäßen Verdrängungs-Körpers folgende Verfahrensschritte:
- - Steuerung der Länge des Seils, indem die resultierende Gewichtskraft am Seil auf einen konstanten, vordefinierten Wert geregelt wird. Dabei entspricht der vordefinierte Wert derjenigen Gewichtskraft, die auf das Seil ausgeübt wird, wenn der Verdrängungs-Körper in etwa zur Hälfte in die Flüssigkeit eingetaucht ist,
- - Messung der Länge abgewickelten des Seils, und
- - Bestimmung des Füllstandes anhand der gemessenen Länge des abgewickelten Seils.
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Ein zentraler Vorteil des erfindungsgemäßen Verdrängungs-Körpers besteht, darin, dass dieser nach ungewolltem Lösen vom Seil oder Seilbruch mittels einer Magnet-Anordnung vom Behälter-Boden geborgen werden kann. Als Verfahren zur etwaigen Aufnahme des erfindungsgemäßen Verdrängungs-Körpers vom Boden des Behälters mittels des zuvor beschriebenen Füllstandsmessgerätes können entsprechend folgende Verfahrensschritte durchgeführt werden:
- - Befestigen der Magnet-Anordnung am ersten Ende des Seils,
- - Abwickeln des Seils bis zum Boden des Behälters, so dass der Verdrängungs-Körper an der magnetischen Anordnung anhaftet,
- - Aufwickeln des Seils,
- - Lösen der magnetischen Anordnung vom Seil und Trennen des Verdrängungs-Körpers von der magnetischen Anordnung, sowie
- - Befestigen des Verdrängungs-Körpers am ersten Ende des Seils.
Sofern das Absinken des Verdrängungs-Körpers durch einen Seilbruch verursacht ist, muss vor dem Befestigen der Magnet-Anordnung am ersten Ende des Seils ein intaktes Seil auf die Seiltrommel aufgewickelt werden.
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Anhand der nachfolgenden Figuren wird die Erfindung näher erläutert. Es zeigt:
- 1: Ein elektromechanisches Füllstandsmessgerät an einem Behälter,
- 2: einen erfindungsgemäßer Verdrängungs-Körper, und
- 3: einen ferromagnetischen Einsatz für den erfindungsgemäßen Verdrängungs-Körper.
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Zum grundsätzlichen Verständnis der Erfindung ist in 1 eine typische Anordnung eines elektromechanischen Füllstandsmessgerätes 1 an einem Behälter 3 gezeigt. In dem Behälter 3 befindet sich eine Flüssigkeit 2, dessen Füllstand L durch das Füllstandsmessgerät 1 zu bestimmen ist. Dazu ist das Füllstandsmessgerät 1 oberhalb des maximal zulässigen Füllstands L in einer bekannten Einbauhöhe h an einer Flanschöffnung des Behälters 3 angebracht. Je nach Prozessanlage kann die Einbauhöhe h des Füllstandsmessgerätes 1 über dem Behälterboden bis zu mehr als 100 m betragen. Bei der Flüssigkeit 2 kann es sich um Wasser, Treibstoffe, Flüssig-Gase oder Vergleichbares handeln
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In der Regel ist das Füllstandsmessgerät 1 über eine Schnittstelle, die auf einem entsprechenden Bussystem wie etwa „Ethernet“, „PROFIBUS“, „HART“ oder „Wireless HART“ basiert, mit einer übergeordneten Einheit 4, beispielsweise einem Prozessleitsystem, einer dezentralen Datenbank oder einem Handgerät wie einem Mobilfunkgerät verbindbar. Hierüber können zum einen Informationen über den Betriebszustand des Füllstandsmessgerätes 1 kommuniziert werden. Über die Schnittstelle können jedoch auch weitere Informationen in Bezug zum Füllstand L übermittelt werden.
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Das Wirkprinzip elektromechanischer Füllstandsmessung beruht auf dem Senklot-Prinzip. Das heißt, ein Seil 12, an dessen ersten Seilende ein Verdrängungs-Körper 11 hängt, ist über das zweite Seilende auf einer Seiltrommel aufgewickelt. Dabei hängt der Verdrängungs-Körper 11 im Behälter 3 schwerkraftbedingt gen Flüssigkeit 2 und wirkt somit eine resultierende Gewichtskraft Fres auf das Seil 12 aus. Solange der Verdrängungs-Körper 11 nicht in Kontakt mit der Flüssigkeit 2 steht, entspricht die resultierende Gewichtskraft Fres am Seil 12 dem Eigengewicht des Verdrängungs-Körpers 11. Als Befestigung 114, mit welcher der Verdrängungs-Körper 11 am Seil 12 befestigt ist, umfasst der Verdrängungs-Körper 11, wie in 2 dargestellt, beispielsweise einen sicherbaren Haken und das Seil 12 eine entsprechende Öse.
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Die Seiltrommel wird von einer Antriebs-Einheit angetrieben. Hierdurch kann die Seiltrommel so gedreht werden, dass das Seil 12 von der Seiltrommel auf- oder abgewickelt wird. Dabei erfasst eine Sensor-Einheit die momentan resultierende Gewichtskraft Fres am Seil 12. Ausgelegt werden kann die Sensor-Einheit beispielsweise als Drehmoment-Sensor, der das Drehmoment an der Achse der Seiltrommel misst. Über den bekannten Radius der Seiltrommel kann anhand des gemessenen Drehmomentes wiederum die resultierende Gewichtskraft Fres ermittelt werden. Somit kann beim Ablassen des Verdrängungs-Körpers 11 gen Flüssigkeit 2 von der Sensor-Einheit detektiert werden, sobald sich die Gewichtskraft Fres beim Auftreffen des Verdrängungs-Körpers 11 auf die Flüssigkeits-Oberfläche vermindert.
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Der Verdrängungs-Körper 11 ist so auf die jeweilige Art der Flüssigkeit 2 angepasst, dass die effektive Dichte des Verdrängungs-Körpers 11, also dessen Eigengewicht pro Körpervolumen, leicht höher als die Dichte der Flüssigkeit 2 ist. In der Praxis ist der Verdrängungs-Körper 11 so ausgelegt, dass dessen effektive Dichte ca. das 1,5-Fache bis 6-Fache der Dichte der Flüssigkeit 2 beträgt. Hierdurch schwimmt der Verdrängungs-Körper 11 nicht auf der Oberfläche der Flüssigkeit 2, sondern taucht beim weiteren Abwickeln des Seils 12 von der Seiltrommel in die Flüssigkeit 2 ein. Währenddessen vermindert sich die resultierende Gewichtskraft Fres am Seil weiter bis zum kompletten Untertauchen des Verdrängungs-Körpers 11. Zur Einstellung der zur Flüssigkeit 2 passenden Dichte ist der Verdrängungs-Körper 11 in der Praxis aus einer gasdichten Wandung 111a, 111b aufgebaut, die einen mit Gas oder Vakuum beaufschlagten Innenraum 112 umschließt (vergleiche auch 2). Dabei weist die Wandung 111a, 111b und der Innenraum 113 entlang der Lot-Achse zumindest in einem mittleren Segment in der Regel einen runden Querschnitt in Bezug zur Achse des Seils 12 auf.
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Eine Regel-Einheit des Füllstandsmessgerätes 1 steuert die Antriebs-Einheit der Seiltrommel derart, dass der Verdrängungs-Körper 11 nur in etwa zur Hälfte, also bis zum mittleren Segment in die Flüssigkeit 2 eintaucht. Als Regelgröße hierfür dient der Regel-Einheit der gemessene Wert der resultierenden Gewichtskraft Fres: Wenn die von der Sensor-Einheit gemessene Gewichtskraft Fres kleiner als der bekannte Referenzwert bei halber Eintauchtiefe des Verdrängungs-Körpers 11 in die Flüssigkeit 2 ist, wird der Verdrängungs-Körper 11 angehoben. Wenn die gemessene Gewichtskraft Fres größer als der Referenzwert bei halber Eintauchtiefe ist, steuert die Regel-Einheit die Antriebs-Einheit so, dass der Verdrängungs-Körper 11 abgesenkt wird.
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Diese Art der Regelung bewirkt, dass der Verdrängungs-Körper 11 auch bei sich änderndem Füllstand L immer in etwa bis zur Hälfte in die Flüssigkeit 2 eingetaucht ist. Hierdurch entspricht die Länge d des von der Seiltrommel abgewickelten Seils 12 zu jedem Zeitpunkt dem Abstand d zwischen der Oberseite des Behälters 3, wo das Füllstandsmessgerät 1 befestigt ist, und der Füllgut-Oberfläche. Dementsprechend kann eine Auswertungs-Einheit des Füllstandsmessgerätes 1 gemäß dem mathematischen Zusammenhang L = h - d den Füllstand L bestimmen. Um die Länge d, mit der das Seil 12 momentan abgewickelt ist, zu ermitteln, kann die Auswertungs-Einheit beispielsweise einen an der Achse der Seiltrommel angeordneten Inkrementalgeber umfassen.
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Bei der in 1 dargestellten Variante der elektromechanischen Füllstandsmessung ist der Verdrängungs-Körper 11 frei hängend im Behälter-Inneren aufgehangen. Im Gegensatz hierzu gibt es auch die Variante, bei welcher der Verdrängungs-Körper 11 in einem vertikal verlaufenden Schwallrohr oder Bypass-Rohr des Behälters 3 geführt ist. Vorteilhaft ist eine solchen Auslegung insbesondere dann, wenn die Oberfläche der Flüssigkeit 2 bedingt durch Rührwerke oder Befüll-Vorgänge Wellen schlägt, wodurch der Verdrängungs-Körper 11 am Seil 12 zum Pendeln neigt.
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Für den Fall, dass sich der Verdrängungs-Körper 11 ungewollt vom Seil 12 löst, wird gefordert, dass der auf den Behälter-Boden abgesunkene Verdrängungs-Körper 11 durch das Füllstandsmessgerät 1 wieder geborgen werden kann. Hierzu wird eine entsprechend ausgelegte Magnet-Anordnung am ersten Seilende, an im Regelbetrieb der Verdrängungs-Körper 11 befestigt ist, angeordnet. Korrespondierend hierzu umfasst der Verdrängungs-Körper 11 nach dem Stand der Technik eine Wandung aus einem ferromagnetischen Material, in der Regel einem Stahl. Hierdurch kann der Verdrängungs-Körper 11 vom Boden des Behälters wiederaufgenommen werden, indem die Magnet-Anordnung am Seil 12 gen Behälter-Boden abgelassen wird. Da der Verdrängungs-Körper 11 schwerkraft-bedingt senkrecht unterhalb des Füllstandsmessgerätes 1 liegt, haftet er magnetisch am Magnet-Körper an, sobald die Magnet-Anordnung den Behälter-Boden erreicht. Durch anschließendes Einziehen des Seils 12 kann der Verdrängungs-Körper 11 somit wieder über die Flüssigkeits-Oberfläche bzw. zum Füllstandsmessgerät 1 geholt werden. Hier kann die Magnet-Anordnung vom Seil 12 gelöst werden und der Verdrängungs-Körper 11 von der Magnet-Anordnung getrennt werden, so dass der Verdrängungs-Körper 11 wieder am ersten Ende des Seils 12 befestigt werden kann.
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Um dem Flüssigkeits-Druck bzw. einem etwaigen Gas-Überdruck im Behälter 3 standzuhalten, ist die stahlförmige Wandung 111a, 111b mit einer entsprechend dicken Stärke auszulegen. Bei der in 2 gezeigten Ausführungsvariante ist zur zusätzlichen Stabilisierung des Verdrängungs-Körpers 11 gegen Überdrücke von außen im Innenraum 112 außerdem ein durchgehender Steg 115 in Verlängerung der Seil-Achse angebracht. Dieser kann aus demselben Material wie die Wandung 111a, 111b gefertigt sein. Darüber hinaus muss der Verdrängungs-Körper 11 bzw. dessen Innenraum 112 aufgrund des resultierenden Eigen-Gewichtes der Wandung 111, 111b und des Stegs 115 mit einem entsprechend großen Volumen konzipiert werden, damit der Verdrängungs-Körper 11 eine zur Flüssigkeit 2 passende Dichte aufweist. Für Wasser (103 kg/m3) oder Flüssigkeiten mit einer höheren Dichte ergibt sich daher ein Volumen des Verdrängungs-Körpers 11 von ca. 0,13 Liter bei einem Eigen-Gewicht von ungefähr 0,25 kg. Insbesondere, wenn die Flüssigkeit 2 jedoch eine geringe Dichte aufweist, wie es beispielsweise bei flüssigem Wasserstoff mit einer Dichte von lediglich ca. 70 kg/m3 der Fall ist, muss der Verdrängungs-Körper 11 mit einem deutlich höheren Volumen konzipiert werden. Nachteilhaft ist dies vor allem bei elektromechanischer Füllstandsmessung bei einer Flüssigkeit 2 mit geringer Dichte, da der Verdrängungs-Körper 11 in diesem Fall mit einem hohen Eigengewicht ausgelegt werden muss und somit die maximal zulässige Seil-Last am Füllstandsmessgerät 1 überschreiten kann.
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Damit der Verdrängungs-Körper 11 auch bei Flüssigkeiten 2 mit geringen Dichten einsetzbar ist, ohne hierzu ein Eigengewicht von mehr als 1 kg aufzuweisen zu müssen, ist die Wandung 111a, 111b erfindungsgemäß daher aus einem Nicht-ferromagnetischen Material, wie einem Leichtmetall oder einem Kunststoff bzw. einem Verbundwerkstoff mit hoher mechanischer Stabilität wie Kohlefaser oder Aramid gefertigt. Um dennoch magnetisch anziehend zu wirken, ist in dem Innenraum 112, der von der Wandung 111a, 111b gasdicht umschlossen wird, ein ferromagnetischer Einsatz 113 angeordnet. Dargestellt ist eine entsprechende Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verdrängungs-Körpers 11 in 2. Vorteilhaft ist hieran insbesondere, dass der Einsatz 113 im Gegensatz zur Wandung 111a, 111b nicht zwangsweise mechanische Stabilität gegenüber dem Flüssigkeitsdruck bewirken muss, sondern mit einer deutlich geringeren Wandstärke, insbesondere im Bereich zwischen 15 µm und 1 mm ausgelegt werden kann. Hierdurch kann die Dichte des Verdrängungs-Körpers 11 an die Anforderungen Flüssig-Wasserstoff-basierter Füllstandsmessung angepasst werden. Gleichzeitig können das Gewicht bzw. das Volumen des Verdrängungs-Körpers 11 in einem vertretbaren Rahmen unterhalb von 0,5 kg.
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Bei der in 2 und 3 gezeigten Ausführungsvariante des erfindungsgemäßen Verdrängungs-Körpers 11 liegt der Einsatz 113 bis auf eine Aussparung 116 unter der Seil-Befestigung 114 im gesamten Innenraum an formschlüssig an der Wandung 111a, 111b an. Dies hat den Vorteil, dass es unwesentlich ist, mit welcher Orientierung der gegebenenfalls vom Seil 11 gelöste Verdrängungs-Körper 11 am Behälter-Boden liegt, um von der Magnet-Anordnung erfasst werden zu können. Die formschlüssige Auslegung hat weiterhin den Vorteil, dass der ferromagnetische Einsatz 113 hierdurch fest im Innenraum 112 fixiert ist.
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Das formschlüssige Anliegen des Einsatzes 113 kann beispielsweise erreicht werden, indem der Einsatz 113 in Bezug zum Innenraum 112 mit einem definierten, geringen Übermaß gefertigt wird. Eingesetzt werden kann der Einsatz 113 in den Innenraum 112 bei der Fertigung des Verdrängungs-Körpers 11 beispielsweise, indem die Wandung 111a, 111b im Ausgangszustand zweiteilig, also bestehend aus zwei separaten Wandungshälften 111a, 111b bereitgestellt wird. Dabei weisen die beiden Wandungshälften 111a, 111bjeweils eine korrespondierende Fügestelle 111cauf, an der die Wandungshälften 111a, 111b nach Einsetzen des Einsatzes 113 miteinander verbunden werden. Bei der in 2 gezeigten Ausführungsform der Wandungshälften 111a, 111b des Verdrängungs-Körpers 11 verlaufen die Fügestellen 111corthogonal zur Achse des Seils 12 im Behälter 3.
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Sofern die zwei Wandungshälften 111a, 111b aus einem Leichtmetall gefertigt sind, bietet es sich im Rahmen der Erfindung insbesondere Elektronenstrahlverschweißen der Fügestelle 111c als Verbindungs-Technologie an, da dieses Verfahren unter Vakuum erfolgt. Somit ist der Innenraum 112 nach Fertigung des Verdrängungs-Körpers 11 mit dem entsprechenden Vakuum beaufschlagt. Dies hat den Vorteil, dass sich auch bei Tieftemperaturanwendungen wie beispielsweise der Flüssigwasserstoff-Füllstandsmessung (ca. - 253° C) kein Kondensat im Innenraum 112 des Verdrängungs-Körpers 11 bildet.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Füllstandsmessgerät
- 2
- Flüssigkeit
- 3
- Behälter
- 4
- Übergeordnete Einheit
- 11
- Verdrängungs-Körper
- 12
- Seil
- 111
- Wandung
- 112
- Innenraum
- 113
- Einsatz
- 114
- Befestigung
- 115
- Steg
- 116
- Aussparung
- d
- Länge des abgewickelten Seils
- Fres
- Resultierende Gewichtskraft am Seil
- h
- Einbauhöhe
- L
- Füllstand
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 3942239 A1 [0003]
- EP 3191805 A1 [0003]
- DE 19543352 A1 [0003]
- DE 19730196 A1 [0003]
- DE 2853360 A1 [0003]
