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Die Erfindung betrifft ein Radarmessgerät gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Insbesondere betrifft die Erfindung ein Radarfüllstandmessgerät, mittels welchem Füllstände in einem Innenraum eines Behälters gemessen werden können. Ferner betrifft die Erfindung auch eine Anordnung eines solchen Radarmessgeräts an einem Behälter mit einer flexibel ausgebildeten Wand.
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Füllstandmessanordnungen zum Bestimmen und/oder Überwachen eines Füllstandes in einem Behälter sind in verschiedener Ausgestaltung bekannt. Radarfüllstandmessvorrichtungen, beispielsweise nach dem Laufzeitprinzip arbeitende Füllstandmessgeräte, emittieren elektromagnetische Strahlungspulse einer bestimmten Wellenlänge und detektieren dann den zeitlichen Verlauf der rückreflektierten elektromagnetischen Strahlung als Echokurve. Dabei werden unter anderem Reflexionen an der Oberfläche der zu messenden Flüssigkeit bzw. des in dem Behälter eingefüllten Füllguts detektiert, Die Reflexionen ergeben in der Summe ein Signal, das zeitabhängig gemessen wird und als zeitabhängige Echokurve mit meist mehreren Maxima detektiert und dargestellt wird. Aus dem Verlauf dieser Echokurve soll dann die Füllhöhe des in dem Behälter befindlichen Füllguts bestimmt werden.
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Zur Messung eines Füllstandes in einem Behälter werden die Radarmessgeräte üblicherweise in dem Behälterdeckel oder einer dafür vorgesehenen Behälteröffnung angebracht. Im Falle eines Kunststoffbehälters, welcher aus einem für elektromagnetische Strahlung im entsprechenden Frequenzbereich transparenten Material (bspw. aus HD-PE) besteht, ist auch eine Messung durch die Behälterwandung hindurch denkbar. Die Wand des Behälters ist in der Regel flexibel ausgebildet und verformt sich in Abhängigkeit des Füllstandes in dem Behälter. Alternativ erfolgt die Befestigung an einem unebenen Untergrund. Die Befestigung kann unter anderem mittels Kleben erfolgen. Insbesondere bei aufgeklebten Radarmessgeräten kann es dann dazu kommen, dass sich ein an einer unebenen, wie gewölbten oder gewellten Wand befestigtes Radarmessgerät durch die Verformung der Wand lockert oder löst. Es kommt somit zu einer Verfälschung der Messergebnisse oder sogar zu einem kompletten Ausfall der Messung.
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Davon ausgehend ist es die zugrundeliegende Aufgabe der Erfindung, ein Radarmessgerät sowie eine Anordnung eines Radarmessgeräts an einem Behälter zur Verfügung zu stellen, mittels welchen eine sichere und langlebige Anbindung an einen unebenen oder sich mit der Zeit leicht verformenden Untergrund ermöglicht wird.
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Die Aufgabe wird gelöst durch ein Radarmessgerät nach Anspruch 1, sowie durch eine Anordnung nach Anspruch 10. Vorteilhafte Ausführungen sind in den Unteransprüchen offenbart.
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Ein erfindungsgemäßes Radarmessgerät bzw. ein erfindungsgemäßes Radarfüllstandmessgerät umfasst mindestens einen Sender zur Emission von elektromagnetischen Wellen mindestens einer Wellenlänge. Die Wellen werden von dem Sender im Wesentlichen in der Hauptemissionsrichtung E emittiert. Bei dem Sender kann es sich um einen Radarchip mit mindestens einem integrierten Primärstrahler handeln. Alternativ kann auch eine separate Patch- oder Hornantenne vorgesehen sein. Des Weiteren umfasst das erfindungsgemäße Radarfüllstandmessgerät mindestens einen Empfänger für die zurück reflektierten elektromagnetischen Wellen. Sender und Empfänger können auch als kombinierte Sende-/ Empfangseinheit ausgebildet sein.
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Der mindestens eine Sender ist in einem Gehäuse angeordnet, wobei das Gehäuse zumindest in einem Teilbereich (Hauptemissionsrichtung bzw. Hauptempfangsrichtung) elastisch verformbar ausgebildet ist. Insbesondere umgibt das Gehäuse den mindestens einen Sender/Empfänger und etwaige elektronische Komponenten vollständig und umfasst ein oder mehrere umlaufende Seitenwände. Das Gehäuse bildet insbesondere einen mechanischen Schutz für den Sender/Empfänger und ist vorzugsweise derart dichtend ausgebildet, dass keine Feuchtigkeit oder Flüssigkeit in das Gehäuseinnere gelangt. Mit elastisch verformbar wird vorliegend ein Teilbereich des Gehäuses bezeichnet, welcher nach einer Verformung wieder in seinen ursprünglichen Ausgangszustand bringbar ist. Durch einen Teilbereich des Gehäuses, welcher elastisch verformbar ist, kann sich das Gehäuse des erfindungsgemäßen Radarmessgeräts in diesem Teilbereich weitestgehend an einen unebenen Untergrund, wie beispielsweise eine sich wölbende oder wellende Wand anpassen und damit besonders stabil an dieser Wand befestigt werden. Es wird vermieden, dass sich das Radarmessgerät aufgrund zu hoher Biegesteifigkeit des Gehäuses von der Wand teilweise oder ganz löst. Die Ausbildung eines zumindest teilweise elastisch verformbaren Gehäuses ist besonders für Radarmessgeräte von Vorteil, welche mit ihren Gehäusen auf eine flexible Wand geklebt werden. Es wird insbesondere verhindert, dass sich das Gehäuse teilweise von der Klebeschicht löst und Wasser zwischen das Gehäuse und die Wand eindringen kann, was eine Ursache für Fehlmessungen ist.
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Ein Radarmessgerät, welches zur Füllstandsmessung für einen Behälter eingesetzt wird, wird in der Regel derart an einer Wand des Behälters befestigt, dass die Messung von oben auf die Oberfläche des Füllguts erfolgt. Das Radarmessgerät wird insbesondere außen an der Behälterwand oberhalb des Füllguts angeordnet. Die Behälterwandung verformt bzw. wölbt sich je nach Füllstand/Behälterdruck/Temperatur. Das Radarmessgerät weist vorzugsweise einen Teilbereich in Form einer Gehäusewand auf, welche ausgehend vom Sender in Hauptemissionsrichtung liegt und elastisch verformbar ausgebildet ist. Das Radarmessgerät wird insbesondere derart oberhalb des Behälters angeordnet, dass das Gehäuse mit dieser Gehäusewand an der Außenseite der Behälterwand anliegt.
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Die elastisch verformbare Gehäusewand ist insbesondere aus einem für die emittierten und empfangen elektromagnetischen Wellen transparenten Werkstoff, wie beispielsweise aus einem Kunststoff, beispielsweise Polyethylen, Polypropylen oder dergleichen.
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Vorzugsweise sind die weiteren Bestandteile des Gehäuses, wie weitere Seitenwände und eine Rückwand, sowie eine etwaige Halterung zur Anbindung des Senders biegesteifer ausgebildet und bilden die Verbindung zwischen der elastisch verformbaren Gehäusewand und dem Sender. Damit ist das übrige Gehäuse stabil gegenüber einwirkenden Kräften und die Position des Senders in dem Gehäuse kann möglichst gut bewahrt werden.
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Zur Fokussierung und Bündelung der emittierten und/oder empfangenen elektromagnetischen Strahlung kann die in Hauptemissionsrichtung angeordnete, elastisch verformbare Gehäusewand eine Linse aufweisen. Dabei kann die Linse selbst elastisch verformbar ausgebildet sein. Insbesondere kann die Linse aus einem gelartigen, dielektrischen Material ausgebildet sein, welches sich mit der Verformung der Gehäusewand verformt.
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Alternativ dazu ist die Linse starr ausgebildet und mittels elastisch verformbarer Mittel mit der flexiblen Gehäusewand verbunden. Als elastisch verformbare Mittel können beispielsweise faltbare und/oder ziehharmonikaartige Strukturen vorgesehen sein, welche sich bei einer Verformung der Gehäusewand verlängern oder verkürzen.
Vorzugsweise ist die Linse einstückig an der elastisch verformbaren Gehäusewand ausgebildet bzw. in diese integriert. Mit anderen Worten bildet die elastisch verformbare Gehäusewand eine Linse.
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In einer praktischen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Radarmessgeräts handelt es sich bei der Linse um eine Fresnel-Linse. Dabei sind in der flexiblen Gehäusewand konzentrisch angeordnete ringförmige Strukturen ausgebildet, die eine Bündelung der elektromagnetischen Wellen bewirken. Fresnel-Linsen haben den Vorteil, dass sie gegenüber einer herkömmlichen Linse mit identischer Brennweite eine reduzierte Dicke und ein reduziertes Gewicht aufweisen, dadurch können sie hier besonders flexibel ausgelegt werden. Die Gehäusewand kann dabei eine einer Fresnel-Linse entsprechende Oberflächenstruktur aufweisen. Insbesondere ist die Fresnel-Linse auf der Innenseite der Gehäusewand vorgesehen. Um eine möglichst gleichmäßige Abstrahlcharakteristik der emittierten Wellen zu erzielen, kann es sich bei der Fresnel-Linse um eine plankonvexe Linse handeln, wobei die plane Seite der Gehäusewand zugewandt ist.
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Alternativ kann als Linse ein diffraktives optisches Element (DOE) vorgesehen sein. Dabei werden insbesondere auf die Gehäusewand verschiedene Mikrostrukturen aufgebracht, welche durch unterschiedliche optische Weglängen der Teilstrahlen der elektromagnetischen Wellen eine Fokussierung der ausgesendeten Wellen bewirken können. Auch hier kann die Gehäusewand selbst mit Mikrostrukturen versehen sein, insbesondere ist die Innenseite der Gehäusewand mit den Mikrostrukturen versehen.
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In einer weiteren praktischen Ausführungsform ist der elastisch verformbare Teilbereich des Gehäuses, insbesondere die Gehäusewand, in unbelasteten Zustand konvex gekrümmt. Das heißt, der Teilbereich ist in einem mittleren Bereich gegenüber den äußeren Enden ausgelenkt. Insbesondere ist der Teilbereich nach außen gewölbt. Die maximale Auslenkung beträgt insbesondere zwischen 0,1 mm bis 5 mm und bevorzugt 0,1 mm bis 3 mm. Mit einem unbelasteten Zustand ist dabei ein Zustand vor der Anbindung des Radarmessgeräts an eine Wand gemeint oder auch ein Zustand, in welchem keine Kräfte auf den Teilbereich wirken. Durch eine konvexe Ausbildung des elastisch verformbaren Teilbereichs wird eine Anbindung an eine flexible Wand erleichtert. Insbesondere wenn die Anbindung mittels Verkleben erfolgt, wird eine möglichst vollflächige Anlage des verformbaren Teilbereichs mit der Klebeschicht ermöglicht und der Einschluss von Luftblasen vermieden.
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Weiterhin kann die nach innen weisende Seite des elastisch verformbaren Teilbereichs und vorzugsweise der in Hauptemissionsrichtung E angeordneten Gehäusewand eine flexible, dielektrische Anpassungsschicht aufweisen. Die dielektrische Anpassungsschicht dient dazu, Reflexionen an der Gehäusewand zu vermeiden.
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In einer weiteren praktischen Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Radarmessgeräts ist der elastisch verformbare Teilbereich des Gehäuses und insbesondere die elastisch verformbare Gehäusewand in Richtung des Gehäuseinneren nur maximal so weit auslenkbar, dass diese den mindestens einen Sender nicht berührt. Damit soll vermieden werden, dass der Sender bei einer Verformung der Gehäusewand mit der Gehäusewand in Kontakt gerät und dabei beschädigt wird. Falls eine Berührung zugelassen sein soll, so kann ist der elastisch verformbar ausgebildete Teilbereich in Bereichen mit möglichen Berührungspunkten besonders flexibel oder aus einem besonders weichen Material ausgebildet sein.
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Die Erfindung betrifft auch eine Anordnung eines wie vorstehend beschriebenen Radarmessgeräts an einem befüllbaren Behälter. Der befüllbare Behälter weist eine zu dem Radarmessgerät weisende, mitunter nicht plane und insbesondere verformbare bzw. flexible Wand auf, an welcher das Gehäuse des Radarmessgeräts mit der elastisch verformbaren Gehäusewand angeordnet ist.
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In Bezug auf die Vorteile der Anordnung wird auf die vorstehende Beschreibung verwiesen.
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Insbesondere sind die Gehäusewand und die Wand mittelbar aneinander anliegend angeordnet und zwischen ihnen ist eine Schicht aus Klebstoff angeordnet. Bei dem Klebstoff handelt es sich vorzugsweise um ein doppelseitiges, geschlossenzelliges Acrylatklebeband.
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Durch die Zusammenwirkung des teilweise elastisch verformbaren Gehäuses mit dem ebenfalls verformbaren Klebstoff wird eine besonders sichere und vor allem gegenüber dem Eindringen von Wasser robuste Anbindung des Radarmessgeräts an den Behälter bereitgestellt.
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Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
- 1 ein erfindungsgemäßes Radarmessgerät mit einer elastisch verformbaren Gehäusewand in einer ersten Ausführungsform in einer schematischen Schnittdarstellung,
- 2 die Gehäusewand in einer zweiten Ausführungsform in einer schematischen Schnittdarstellung,
- 3 die Gehäusewand in einer dritten Ausführungsform in einer schematischen Schnittdarstellung,
- 4 die Gehäusewand in einer vierten Ausführungsform in einer schematischen Schnittdarstellung,
- 5 die Gehäusewand in einer fünften Ausführungsform in einer schematischen Schnittdarstellung, und
- 6 ein erfindungsgemäßes Radarmessgerät mit einer elastisch verformbaren Gehäusewand in einer sechsten Ausführungsform in einer schematischen Schnittdarstellung.
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In 1 ist ein erste Ausführungsform eines Radarmessgeräts 2 dargestellt. Bei dem Radarmessgerät 2 handelt es sich hier um ein Radarfüllstandmessgerät, welches zur Anordnung an einer Wand 18 eines Behälters dient, um den Füllstand eines Füllguts (nicht dargestellt) im Innenraum des Behälters zu messen.
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Das Radarmessgerät 2 weist ein umlaufendes Gehäuse 4 auf, wobei im Gehäuseinneren auf einer Leiterplatte 6 eine Sender-/Empfangseinheit 8 zur Erzeugung, Emission und Empfang von elektromagnetischen Wellen angeordnet ist. Die Sende-/Empfangseinheit 8 ist hier als Radar-Chip mit einem integrierten Primärstrahler ausgeführt und in dem Gehäuse 4 angeordnet. Die Hauptemissionsrichtung E ist in 1 eingezeichnet und erstreckt sich ausgehend von der Sende-/Empfangseinheit 8 nach unten. Das Gehäuse 4 weist zwei biegesteife Seitenwände 10 und eine biegesteife Rückwand 12 auf. Ferner weist das Gehäuse 4 einen Teilbereich 14, hier eine in Hauptemissionsrichtung E angeordnete Gehäusewand 16 auf, welche elastisch verformbar ausgebildet ist.
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Wie in 1 gut erkennbar ist, wird das Gehäuse 4 mit der elastisch verformbaren Gehäusewand 16 an der Wand 18, hier einen flexiblen Behälterdeckel des Behälters, befestigt. Die Befestigung erfolgt mittels Kleben. Dazu wird zwischen der Behälterwandung 18 und die Gehäusewand 16 eine Schicht aus Klebstoff 20 angeordnet. Bei dem Klebstoff handelt es sich vorliegend um ein Acrylatklebeband. In 1 wird bereits deutlich, dass die Behälterwandung 18 flexibel ist und sich verformt, insbesondere wellt und wölbt. Die Schicht aus Klebstoff 20 und die elastisch verformbare Gehäusewand 16 verformen sich entsprechend der Verformung der Behälterwandung 18. Die weiteren Gehäuseteile 10, 12 bleiben weitestgehend starr.
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Sowohl die Gehäusewand 16, als auch die Schicht aus Klebstoff 20 und die Behälterwandung 18 sind für die ausgesendeten Wellen transparent ausgelegt und vorliegend elastisch verformbar. Die Messung eines Füllstands in dem Behälter erfolgt indem die elektromagnetischen Wellen ausgehend von der Sende-/Empfangseinheit 8 durch die Gehäusewand 16, die Schicht aus Klebstoff 20 und die Behälterwandung 18 propagieren und auf das Füllgut treffen. Die von dort reflektierten Strahlen werden von dem Empfänger 8 anschließend detektiert.
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In Verbindung mit den 2 bis 5 werden im Folgenden weitere Ausführungsformen des Radarmessgeräts 2 erläutert, wobei in den Figuren jeweils nur ein Teil des Gehäuses 4, die elastisch verformbare Gehäusewand 16 und die Schicht aus Klebstoff 20 dargestellt sind.
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Zur Beschreibung der weiteren Ausführungsformen werden für identische oder zumindest funktionsgleiche Elemente dieselben Bezugszeichen verwendet, wie zur Beschreibung der ersten Ausführungsform.
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In 2 ist eine elastisch verformbare Gehäusewand 16 gezeigt, welche als Fresnel-Linse 22 ausgelegt ist. Dabei ist die Innenseite der Gehäusewand 16 derart strukturiert, dass sie als Fresnel-Linse 22 wirkt. Die Gehäusewand 16 weist mehrere konzentrisch angeordnete ringförmige Strukturen auf, die hier im Schnitt zu sehen sind.
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3 zeigt eine weitere Ausführungsform eines Radarmessgeräts 2, wobei die Gehäusewand 16 auf ihrer Innenseite derart strukturiert ist, dass sie ein diffraktives optisches Element 24 bildet.
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In 4 ist noch eine weitere Ausführungsform eines Radarmessgeräts 2 dargestellt. Hierbei ist eine separate Linse 26 auf der Innenseite der Gehäusewand 16 angeordnet. Diese Linse 26 ist aus einem gelartigen, ebenfalls elastisch verformbaren dielektrischen Material hergestellt und kann sich entsprechend mit der Gehäusewand 16 verformen.
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Die in den 2 bis 4 gezeigten Linsen 22, 24, 26 sind jeweils derart ausgelegt, dass die vom Sender 8 in Hauptemissionsrichtung E emittierten Wellen möglichst in gleichmäßigen parallelen Wellenfronten aus dem Gehäuse 4 heraustreten und umgekehrt, die am zu messenden Medium reflektierten Wellen im Wesentlichen auf den Empfänger 8 fokussiert werden.
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5 ist eine weitere Ausführungsform eines Radarmessgeräts 2 gezeigt, wobei die Gehäusewand 16 hier konvex, d.h. nach außen gewölbt ausgebildet ist. Die maximale Auslenkung a beträgt hier 3 mm. Dadurch lässt sich das Radarmessgerät 2 mit der elastisch verformbaren Gehäusewand 16 besser mittels des Klebstoffes an dem Behälterdeckel 18 fixieren.
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In 6 ist eine sechste Ausführungsform eines Radarmessgeräts 2 gezeigt, wobei der wesentliche Unterschied zu der ersten Ausführungsform in Verbindung mit 1 darin besteht, dass Senden und Empfang des elektromagnetischen Signales mittels einer Hornantenne 28, welche in dem Gehäuse 4 angeordnet ist, erfolgt. Des Weiteren kann diese eine zusätzliche Linse aufweisen. Die elastisch auslenkbare Gehäusewand 16 ist dabei derart ausgelegt, dass sie auch bei maximaler Auslenkung in Richtung der Gehäuseinnenseite nicht mit der Hornantenne 28 in Berührung kommt.
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Es wird darauf hingewiesen, dass insbesondere die in den 1 und 6 gezeigten Ausführungsformen auch mit Gehäusewänden 16 gemäß den Ausführungsformen in den 2 bis 5 kombiniert werden können.
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Bezugszeichenliste
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- 2
- Radarmessgerät
- 4
- Gehäuse
- 6
- Halterung
- 8
- Sende-/Empfangseinheit
- 10
- Seitenwand
- 12
- Rückwand
- 14
- Teilbereich
- 16
- Gehäusewand
- 18
- Behälterwand, Behälterdeckel
- 20
- Schicht aus Klebstoff
- 22
- Fresnel-Linse
- 24
- diffraktives optisches Element
- 26
- Linse
- 28
- Hornantenne
- E
- Hauptemissionsrichtung
- a
- maximale Auslenkung
