DE102019217432A1

DE102019217432A1 - Sensorkopf für eine Sensoreinheit

Info

Publication number: DE102019217432A1
Application number: DE102019217432.9A
Authority: DE
Inventors: Frank Becherer
Original assignee: Vega Grieshaber KG
Current assignee: Vega Grieshaber KG
Priority date: 2019-11-12
Filing date: 2019-11-12
Publication date: 2021-05-12

Abstract

Sensorkopf (10) für einen Füllstand-/Grenzstandsensor, umfassend: zumindest eine Sensorelektrode (11), wobei die Sensorelektrode (11) zumindest abschnittsweise als Hohlköper (13) ausgebildet ist und zumindest der Hohlkörper (13) der Sensorelektrode (11) aus einem duktilen, elastischen und/oder zerbröselnden Material bereitgestellt ist.

Description

Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft einen Sensorkopf für einen Füllstand-/Grenzstandsensor und die Verwendung eines solchen Sensorkopfs in einem solchen Füllstand-/Grenzstandsensor.
Hintergrund der Erfindung
Füllstand-/Grenzstandsensoren zur Messung eines Füllstandes in einem Behälter, Rohr oder dergleichen sind im Stand der Technik beispielsweise aus der DE 10 2018 218 466.6 bekannt. Derartige Sensoren können dabei zur Auslösung von Schaltvorgängen, beispielsweise als Grenzstandschalter, eingesetzt werden. Hierbei kommen unterschiedliche Messprinzipien zum Einsatz. Bekannt sind beispielsweise Impedanzgrenzschalter, TDR-Melder, Vibrationsgrenzschalter sowie Sensoren, die nach dem kapazitiven Messprinzip arbeiten. Ein Schaltbefehl startet oder stoppt Befülleinrichtungen bzw. Entleereinrichtungen wie Förderbänder oder Pumpen.
Es hat sich nunmehr herausgestellt, dass ein Bedarf besteht, derartige Sensoren weiter zu verbessern. Insbesondere besteht ein Bedarf die Ausfallwahrscheinlichkeit eines solchen Sensors weiter zu reduzieren.
Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen verbesserten Füllstand-/Grenzstandsensor bereitzustellen, insbesondere einen Sensor, der eine niedrigere Ausfallwahrscheinlichkeit aufweist. 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.
Zusammenfassung der Erfindung
Die vorliegende Erfindung stellt einen Sensorkopf für einen Füllstand-/Grenzstandsensor bereit, umfassend: zumindest eine Sensorelektrode, wobei die Sensorelektrode zumindest abschnittsweise als Hohlköper ausgebildet ist und zumindest der Hohlkörper der Sensorelektrode aus einem duktilen, elastischen und/oder zerbröselnden Material bereitgestellt ist.
Der vorliegenden Erfindung liegt nunmehr die Erkenntnis zugrunde, dass ein Sensorkopf, in dem die Sensorelektrode angeordnet ist, Schlag- oder Stoßbelastungen ausgesetzt sein kann. Solche Belastungen können beispielsweise auftreten, wenn ein Medium oder ein Schüttgut, dessen Füllstand durch den Sensor erfasst werden soll, an den Sensorkopf drückt. Auch können solche Belastungen beispielsweise beim Einbau des Sensors in einem Behälter auftreten. Denn beim Einbau wird der Sensorkopf häufig durch eine an die Außengeometrie des Sensorkopfs angepasste Öffnung in den Behälter eingeführt, an die der Sensorkopf versehentlich anschlagen kann. Auch bei der Lagerung und dem Transport können unterschiedliche Stoßbelastungen am Sensorkopf auftreten. In diesem Zusammenhang hat sich nunmehr herausgestellt, dass bei derartigen Belastungen die bisher als massives und starres Bauteil ausgeführte Sensorelektrode vergleichsweise leicht bricht und diese anschließend nicht mehr einsatzfähig ist, so dass die Sensorelektrode bzw. der Sensorkopf ausgetauscht werden musste. In diesem Zusammenhang ist darauf hinzuweisen, dass sich die vorliegende Erfindung nicht auf einen bestimmten Sensor beschränkt, sondern bei allen Sensoren eingesetzt werden kann, bei denen eine Sensorelektrode eingesetzt wird, also insbesondere bei kapazitiven Sensoren, Impedanzgrenzschalter und dergleichen.
Demgegenüber schlägt die vorliegende Erfindung vor, die Sensorelektrode zumindest abschnittsweise als Hohlköper auszubilden und zumindest diesen Abschnitt der Sensorelektrode aus einem duktilen, elastischen und/oder zerbröselnden Material bereitzustellen. Mit anderen Worten schlägt die vorliegende Erfindung vor, die Sensorelektrode verformbar auszugestalten, so dass eine Schlag- oder Stoßbelastung die Sensorelektrode optimalerweise nur verformt und nicht wie bisher relativ leicht bricht. In diesem Zusammenhang ist darauf hinzuweisen, dass auch mit einer verformten Sensorelektrode ein Grenzstand vergleichsweise zuverlässig erfasst und ein entsprechender Schaltvorgang ausgelöst werden kann. Der Begriff des Hohlkörpers ist dabei breit zu verstehen und umfasst alle Geometrien, die einen zumindest teilweise umschlossenen Hohlraum bereitstellen. Ein solcher Hohlraum kann dabei vollständig geschlossen oder auch an verschiedenen Stellen offen sein. Auch umfasst sind Gitterstrukturen, mit denen einen Raum zumindest teilweise umschlossen wird. Die Begriffe duktile, elastische und/oder zerbröselnde sind derart zu verstehen, dass damit technisch eine Verformbarkeit der Sensorelektrode zu verstehen ist, die nicht zu einem Brechen der Sensorelektrode führt. Unter einem zerbröselnden Werkstoff kann beispielsweise ein leitender Metallschaum verstanden werden, der bei mechanischer Belastung teilweise zerbröselt, ohne dass dadurch die Sensorelektrode ausfällt.
Vorteilhafterweise ist der Hohlkörper rotationssymmetrisch ausgebildet. Beispielsweise kann der Hohlkörper zumindest teilweise als Halbschale ausgebildet sein, wobei an der Halbschalte, beispielsweise in einem zentralen Bereich ein Kontaktierungsmittel zur Kontaktierung des Sensorelektrode mit einer Sensorelektronik umfasst. Eine solche Kontaktierung kann beispielsweise mittels eines Draht- oder Federkontakts oder dergleichen bereitgestellt werden.
Vorteilhafterweise umfasst der Sensorkopf eine Sensorkappe zur Aufnahme der Sensorelektrode, wobei die Sensorkappe vorzugweise lösbar an einem Gehäuse eines Sensors anordenbar ist und wobei und die Aufnahme vorzugsweise geometrisch zur Sensorelektrode korrespondierenden ausgebildet ist, in dem die Sensorelektrode als separates Bauteil aufgenommen werden kann. Die Sensorkappe dient dabei dem Schutz der Sensorelektrode gegen mechanische Belastungen von außen. Die Sensorkappe nimmt die Sensorelektrode dabei vorzugsweise derart auf, dass die Wandungen der Sensorelektrode an den korrespondierenden Wandungen der Sensorkappe anliegen. In einer weiteren Ausgestaltung umfasst der Sensorkopf ebenfalls eine Sensorkappe, wobei die Sensorelektrode integral auf einer Innenfläche der Sensorkappe aufgebracht ist. Eine solche aufgebrachte Sensorelektrode kann beispielsweise mittels eines Beschichtungsverfahrens bereitgestellt werden, wobei die Sensorelektrode in dieser Ausgestaltung vorzugsweise mittels eines Federelements mit einer Sensorelektronik elektrisch verbunden ist.
Vorteilhafterweise ist die Sensorelektrode aus einem Buntmetall, vorzugsweise einer Messinglegierung, bereitgestellt, dessen Duktilität vorzugsweise mittels einer Wärmebehandlung, beispielsweise einem Weichglühen, erhöht ist. Unter dem Begriff Buntmetall werden dabei Nichteisenmetalle unter Ausschluss der Edelmetalle verstanden, also insbesondere Kupfer, Nickel, Blei, Zinn und Zink und deren Legierungen, wie beispielsweise Messing, Bronze und dergleichen.
Auch kann die Sensorelektrode aus einem elektrisch leitfähigen, vorzugsweise offenporigen, Metallschaum bereitgestellt werden. Derartige Metallschäume weisen eine vergleichsweise hohe Duktilität bzw. kann dieses Material bei Stoßbelastung bis zu einem gewissen Grad zerbröseln. Dadurch kann einen vergleichsweise hoher Energieeintrag absorbiert werden, ohne dass die Sensorelektrode bricht und funktionsunfähig wird.
Vorzugsweise ist der Hohlraum zumindest teilweise mit einem Füllmaterial gefüllt. Als Füllmaterial kann ein elastisch gut verformbares Gussmaterial eingesetzt werden, um die Stabilität der Sensorelektrode und deren Stoß- und Schlagfestigkeit weiter zu verbessern.
Ferner betrifft die vorliegende Erfindung die Verwendung eines oben beschriebenen Sensorkopfs in einer Sensoreinheit, insbesondere in einer Füllstand-/Grenzstandsensoreinheit.
Figurenliste
Nachfolgend wird eine detaillierte Beschreibung der Figur gegeben, darin zeigt

1 eine schematische Ansicht einer bevorzugten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Sensorkopfs für einen Füllstand-/Grenzstandsensor.

1 zeigt eine schematische Ansicht einer bevorzugten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Sensorkopfs 10 für einen Füllstand-/Grenzstandsensor, beispielsweise ein kapazitiver Sensor oder ein Impedanzgrenzschalter.
Der Sensorkopf 10 umfasst eine Sensorelektrode 11, die in einer korrespondierend ausgebildeten Aufnahme einer Sensorkappe 12 angeordnet ist. Die gezeigte bevorzugte Sensorelektrode 11 umfasst dabei einen rotationssymmetrisch ausgebildeten Abschnitt in Form einer Halbschale 13, durch den ein halbseitig offener Hohlraum 14 gebildet wird. Die Sensorelektrode 11 ist in der gezeigten Ausführungsform aus einer Messinglegierung bereitgestellt, dessen Kaltverformbarkeit nochmals durch ein Weichglühverfahren erhöht wurde. Im Ergebnis kann somit eine Sensorelektrode 11 bereitgestellt werden, die sich bei einer Schlag- oder Stoßbelastung verformen kann und nicht, wie die bisher massiv und starr eingesetzten Sensorelektroden, leicht bricht.
Ferner umfasst die Sensorelektrode 11 ein Kontaktmittel 15, hier in einer beispielhaften Form als Kontaktzunge 15, um die Sensorelektrode 11 mit einer Leiterplatte 16 zu verbinden.
Wie in 1 gezeigt, kann der Sensorkopf 10 darüber hinaus weitere Verbindungs- und/oder Dichtmittel 17, beispielsweise in Form einer Gewinde-/Schraubverbindung oder eines elastischen Dichtrings umfassen, um den Sensorkopf 10 an einem Gehäuse 18 eines Füllstand-/Grenzstandsensors anzuordnen.
Die vorliegende Erfindung ist dabei allerdings nicht auf die vorhergehenden bevorzugten Ausführungsbeispiele beschränkt, solange sie vom Gegenstand der folgenden Ansprüche umfasst ist.
Bezugszeichenliste

10: Sensorkopf
11: Sensorelektrode
12: Sensorkappe
13: Halbschale
14: Hohlraum
15: Kontaktmittel
16: Leiterplatte
17: Verbindungs- und/oder Dichtmittel
18: Gehäuse Füllstand-/Grenzstandsensors

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

DE 102018218466 [0002]

Claims

Sensorkopf (10) für einen Füllstand-/Grenzstandsensor, umfassend: zumindest eine Sensorelektrode (11), wobei die Sensorelektrode (11) zumindest abschnittsweise als Hohlköper (13) ausgebildet ist und zumindest der Hohlkörper (13) der Sensorelektrode (11) aus einem duktilen, elastischen und/oder zerbröselnden Material bereitgestellt ist.
Sensorkopf (10) nach Anspruch 1, wobei der Hohlkörper (13) rotationssymmetrisch ausgebildet ist.
Sensorkopf (10) nach einem der Ansprüche 1 oder 2, wobei der Hohlkörper (13) zumindest teilweise als Halbschale (13) ausgebildet ist, und vorzugsweise in einem zentralen Bereich der Halbschale (13) ein Kontaktierungsmittel (15) zur Kontaktierung des Sensorelektrode (11) mit einer Sensorelektronik (16) umfasst.
Sensorkopf (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Sensorkopf (10) eine Sensorkappe (12) zur Aufnahme der Sensorelektrode (11) umfasst, und wobei die Sensorkappe (11) vorzugweise lösbar an einem Gehäuse (18) eines Füllstand-/Grenzstandsensor anordenbar ist.
Sensorkopf (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei der Sensorkopf (10) eine Sensorkappe (12) umfasst und die Sensorelektrode (11) integral auf einer Innenfläche der Sensorkappe (12) aufgebracht ist, und insbesondere mittels eines Beschichtungsverfahrens bereitgestellt ist, und wobei die Sensorelektrode (11) vorzugsweise mittels eines Federelements mit einer Sensorelektronik elektrisch verbunden ist.
Sensorkopf (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Sensorelektrode (11) aus einem Buntmetall, vorzugsweise einer Messinglegierung, bereitgestellt ist, dessen Duktilität vorzugsweise mittels einer Wärmebehandlung erhöht ist.
Sensorkopf (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche wobei die Sensorelektrode (11) aus einem elektrisch leitfähigen, vorzugsweise offenporigen, Metallschaum bereitgestellt ist.
Sensorkopf (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der durch den Hohlkörper (13) gebildete Hohlraum (14) zumindest teilweise mit einem Füllmaterial gefüllt ist.
Verwendung eines Sensorkopfs (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 8 in einer Sensoreinheit, insbesondere in einem Füllstand-/Grenzstandsensor.