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Gebiet der Erfindung
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Die Erfindung betrifft die Prozessmesstechnik. Insbesondere betrifft die Erfindung einen selbstschließenden Sensoranschluss zur Befestigung eines Sensors an einer Montageöffnung eines Behälters, einen Sensor mit einem selbstschließenden Sensoranschluss, sowie die Verwendung eines selbstschließenden Sensoranschlusses zur Befestigung eines Sensors an einer Montageöffnung eines Behälters.
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Hintergrund
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Sensoren, die an oder in Behältern befestigt werden, können entweder mittels einer Flanschbefestigung oder einer Einschraubbefestigung montiert werden.
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Bei der Flanschbefestigung weist der Sensor, bei dem es sich beispielsweise um ein Füllstandmessgerät handelt, einen tellerförmigen Flansch auf, welcher den Antennenhals des Geräts flanschartig umgibt, um mit einem entsprechenden Gegenflansch im Bereich einer Öffnung des Behälters, beispielsweise einer Montageöffnung des Behälters, verschraubt zu werden.
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Bei der Einschraubbefestigung ist der Antennenhals selbst mit einem Außengewinde ausgestattet, sodass das Füllstandmessgerät über das Außengewinde in ein entsprechendes Innengewinde in einer entsprechenden Behälteröffnung eingeschraubt werden kann.
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Wird der Sensor vom Behälter entfernt, kann die Öffnung mit einem Blindflansch dichtend verschlossen werden.
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Zusam menfassung
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Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, den Montage- und Demontageaufwand bei wechselbaren Füll- und Grenzstandsensoren zu verringern.
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Diese Aufgabe wird durch die Merkmale der unabhängigen Patentansprüche gelöst. Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen und der folgenden Beschreibung von Ausführungsformen.
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Ein erster Aspekt der vorliegenden Offenbarung betrifft einen selbstschließenden Sensoranschluss zur Befestigung eines Sensors an einer Öffnung, wie einer Bohrung oder einer Montageöffnung eines Behälters. Bei dem Sensor kann es sich beispielsweise um ein Messgerät zur Prozessautomatisierung im industriellen Umfeld handeln, wie etwa ein Füllstandmessgerät, beispielsweise in Form eines freistrahlenden Füllstandradarmessgeräts, eines TDR-Füllstandmessgeräts, eines Ultraschallfüllstandmessgeräts, oder aber auch um einen Grenzstandsensor, der kapazitiv oder vibronisch misst oder Leitfähigkeitsmessungen vornimmt, oder aber auch um ein Durchflussmessgerät oder ein Druckmessgerät.
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Der selbstschließende Sensoranschluss weist eine erste mechanische Schnittstelle und eine zweite mechanische Schnittstelle auf.
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Die erste mechanische Schnittstelle ist eingerichtet zur Befestigung des Sensoranschlusses an der Öffnung des Behälters, beispielsweise in Form einer Einschraubverbindung.
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Die zweite mechanische Schnittstelle ist eingerichtet zur Befestigung des Sensors an den Sensoranschluss, beispielsweise in Form eines Innengewindes.
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Es ist eine Verschlusseinrichtung vorgesehen, die eingerichtet ist zum Verschließen der Montageöffnung, während, nachdem oder bevor der Sensor vom Sensoranschluss entfernt wird, sowie zum Öffnen der Montageöffnung, während oder nachdem der Sensor an den Sensoranschluss befestigt wird bzw. wurde. Beispielsweise kann eine Feder mit einem Dämpfungselement die Öffnung langsam nach der Entnahme des Sensors verschließen.
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Ein weiterer Aspekt betrifft einen selbstöffnenden Sensoranschluss zur Befestigung eines Sensors an einer Öffnung eines Behälters, aufweisend: eine erste mechanische Schnittstelle, eingerichtet zur Befestigung des Sensoranschlusses an der Öffnung des Behälters; eine zweite mechanische Schnittstelle, eingerichtet zur Befestigung des Sensors an dem Sensoranschluss; und eine Verschlusseinrichtung (103), eingerichtet zum Öffnen der Montageöffnung, während oder nachdem der Sensor an dem Sensoranschluss befestigt wird.
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Sowohl die erste als auch die zweite mechanische Schnittstelle können zur luft- oder fluiddichten Befestigung des Sensoranschlusses an der Montageöffnung des Behälters bzw. des Sensors an dem Sensoranschluss eingerichtet sein. Ebenso kann die Verschlusseinrichtung zum dichtenden Verschließen der Montageöffnung ausgeführt sein, wenn der Sensor entfernt ist.
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Die Verschlusseinrichtung kann ausgeführt sein, die Montageöffnung bei der Demontage des Sensors automatisch zu schließen, und/oder die Montageöffnung bei der Montage des Sensors automatisch zu öffnen, sodass eine Montage/Demontage des Sensors auch unter Druck möglich ist.
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Unter dem Begriff „Prozessautomatisierung im industriellen Umfeld“ kann ein Teilgebiet der Technik verstanden werden, welches alle Maßnahmen zum Betrieb von Maschinen und Anlagen ohne Mitwirkung des Menschen beinhaltet. Ein Ziel der Prozessautomatisierung ist es, das Zusammenspiel einzelner Komponenten einer Werksanlage in den Bereichen Chemie, Lebensmittel, Pharma, Erdöl, Papier, Zement, Schifffahrt oder Bergbau zu automatisieren. Hierzu können eine Vielzahl an Sensoren eingesetzt werden, welche insbesondere an die spezifischen Anforderungen der Prozessindustrie, wie bspw. mechanische Stabilität, Unempfindlichkeit gegenüber Verschmutzung, extremen Temperaturen und extremen Drücken, angepasst sind. Messwerte dieser Sensoren werden üblicherweise an eine Leitwarte übermittelt, in welcher Prozessparameter wie Füllstand, Grenzstand, Durchfluss, Druck oder Dichte überwacht und Einstellungen für die gesamte Werksanlage manuell oder automatisiert verändert werden können.
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Ein Teilgebiet der Prozessautomatisierung im industriellen Umfeld betrifft die Logistikautomation. Mit Hilfe von Distanz- und Winkelsensoren werden im Bereich der Logistikautomation Abläufe innerhalb eines Gebäudes oder innerhalb einer einzelnen Logistikanlage automatisiert. Typische Anwendungen finden z.B. Systeme zur Logistikautomation im Bereich der Gepäck- und Frachtabfertigung an Flughäfen, im Bereich der Verkehrsüberwachung (Mautsysteme), im Handel, der Paketdistribution oder aber auch im Bereich der Gebäudesicherung (Zutrittskontrolle). Gemein ist den zuvor aufgezählten Beispielen, dass eine Präsenzerkennung in Kombination mit einer genauen Vermessung der Größe und der Lage eines Objektes von der jeweiligen Anwendungsseite gefordert wird. Hierfür können Sensoren auf Basis optischer Messverfahren mittels Laser, LED, 2D-Kameras oder 3D-Kameras, die nach dem Laufzeitprinzip (time of flight, ToF) Abstände erfassen, verwendet werden.
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Ein weiteres Teilgebiet der Prozessautomatisierung im industriellen Umfeld betrifft die Fabrik-/Fertigungsautomation. Anwendungsfälle hierzu finden sich in den unterschiedlichsten Branchen wie Automobilherstellung, Nahrungsmittelherstellung, Pharmaindustrie oder allgemein im Bereich der Verpackung. Ziel der Fabrikautomation ist, die Herstellung von Gütern durch Maschinen, Fertigungslinien und/oder Roboter zu automatisieren, d. h. ohne Mitwirkung des Menschen ablaufen zu lassen. Die hierbei verwendeten Sensoren und spezifischen Anforderungen im Hinblick auf die Messgenauigkeit bei der Erfassung der Lage und Größe eines Objektes sind mit denen der im vorigen Beispiel der Logistikautomation vergleichbar.
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Gemäß einer Ausführungsform ist die Verschlusseinrichtung zwischen der ersten mechanischen Schnittstelle und der zweiten mechanischen Schnittstelle angeordnet und kann in dem beispielsweise einstückigen Grundkörper des selbstschließenden Sensoranschlusses integriert sein. Ebenso können die beiden mechanischen Schnittstellen Teil des Grundkörpers sein, so dass der Sensoranschluss, abgesehen von der Verschlusseinrichtung, einstückig ausgeführt sein kann.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform weist die Verschlusseinrichtung ein oder mehrere Verschlusselemente auf, die eingerichtet sind, die Montageöffnung durch eine rotatorische Bewegung zu verschließen. Die rotatorische oder lineare Bewegung (z.B. durch einen Schieber) kann mit einer translatorischen Bewegung überlagert sein.
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Insbesondere kann die Verschlusseinrichtung in Form eines Lamellenverschlusses, eines Blattverschlusses oder scheiben- oder plattenartig ausgebildet sein.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform weist zumindest eines der Verschlusselemente der Verschlusseinrichtung eine Ausnehmung oder ein Loch auf, zum Eingriff eines Greifstiftes des Sensors, um das Verschlusselement von der geöffneten Position in die geschlossene Position zu befördern, und umgekehrt.
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Diese „Beförderung“ erfolgt beispielsweise mittels einer Schraubbewegung des Sensors, wenn er in die zweite mechanische Schnittstelle hineingeschraubt wird.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform weist die Verschlusseinrichtung eine umlaufende Dichtung auf, gegen welche die einen oder mehreren Verschlusselemente in der geschlossenen Position gedrückt werden, wenn der Sensor herausgeschraubt wird.
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Durch die integrierte Dichtung kann sichergestellt werden, dass die Messstelle weiterhin gegen den Prozess abgedichtet ist, auch wenn der Sensor entfernt ist.
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Des Weiteren kann vorgesehen sein, dass der, ggf. autarke, Sensor erst bei seiner Montage auf den Sensoranschluss aktiviert wird und somit ein unnötiger Energieverbrauch verhindert wird.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform weist die Verschlusseinrichtung eine Lagerung auf, um dem einen oder mehreren Verschlusselementen beim Öffnen der Montageöffnung zunächst eine ausschließlich translatorische Bewegung entlang einer Längsachse des Sensoranschlusses und danach eine Bewegung senkrecht oder schräg zur Längsachse zu ermöglichen.
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Die Lagerung kann in einer einfachen Ausführungsform durch die Innenwandung des Hohlraumes im Grundkörper des Sensoranschlusses bereitgestellt werden, welche derart geformt ist, dass sie das entsprechende Verschlusselement auf seiner Bahn vom geöffneten Zustand in den geschlossenen Zustand führt, und umgekehrt.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist der selbstschließende Sensoranschluss eingerichtet zur werkzeuglosen Befestigung des Sensors an den Sensoranschluss.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist der selbstschließende Sensoranschluss eingerichtet zur werkzeuglosen Befestigung an der Montageöffnung des Behälters.
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Ein weiterer Aspekt der vorliegenden Offenbarung betrifft einen Sensor mit einem oben und im Folgenden beschriebenen selbstschließenden Sensoranschluss.
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Ein weiterer Aspekt der vorliegenden Offenbarung betrifft die Verwendung eines oben und im Folgenden beschriebenen selbstschließenden Sensoranschlusses zur Befestigung eines Sensors an einer Montageöffnung eines Behälters.
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Im Folgenden werden weitere Ausführungsformen unter Bezugnahme auf die Figuren beschrieben. Werden in der folgenden Figurenbeschreibung die gleichen Bezugszeichen verwendet, so bezeichnen diese gleiche oder ähnliche Elemente. Die Darstellungen in den Figuren sind schematisch und nicht maßstäblich.
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Figurenliste
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- 1 zeigt einen Messaufbau gemäß einer Ausführungsform.
- 2A zeigt einen Sensor mit einem selbstschließenden Sensoranschluss gemäß einer Ausführungsform.
- 2B zeigt eine Draufsicht des selbstschließenden Sensoranschlusses der 2A mit geöffneter Dichtplatte (Verschlusselement).
- 3A zeigt einen geöffneten Lamellenverschluss gemäß einer Ausführungsform.
- 3B zeigt den Lamellenverschluss der 3A in geschlossenem Zustand.
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Detaillierte Beschreibung von Ausführungsformen
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1 zeigt einen Messaufbau gemäß einer Ausführungsform. Es ist ein Behälter 300 vorgesehen, in dem sich ein Messmedium 301 befindet. An der Montageöffnung des Behälters, die im Deckenbereich vorgesehen ist, ist ein selbstschließender Sensoranschluss 100 befestigt, an dem ein Sensor 200 befestigt ist. Die Befestigungen dichten den Prozess im Inneren des Behälters 300 gegen die Außenwelt ab.
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Bei dem Sensor 200 handelt es sich beispielsweise um einen freistrahlenden Radarsensor, der ein Messsignal 302 in Richtung der Oberfläche des Messmediums 301 aussendet, wo es reflektiert wird. Das resultierende Empfangssignal 303 wird von der Radarantenne 221 des Sensors 200 erfasst und in der Auswerteelektronik des Sensors ausgewertet.
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Der selbstschließende Sensoranschluss 100 weist eine Verschlusseinrichtung 103 auf, die selbstschließend und selbstöffnend ausgeführt ist.
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2A zeigt einen in einen selbstschließenden Sensoranschluss 100 installierten Radarsensor 200. Der Radarsensor 200 weist ein Außengewinde auf, welches in ein entsprechendes Innengewinde (erste mechanische Schnittstelle 101) des Sensoranschlusses eingeschraubt ist.
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Im unteren Bereich weist der Sensoranschluss 100 ein Außengewinde 101 (Einschraubgewinde) auf, welches in ein entsprechendes Außengewinde der Montageöffnung eines Behälters eingeschraubt werden kann, um den Sensoranschluss fest in der Montageöffnung zu verankern.
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Der Sensor weist eine obere Dichtung 203 auf, beispielsweise in Form eines umlaufenden Dichtrings, um eine dichtende Verbindung zwischen dem selbstschließenden Sensoranschluss und dem Sensor bereitzustellen, wenn der Sensor in die zweite mechanische Schnittstelle des selbstschließenden Sensoranschlusses 100 eingeschraubt ist.
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Die Verschlusseinrichtung 103 weist ein Verschlusselement 104 in Form einer Dichtplatte auf. Um das Verschlusselement von der in der 2A dargestellten geschlossenen, dichtenden Position in die in der 2B dargestellten geöffneten Position zu bewegen, ist eine Bohrung 105 in der Dichtplatte vorgesehen, in welche ein Greifstift 201, der sich an der Unterseite des Sensorkopfes befindet, beim Einschrauben des Sensors eingreifen kann. Zusätzlich zu dem Greifstift befinden sich auf der Unterseite einer oder mehrere, parallel dazu angeordnete Stifte 202, welche die Dichtplatte 104 beim Einschrauben des Sensors nach unten drücken, weg von dem unteren Dichtring 106.
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Um die Dichtplatte gegen den unteren Dichtring 106 zu drücken, wenn der Sensor herausgeschraubt wird, können stiftartige Federelemente 107 vorgesehen sein, welche nach unten aus der Dichtplatte herausragen und gegen einen entsprechenden Vorsprung im Grundkörper des selbstschließenden Sensoranschlusses 100 drücken.
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Auch der Greifstift 201 kann einen Federmechanismus aufweisen, sodass er, sobald er über die Aussparung 105 geschoben wurde, in diese einschnappt.
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2B zeigt eine Draufsicht des selbstschließenden Sensoranschlusses der 2A mit geöffneter Dichtplatte 104. Insbesondere ist die Position mit der Bohrung 105 in der Dichtplatte zu sehen. Durch das Eingreifen des Greifstiftes beim Einschrauben des Sensors in die Bohrung 105 wird die Dichtplatte 104 nach außen gedreht, sodass sie die Öffnung 110 zumindest teilweise freigibt, sodass die Messung erfolgen kann. Eine entgegengesetzte Bewegung erfolgt, wenn der Sensor in umgekehrte Richtung herausgeschraubt wird, sodass die Dichtplatte über die Öffnung 110 gedreht wird und dann von den Federn nach oben geschoben wird, um gegen die untere Dichtung 106 zu pressen, sodass die Öffnung dichtend abgeschlossen wird. Bezugszeichen 108 zeigt die Außenkante der Dichtfläche für die Deichtung 203 in Draufsicht.
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Die 3A und 3B zeigen eine weitere Ausführungsform der Verschlusseinrichtung 103 in Form eines Lamellenverschlusses mit einer Vielzahl (beispielsweise sechs) an Verschlusselementen 104. Jedes der Verschlusselemente 104 kann einen eigenen Drehpunkt 111 aufweisen, um den sich das Lamellenelement bei seiner Rotation von der geöffneten Stellung, die in der 3A zu sehen ist, in welcher die Öffnung frei ist, in die geschlossene Stellung, die in der 3B zu sehen ist, dreht.
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Die Lamellen weisen jeweils eine Dichtfläche auf, sodass die überlappenden Lamellen die Öffnung im geschlossenen Zustand dichtend verschließen.
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Der selbstschließende Sensoranschluss kann zur schnellen und werkzeuglosen Befestigung des Sensors in der Montageöffnung des Behälters eingesetzt werden. Die Montage und die Demontage sind auch bei unter Druck stehenden Behältern möglich.
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Die Betätigung der Verschlusseinrichtung kann, beispielsweise in Form eines Greifstiftes, am Sensor vorgesehen, oder abgesetzt, zum Beispiel als Hebel, ausgeführt sein.
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Die Betätigung der Selbstschließung kann, gemäß einer Ausführungsform, durch die Montage/Demontage des Sensors automatisch erfolgen. Die 2A und 2B zeigen hierbei eine rein mechanische Lösung. Die Betätigung kann aber auch elektronisch erfolgen, mithilfe eines Aktuators oder Motors.
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Somit ist die Abdichtung des Behälters bei nicht montiertem Sensor gewährleistet, was insbesondere bei Baustoffsilos vorteilhaft ist.
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Es kann vorgesehen sein, dass die Sensordemontage solange mechanisch verhindert wird, bis die Selbstschließung der Montageöffnung betätigt wurde.
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Auch kann vorgesehen sein, dass ein autarker Sensor erst nach dessen Montage im Sensoranschluss automatisch aktiviert wird, beispielsweise über einen sog. Reed-Kontakt.
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Ein zusätzlicher Stutzen mit einem Kugel-Absperrventil ist nicht notwendig, sodass die Störreflexionen bei Radaranwendungen minimiert werden können.
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Es handelt sich um ein sehr platzsparendes Befestigungssystem. Ein Flansch ist nicht notwendig. Sehr vorteilhaft ist dieses Befestigungssystem für autarke Sensoren, die zeitweise an verschiedenen Messstellen eingesetzt werden.
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Ergänzend sei darauf hingewiesen, dass „umfassend“ und „aufweisend“ keine anderen Elemente oder Schritte ausschließt und die unbestimmten Artikel „eine“ oder „ein“ keine Vielzahl ausschließen. Ferner sei darauf hingewiesen, dass Merkmale oder Schritte, die mit Verweis auf eines der obigen Ausführungsbeispiele beschrieben worden sind, auch in Kombination mit anderen Merkmalen oder Schritten anderer oben beschriebener Ausführungsbeispiele verwendet werden können. Bezugszeichen in den Ansprüchen sind nicht als Einschränkungen anzusehen.
