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Gebiet der Erfindung
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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Messgerät zur Erfassung einer Messgröße, ein Verfahren zur Überwachung eines Anzugsdrehmoments eines Drehbefestigungselements eines solchen Messgeräts sowie die Verwendung einer mechanischen und/oder elektronischen Begrenzungseinrichtung zur Begrenzung eines Anzugsdrehmoments an einem solchen Messgerät.
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Hintergrund der Erfindung
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Messgeräte zur Erfassung einer Messgröße sind im Stand der Technik bekannt und werden insbesondere im Rahmen der Automatisierungstechnik für eine Vielzahl von unterschiedlichen Mess- und Überwachungsaufgaben eingesetzt. Beispielsweise können mit derartigen Messgeräten Füllstände, Durchflüsse, Drücke oder Dichten von Medien erfasst und überwacht werden. Abhängig von der jeweiligen Einbausituation und Anwendung können derartige Messgeräte an unterschiedlichsten Positionen an Behältern, Rohrabschnitten, Wandungsabschnitten oder dergleichen befestigt werden. Zur Befestigung eines Messgeräts an einer Messstelle werden als Drehbefestigungsmittel häufig Schraubabschnitte und/oder Gewindeabschnitte am Messgerät vorgesehen, mit denen das Messgerät mit einem korrespondierend ausgebildeten Befestigungsabschnitt eines Behälters, eines Flanschs, eines Rohrabschnitts oder dergleichen verbunden werden kann. Aus der
EP 1 752 742 A1 ist beispielsweise ein Sensorelement zur Befestigung an einer Montagefläche bekannt. Darüber hinaus ist aus der
DE 20 2010 016 488 U1 ein Sensor-Prozessadapter zur Befestigung eines Sensors bekannt.
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Es hat sich nunmehr herausgestellt, dass ein Bedarf besteht, den Einbau eines solchen Messgeräts weiter zu vereinfachen. Insbesondere besteht ein Bedarf, die Fehleranfälligkeit der Montage eines Messgeräts an einer Messstelle zu verringern und auch während des Betriebs eine zuverlässige und insbesondere dichte Befestigung des Messgeräts an einer Messstelle bereitstellen zu können.
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Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Messgerät bereitzustellen, das vergleichsweise einfach an einer Messstelle montiert werden kann. Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Messgerät bereitzustellen, mit dem eine bestimmungsgemäße Befestigung des Messgeräts auch während des Betriebs überwacht werden kann. Diese und andere Aufgaben, die beim Lesen der folgenden Beschreibung noch genannt werden oder vom Fachmann erkannt werden können, werden durch den Gegenstand der unabhängigen Ansprüche gelöst. Die abhängigen Ansprüche bilden den zentralen Gedanken der vorliegenden Erfindung in besonders vorteilhafter Weise weiter.
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Zusammenfassung der Erfindung
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Die vorliegende Erfindung stellt ein Messgerät zur Erfassung zumindest einer Messgröße bereit, wobei das Messgerät umfasst: zumindest ein Drehbefestigungselement, eingerichtet, um das Messgerät an einem Einbauort zu befestigen; und zumindest eine mechanische und/oder elektronische Begrenzungseinrichtung zur Begrenzung eines Anzugsdrehmoments des Drehbefestigungselements.
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Der Begriff des Messgeräts ist vorliegend breit zu verstehen und umfasst alle Einheiten, wie beispielsweise Sensoren, Feldgeräte und dergleichen, mit denen Messgrößen erfasst werden können und die eingerichtet sind mittels eines Drehbefestigungselements an einer Messstelle befestigt zu werden. Auch der Begriff des Drehbefestigungselements ist vorliegend breit zu verstehen und umfasst jedes Befestigungselement, das geeignet ist, mit einem korrespondierenden Befestigungselement an einer Messstelle verbunden zu werden, und das mittels einer Drehbewegung oder einer Teildrehbewegung eine mechanische Verbindung mit einem korrespondierenden Befestigungselement bereitstellen kann. Ein solches Drehbefestigungselement kann beispielsweise durch einen Abschnitt/Bereich am Messgerät bereitgestellt werden, der ein Außen- und/oder ein Innengewinde umfasst, wobei auch Bajonettelemente von der vorliegenden Erfindung umfasst sind, die mittels einer Teildrehbewegung an einer Messstelle befestigt werden können. In einer besonders bevorzugten Ausführungsform umfasst das Messgerät als Drehbefestigungselement eine Montagemutter, die auf einen an der Messstelle vorgesehenen Gewindeabschnitt aufgeschraubt werden kann, um einen entsprechenden Prozessanschluss des Messgeräts bereitstellen zu können. Das Drehbefestigungselement, beispielsweise die Montagemutter, steht dabei mit einer mechanische und/oder elektronischen Begrenzungseinrichtung derart im Wirkeingriff, dass bei Erreichen eines vorbestimmten Anzugsdrehmoments kein weiteres Drehmoment auf das Drehbefestigungselemente übertragen mehr wird. Eine solche Begrenzungseinrichtung kann beispielsweise durch ein Rutschkupplungselement und/oder durch ein elektromagnetisches Kupplungselement bereitgestellt werden. Die Begrenzungseinrichtung ist dabei mit dem Drehbefestigungselement integral ausgebildet, um durch entsprechende Wirkelemente eine vorbestimmte Begrenzungswirkung des Anzugsdrehmoments bereitzustellen .
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Der vorliegenden Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass bei bekannten Messgeräten, die über keine derartige Begrenzungseinrichtung verfügen, die Montage einer gewissen Fehleranfälligkeit unterliegt, da zur Montage der Messgeräte spezielle Drehmomentschlüssel eingesetzt werden müssen/sollten, um eine bestimmungsgemäße Verbindung des Messgeräts mit der Messstelle bereitstellen zu können. Bei solchen Messgeräten muss ein Benutzer daher zum einen wissen, welchen Drehmomentschlüssel er für welches Messgerät einsetzen muss, wie er diesen in der Praxis korrekt einstellt und zudem fachmännisch einsetzt. Insbesondere beim Einsatz eines Messgeräts an Druckbehältern oder an Gefahrstoffmessstellen kann ein zu starkes oder ein zu schwaches Anzugsdrehmoment zu Undichtigkeiten und damit zu Unfällen und erheblichen Gesundheitsrisiken führen. Durch die vorliegende Erfindung entfallen diese Anforderungen an die Bedienperson mehr oder weniger vollständig. Beispielsweise kann ein erfindungsgemäßes Messgerät in der besonders bevorzugten Ausführungsform, bei dem das Messgerät mittels einer Montagemutter an einer Messstelle befestigt wird, bereits mit einem einfachen Gabelschlüssel bestimmungsgemäß montiert werden. Darüber hinaus kann durch die Integration einer Begrenzungseinrichtung im Messgerät gewährleistet werden, dass die jeweiligen Messgeräte immer mit einem vorbestimmten und geeigneten Anzugsdrehmoment montiert werden, und zwar abgestimmt auf die konkret eingesetzten Drehbefestigungselemente und auf die konkret verwendeten Dichtung(en).
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Vorteilhafterweise umfasst das Messgerät eine Überwachungseinrichtung zur Überwachung eines Anzugsdrehmoments des Drehbefestigungselements, eingerichtet um zu erfassen, ob das Anzugsdrehmoment von einem vorbestimmten Wertebereich abweicht. In diesem Zusammenhang ist es besonders bevorzugt, dass die Überwachungseinrichtung zur Überwachung des Anzugsdrehmoments des Drehbefestigungselements zumindest ein Magnetelement, vorzugsweise einen Magnetsensorring, und einen Reed-Kontakt umfasst, die derart angeordnet sind, dass ein Schaltvorgang des Reed-Kontakts ausgelöst wird, sobald das Magnetelement und der Reed-Kontakt über ein vorbestimmtes Maß relativ zueinander bewegt werden. Hierfür kann beispielsweise ein Reed-Kontakt am Messgerät und ein Magnetsensorring benachbart am Drehbefestigungselement angeordnet werden. Alternativ oder zusätzlich kann die Überwachungseinrichtung weitere Elemente umfassen, mit denen ein bereitgestelltes Anzugsdrehmoment überwacht werden kann, beispielsweise könnten hier Dehnungsmessstreifen, Zug-/Druckelemente, elastische Federkörper, Membran-Federkörper oder dergleichen eingesetzt werden. Dieser besonders bevorzugten Ausführungsform liegt die Erkenntnis zugrunde, dass im Laufe des Betriebs Undichtigkeiten auftreten können, wenn sich die Befestigung des Drehbefestigungselements an der Messstelle lockert und ein für die Dichtheit notwendiges Anzugsdrehmoment nicht mehr gegeben ist. Ein solches Lockern kann sich beispielsweise durch Vibrationen an der Messstelle oder auch durch Alterungs- oder Auflösungserscheinungen der verwendeten Dichtung(en) ergeben.
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Vorzugsweise umfasst die Überwachungseinrichtung Kommunikationsmittel, die eingerichtet sind, um ein Alarmsignal oder eine Alarmmitteilung an zumindest eine Computereinheit zu übermitteln, wenn die Überwachungseinrichtung erfasst, dass das bereitgestellte Anzugsdrehmoment von einem vorbestimmten Wertebereich abweicht. Die Übermittlung kann, je nach Ausführungsform, drahtgebunden oder drahtlos erfolgen. Auch kann eine Funkverbindung zwischen der Überwachungseinrichtung und der Computereinheit vorgesehen sein. Auch kann vorgesehen sein, dass die Energie zum Funken aus der Bewegungsenergie gewonnen wird. In diesem Zusammenhang ist es ferner bevorzugt, dass die Überwachungseinrichtung akustische und/oder visuelle Ausgabemittel umfasst, die ein akustisches und/oder visuelles Signal ausgeben, wenn die Überwachungseinrichtung erfasst, dass das Anzugsdrehmoment von einem vorbestimmten Wertebereich abweicht. Durch die vorgeschlagene Überwachungseinrichtung besteht somit die Möglichkeit, auch während des Betriebs zu überwachen und feststellen, ob das Messgerät bestimmungsgemäß an der Messstelle befestigt ist, so dass potentielle Undichtigkeiten bereits frühzeitig erkannt und eine entsprechende Warnung ausgegeben werden kann.
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Vorteilhafterweise ist die Überwachungseinrichtung derart eingerichtet, dass ein Überwachungsmodus erst dann aktiviert wird, wenn die mechanische und/oder elektronische Begrenzungseinrichtung ausgelöst wurde. Mit anderen Worten ist es bevorzugt, dass die Überwachungseinrichtung erst dann aktiviert wird, wenn ein vorbestimmtes Anzugsdrehmoment einmal erreicht wurde und das Messgerät bestimmungsgemäß an der Messstelle montiert wurde. In diesem Zusammenhang ist es bevorzugt, dass das Messgerät erst dann vollständig in Betrieb genommen werden kann, wenn die Überwachungseinrichtung aktiviert wurde. Alternativ oder zusätzlich können auch Mittel vorgesehen werden, die einem Benutzer ein manuelles Aktivieren der Überwachungseinrichtung nach Montage des Messgeräts erlaubt.
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Vorzugsweise umfasst das Messgerät eine Einstelleinrichtung, mit der ein bestimmungsgemäßes Anzugsdrehmoment eingestellt werden kann. Ein fest eingestelltes Anzugsdrehmoment kann beispielsweise bereits produktionsseitig vorgegeben werden, wobei in diesen Fällen keine derartige Einstellungseinrichtung notwendig ist. Soll demgegenüber das zu begrenzende Anzugsdrehmoment einstellbar sein und damit auf unterschiedliche Bedingungen anpassbar sein, kann dies in besonders vorteilhafter Weise durch korrespondierende mechanische und/oder elektronische Einstellmittel bereitgestellt werden. In diesem Zusammenhang ist es besonders bevorzugt, dass ein mechanisches Einstellmittel durch eine Stellschraubenanordnung bereitgestellt ist. Ein elektronisches Einstellmittel wird vorzugsweise durch zumindest eine Schaltungsanordnung und zumindest ein Eingabemittel bereitgestellt, wobei das Eingabemittel nicht notwendigerweise Bestandteil des Messgeräts sein muss. Beispielsweise kann durch eine solche Einstelleinrichtung bereits werkseitig eine Anpassung des Anzugsdrehmoments gemäß der durch einen Kunden vorgegebenen Informationen erfolgen. Darüber hinaus kann eine solche Einstellungseinrichtung auch durch einen Kunden selbst genutzt werden, der ein entsprechendes Anzugsdrehmoment vor Montage des Messgeräts (vor-)einstellen kann.
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Ferner betrifft die vorliegende Erfindung ein Verfahren zur Überwachung eines Anzugsdrehmoments eines Drehbefestigungselements eines Messgeräts umfassend zumindest die Schritte: Bereitstellen eines oben beschriebenen Messgerät; Befestigung des Messgeräts mittels des zumindest einen Drehbefestigungselements, derart, dass die zumindest eine mechanische und/oder elektronische Begrenzungseinrichtung ausgelöst wird; Aktivierung der Überwachungseinrichtung; und Übermittlung eines Alarmsignals oder einer Alarmmitteilung an zumindest eine Computereinheit und/oder Abgabe eines akustischen und/oder visuellen Signals, wenn durch die Überwachungseinrichtung erfasst wird, dass das Anzugsdrehmoment von einem vorbestimmten Wertebereich abweicht.
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Schließlich betrifft die vorliegende Erfindung die Verwendung einer mechanischen und/oder elektronischen Begrenzungseinrichtung zur Begrenzung eines Anzugsdrehmoments in einem Messgerät. In diesem Zusammenhang ist es besonders bevorzugt, wenn die mechanischen und/oder elektronischen Begrenzungseinrichtung und/oder die Überwachungseinrichtung modular aufgebaut ist/sind und somit auch an bestehenden Messgeräten angeordnet werden kann/können. Eine Anordnung eines solchen Moduls an einem Messgerät kann beispielsweise mittels einer Schraub-, Klammer- und/oder Rastverbindung erfolgen. Durch einen solchen modulartigen Aufbau können auch bestehende Messgeräte mit einer Begrenzungseinrichtung und/oder Überwachungseinrichtung nachgerüstet werden.
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Figurenliste
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Nachfolgend wird eine detaillierte Beschreibung der Figuren gegeben, darin zeigt
- 1 eine schematische Ansicht einer ersten bevorzugten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Messgeräts;
- 2 eine schematische Ansicht einer zweiten bevorzugten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Messgeräts;
- 3 eine schematische Ansicht der in 1 gezeigten bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Messgeräts im eingebauten Zustand; und
- 4 eine Übersicht der Funktionseinheiten der bevorzugten Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Messgeräte.
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1 zeigt eine schematische Ansicht einer ersten bevorzugten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Messgeräts 10 in einer beispielhaften Ausführungsform als Füllstands- oder Grenzstandssensor 10.
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Das Messgerät 10 umfasst ein Elektronikgehäuse 11, in dem zum einen eine Steuereinheit des Messgeräts 10 und andere für die jeweilige Messaufgabe notwendigen elektronischen Komponenten angeordnet werden können. Darüber hinaus umfasst das Messgerät 10 in der gezeigten besonders bevorzugten Ausführungsform ein Drehbefestigungselement 12 in Form einer Montagemutter 12, mit der das Messgerät 10 beispielsweise an einem Behälter 30 (vgl. 3) befestigt werden kann.
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In der besonders bevorzugten Ausführungsform ist eine mechanische Begrenzungseinrichtung zur Begrenzung des Anzugsdrehmoments des Drehbefestigungselements 12 integral mit diesem ausgebildet und beispielhaft als Rutschkupplungselement bereitgestellt. Unterhalb des Drehbefestigungselements 12 ist ein Dichtungselement 14 vorgesehen, das durch das Drehbefestigungselement 12 gegen einen korrespondierenden Wandungsabschnitt an der Messstelle gedrückt werden kann. Schließlich umfasst das gezeigte Messgerät 10 einen Prozessanschlussbereich 13, der beispielsweise in einen Behälter 30 (vgl. 3) gerichtet ist, um beispielsweise Radarstrahlen auf ein Füllgut richten zu können.
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Das Messgerät 10 umfasst darüber hinaus eine Überwachungseinrichtung zur Überwachung eines Anzugsdrehmoments des Drehbefestigungselements 12 in Form eines Magnetsensorrings (nicht gezeigt) und eines korrespondierend angeordneten Reed-Kontakts (nicht gezeigt), die derart zueinander angeordnet sind, dass ein Schaltvorgang des Reed-Kontakts ausgelöst wird, sobald das Magnetelement und der Reed-Kontakt über ein vorbestimmtes Maß relativ zueinander bewegt werden. Die für die Überwachungseinrichtung notwendigen elektronischen Komponenten können beispielsweise ebenfalls im Elektronikgehäuse 11, vorzugsweise in der Steuereinheit, vorgesehen werden. Der Reed-Kontakt kann beispielsweise am Messgerät und der Magnetsensorring kann benachbart am oder im Drehbefestigungselement 12 angeordnet werden. Die Überwachungseinrichtung umfasst darüber hinaus Kommunikationsmittel, die eingerichtet sind, um ein Alarmsignal oder eine Alarmmitteilung an zumindest eine Computereinheit zu übermitteln, wenn die Überwachungseinrichtung erfasst, dass das Anzugsdrehmoment von einem vorbestimmten Wertebereich abweicht. Durch die vorgeschlagene Überwachungseinrichtung besteht somit die Möglichkeit, auch während des Betriebs zu überwachen und festzustellen, ob das Messgerät bestimmungsgemäß an der Messstelle befestigt ist, sodass potentielle Undichtigkeiten bereits frühzeitig erkannt und eine entsprechende Warnung ausgegeben werden kann.
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2 zeigt eine schematische Ansicht einer zweiten bevorzugten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Messgeräts 20 in einer beispielhaften Ausführungsform als Füllstands- oder Grenzstandssensor 20. Das Messgerät 20 umfasst wiederum ein Elektronikgehäuse 21 zur Aufnahme der elektronischen Komponenten, ein Drehbefestigungselement 22 in Form einer Montagemutter 22 und einen Prozessanschlussbereich 23. Im Unterschied zu dem in 1 gezeigten Messgerät 10 umfasst das Messgerät 20 allerdings eine elektronische Begrenzungseinrichtung in Form eines elektromagnetischen Kopplungselements, das wiederum integral mit dem Drehbefestigungselement 22 ausgebildet ist. Die elektronischen Komponenten zur Ansteuerung der elektronischen Begrenzungseinrichtung können wiederum im Elektronikgehäuse 21 vorgesehen sein.
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3 zeigt eine schematische Ansicht der in 1 gezeigten bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Messgeräts 10 im eingebauten Zustand. Wie in 3 gut zu erkennen ist, ist das Messgerät 10 mittels des Befestigungselements 12, hier in Form einer Montagemutter 12, an einem Behälter 30 derart angeordnet, dass ein Prozessanschlussbereich 13 in den Innenraum des Behälters 30 gerichtet ist, sodass durch das Messgerät 10 beispielsweise Radarstrahlen in diesen geführt werden können, um über eine Laufzeitmessung der emittierten Radarstrahlen und der von der Füllgutoberfläche reflektierten Radarstrahlen auf die Füllguthöhe im Behälter 30 zu schließen.
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4 zeigt eine Übersicht der bevorzugten Funktionseinheiten eines erfindungsgemäßen Messgeräts 10, 20. Mit Bezug auf die bevorzugten Funktionseinheiten wird nachfolgend ein erfindungsgemäßes Verfahren zur Überwachung eines Anzugsdrehmoments eines Drehbefestigungselements 12, 22 eines Messgeräts 10, 20 erläutert. Zunächst wird ein erfindungsgemäßes Messgerät 10, 20 bereitgestellt und mittels zumindest eines Drehbefestigungselements 12, 22 an einer Messstelle, hier einem Behälter 30, befestigt, und zwar derart, dass die Begrenzungseinrichtung, hier in Form einer Rutschkupplung, ausgelöst wird. In der bevorzugten Ausführungsform wird durch das Auslösen der Begrenzungseinrichtung zudem die Überwachungseinrichtung aktiviert. In diesem Zusammenhang ist es bevorzugt, dass das Messgerät 10, 20 erst dann in einem Messmodus betrieben werden kann, wenn die Überwachungseinrichtung durch Auslösen der Begrenzungseinrichtung aktiviert wurde. Anschließend befindet sich das Messgerät 10, 20 in einem Meß- und Überwachungsmodus, bei dem das Messgerät 10, 20 zum einen eine Messgröße erfassen kann und zudem eine bestimmungsgemäße Verbindung zwischen dem Messgerät 10, 20 und der Messstelle überwacht wird. Soweit während des Betriebs durch die Überwachungseinrichtung festgestellt wird, dass das Anzugsdrehmoment von einem vorbestimmten Wertebereich abweicht, wird ein Alarmsignal oder eine Alarmmitteilung an zumindest eine Computereinheit übermittelt, die beispielsweise in einem Leitstand angeordnet sein kann.
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Die vorliegende Erfindung ist dabei allerdings nicht auf die vorhergehenden bevorzugten Ausführungsbeispiele beschränkt, solange sie vom Gegenstand der folgenden Ansprüche umfasst ist.
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Bezugszeichenliste
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- 10
- erste bevorzugte Ausführungsform eines Messgeräts
- 11
- Elektronikgehäuse
- 12
- Drehbefestigungselement (Montagemutter)
- 13
- Prozessanschlussbereich
- 14
- Dichtungselement
- 20
- Messgerät
- 21
- Elektronikgehäuse
- 22
- Drehbefestigungselemente (Montagemutter)
- 23
- Prozessanschlussbereich
- 30
- Behälter
