DE102021133767A1

DE102021133767A1 - Elektrisches Füllstandsmessgerät

Info

Publication number: DE102021133767A1
Application number: DE102021133767.4A
Authority: DE
Inventors: Lars Stolz; Robert Schmidt; Gerd Bechtel
Original assignee: Endress and Hauser SE and Co KG
Current assignee: Endress and Hauser SE and Co KG
Priority date: 2021-12-17
Filing date: 2021-12-17
Publication date: 2023-06-22
Also published as: CN118435027A; EP4449069A1; WO2023110315A1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein elektrisches Füllstandsmessgerät (1) zum Messen eines Füllstands eines Mediums in einem Behältnis umfassend:- eine elektrisch leitfähige Sonde (10);- eine elektronische Mess-/Betriebsschaltung (20);- ein Gehäuse (30);- einen am Gehäuse befestigten Prozessanschluss (40);wobei die Sonde mittels einer Konusdichtung (50) radial gegenüber dem Prozessanschluss gelagert ist,wobei die Konusdichtung zwischen der konusförmigen Innenwand und der Sonde verpresst ist,wobei ein Federmechanismus (60) dazu eingerichtet ist, die Verpressung der Konusdichtung durch eine Kraftwirkung auf die Konusdichtung in Richtung des offenen Endes bereitzustellen,dadurch gekennzeichnet, dassdie Sonde ein erstes Sondenteil (11) und ein zweites Sondenteil (12) aufweist, welche Sondenteile aneinandergefügt sind, wobei das erste Sondenteil im Lumen angeordnet ist und eine Angriffsfläche (11.1) für den Federmechanismus bereitstellt, und wobei das zweite Sondenteil dazu eingerichtet ist, in das Medium eingetaucht zu werden.

Description

Die Erfindung betrifft ein elektrisches Füllstandsmessgerät, bei welchem eine Sonde in ein in einem Behältnis befindlichen Medium getaucht wird und über elektrische Eigenschaften ein Füllstand des Mediums abgeleitet wird.
Solche Füllstandsmessgeräte sind bekannt wie beispielsweise aus der Patentschrift EP1544585B1 . Damit eine ausreichende Dichtheit solcher Füllstandsmessgeräte erreicht wird, werden konisch geformte Dichtungen eingesetzt, welche jedoch im Stand der Technik nur über komplizierte Vorrichtungen sicher platziert werden.
Aufgabe der Erfindung ist es, ein Füllstandmessgerät mit einer einfachen und sicheren Vorrichtung zum Befestigen und Halten eines konischen Dichtelements vorzuschlagen.
Die Aufgabe wird gelöst durch ein Füllstandsmessgerät gemäß dem unabhängigen Anspruch 1.
Ein erfindungsgemäßes elektrisches Füllstandsmessgerät zum Messen eines Füllstands eines Mediums in einem Behältnis umfasst:

- eine elektrisch leitfähige Sonde eingerichtet zum Leiten eines elektrischen Signals, wobei die Sonde dazu eingerichtet ist, in das Medium eingetaucht zu werden;
- eine elektronische Mess-/Betriebsschaltung eingerichtet zum Erzeugen und Auswerten von elektrischen Signalen sowie zum Bereitstellen von Füllstandsmesswerten;
- ein Gehäuse, in welchem beispielsweise die elektronische Mess-/Betriebsschaltung angeordnet ist;
- einen am Gehäuse befestigten Prozessanschluss, welcher dazu eingerichtet ist, die Sonde seitlich zu führen, wobei die Sonde abschnittweise über ein offenes Ende des Prozessanschlusses in ein Lumen des Prozessanschlusses hineinragt;

Auf diese Weise ist ein einfacher und robuster mechanischer Aufbau bewerkstelligt, mittels welchem die konische Konusdichtung sicher und dauerhaft gehalten ist.
In einer Ausgestaltung ist das erste Sondenteil ein mechanisch festes Teil, beispielsweise ein Drehteil,
wobei das zweite Sondenteil ein Stab oder ein Seil ist.
In einer Ausgestaltung weist das zweite Sondenteil zumindest abschnittsweise eine elektrisch isolierende Beschichtung, insbesondere eine extrudierte Kunststoffbeschichtung auf.
In einer Ausgestaltung ist die elektronische Mess-/Betriebsschaltung dazu eingerichtet, den Füllstand des Mediums aus einem Messstrom, oder einer Messkapazität oder einer Signallaufzeit eines elektrischen Pulses abzuleiten.
In einer Ausgestaltung sind das erste Sondenteil und das zweite Sondenteil miteinander verschweißt.
In einer Ausgestaltung weist das erste Sondenteil eine Aufnahme für das zweite Sondenteil auf, welche das zweite Sondenteil in einem Endbereich des zweiten Sondenteils umgreift.
In einer Ausgestatung stellt die Aufnahme auf einer dem zweiten Sondenteil zugewandten Seite die Angriffsfläche bereit.
In einer Ausgestatung ist das erste Sondenteil mittels einer Kunststoffvorrichtung insbesondere spielfrei radial gegenüber dem Prozessanschluss gelagert.
In einer Ausgestatung weist das erste Sondenteil abschnittsweise eine konische Außenfläche auf, wobei die Kunststoffvorrichtung eine korrespondierende konische Innenfläche aufweist, wobei die Außenfläche und die Innenfläche mittels einer Kraftwirkung gegeneinander gelagert sind.
In einer Ausgestaltung ist die elektronische Mess-/Betriebsschaltung mittels einer elektrisch leitfähigen Klemmvorrichtung mit dem ersten Sondenteil verbunden.
Im Folgenden wird die Erfindung anhand von erfindungsgemäßen Ausführungsbeispielen beschrieben.

1 zeigt einen Längsschnitt durch ein beispielhaftes erfindungsgemäßes Füllstandsmessgerät.
2 skizziert einen Messaufbau mit einem Füllstandsmessgerät und einem Behältnis.

1 zeigt einen Längsschnitt durch ein beispielhaftes erfindungsgemäßes Füllstandsmessgerät 1 mit einem Gehäuse 30, einer im Gehäuse angeordneten elektronischen Mess-/Betriebsschaltung 20, einer elektrisch leitfähigen Sonde 10, und einem Prozessanschluss 40. Alternativ kann die elektronische Mess-/Betriebsschaltung auch außerhalb des Gehäuses angeordnet sein, welche mittels einer Schnittstelle elektrisch an die Sonde angebunden ist.
Der Prozessanschluss ist am Gehäuse befestigt und dazu eingerichtet, die Sonde 10 radial zu lagern. Die Sonde ragt dabei über ein offenes Ende 41 des Prozessanschlusses in ein Lumen 42 des Prozessanschlusses hinein. Eine Innenwand 43 des Prozessanschlusses folgt im Bereich des offenen Endes einer Konusform. Eine entsprechend konusförmige Konusdichtung 50 ist zwischen der Innenwand und der Sonde 10 verpresst. Auf diese Weise ist die Sonde durch den Prozessanschluss radial gelagert.
Um einen festen Sitz der Konusdichtung sicherzustellen, bewirkt ein Federmechanismus 60, beispielsweise wie hier gezeigt mittels einer Spiralfeder 61 eine Kraft auf die Konusdichtung in Richtung des offenen Endes.
Erfindungsgemäß weist die Sonde ein erstes Sondenteil 11 und ein zweites Sondenteil 12 auf, welche Sondenteile beispielsweise durch Schweißen, und insbesondere durch Punktschweißen zusammengefügt sind. Das erste Sondenteil ist stabförmig und starr. Das zweite Sondenteil kann wie hiergezeigt ebenfalls starr und stabförmig sein. Alternativ kann das zweite Sondenteil an einem dem Medium zuzuwendenden Seite ein Seil aufweisen, womit ein Kontaktbereich zum Medium mechanisch flexibel ausgestaltet werden kann. Das erste Sondenteil ist dabei im Lumen des Prozessanschlusses angeordnet und ist mit der elektronischen Mess-/Betriebsschaltung elektrisch verbunden. Das erste Sondenteil bietet dabei eine Angriffsfläche 11.1 für den Federmechanismus 60, so dass dieser eine Kraft auf die Konusdichtung bewirken kann. Beispielsweise kann der erste Sondenteil wie hier gezeigt eine Aufnahme 11.2 für einen Endbereich 12.2 des zweiten Sondenteils 12 aufweisen, wobei eine dem zweiten Sondenteil zugewandte Seite der Aufnahme 11.21 die Angriffsfläche aufweist. Das zweite Sondenteil ist dabei dazu eingerichtet, in das Medium abschnittsweise eingetaucht zu werden.
Beispielsweise ist das erste Sondenteil wie hier gezeigt ein starres Bauteil und kann beispielsweise durch Drehen eines Ausgangsbauteils hergestellt sein. Das zweite Sondenteil kann abschnittsweise eine elektrisch isolierende Beschichtung 12.1 aufweisen. Dies kann beispielsweise eine extrudierte Kunststoffbeschichtung sein.
Das erste Sondenteil kann wie hier gezeigt mittels einer Kunststoffvorrichtung 70 gegenüber dem Prozessanschluss radial gelagert sein. Das erste Sondenteil kann dabei wie hier gezeigt eine abschnittsweise konische Außenfläche 11.3 aufweisen, wobei die Kunststoffvorrichtung eine korrespondierende konische Innenfläche aufweist, welche konischen Flächen mittels einer Kraftwirkung gegeneinander gelagert sind.
Die elektrische Anbindung der elektronischen Mess-/Betriebsschaltung 20 an die Sonde kann wie hier gezeigt mittels einer elektrisch leitfähigen Klemmvorrichtung 80 bewirkt werden, welche beispielsweise an einen Endbereich des stabförmigen ersten Sondenteils aufgeklemmt wird.
In einer Ausgestaltung weist die Konusdichtung ein Elastomer oder Thermoplast auf oder ist aus einem Elastomer bzw. Thermoplast gefertigt.
2 skizziert einen Messaufbau mit einem beispielhaften erfindungsgemäßen Füllstandsmessgerät 1 und einem Behältnis B, in welchem ein Medium M befindlich ist. Die Sonde 10 des Füllstandsmessgeräts taucht dabei abschnittsweise in das Medium ein. Elektrische Eigenschaften der Sonde bzw. Sonde, Medium und gegebenenfalls Behältnis sind abhängig von Eintauchtiefe der Sonde bzw. Füllstand des Mediums. Ein Abfragen dieser Eigenschaften kann also dazu genutzt werden, den Füllstand des Mediums zu bestimmen.
Beispielsweise kann eine elektrische Leitfähigkeit von Sonde, Medium und Behältnis genutzt werden, einen Grenzstand des Mediums zu bestimmen. Beispielsweise kann diese Leitfähigkeit durch einen Messstrom bei gegebener Messspannung oder durch eine elektrische Widerstandsmessung abgefragt werden.
Beispielsweise kann auch eine elektrische Kapazität zwischen Medium und Sonde ermittelt werden. Diese Kapazität wird mit größerer Eintauchtiefe größer. Beispielsweise durch Bestimmung einer Resonanzfrequenz eines elektrischen Signals, mit welchem die Sonde beaufschlagt wird, kann die Kapazität und somit die die Eintauchtiefe bzw. der Füllstand des Mediums bestimmt werden. Beispielsweise kann die Kapazität auch durch Beaufschlagen der Sonde mit einem Wechselstrom und Messen einer Phasenverschiebung zwischen einer Messspannung und einem Messstrom bestimmt werden. Ein daraus ableitbarer Blindstrom gibt Aufschluss über die Kapazität zwischen Medium und Sonde.
Beispielsweise kann die Sonde mit einem elektrischen Puls beaufschlagt werden, welcher an einer Mantelfläche der Sonde entlangläuft und an einer Grenzfläche Medium-Luft reflektiert wird. Eine Laufzeit zur Grenzfläche hin und wieder zurück bietet Aufschluss über den Füllstand des Mediums.
Bezugszeichenliste

1: Elektrisches Füllstandsmessgerät
10: Sonde
11: erstes Sondenteil
11.1: Angriffsfläche
11.2: Aufnahme
11.21: dem zweiten Sondenteil zugewandte Seite der Aufnahme
11.3: konische Außenfläche
12: zweites Sondenteil
12.1: Beschichtung
12.2: Endbereich
20: elektronische Mess-/Betriebsschaltung
30: Gehäuse
40: Prozessanschluss
41: offenes Ende
42: Lumen
43: Innenwand
50: Konusdichtung
60: Federmechanismus
61: Spiralfeder
70: Kunststoffvorrichtung
71: konische Innenfläche
80: Klemmvorrichtung
M: Medium
B: Behältnis

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

EP 1544585 B1 [0002]

Claims

Elektrisches Füllstandsmessgerät (1) zum Messen eines Füllstands eines Mediums (M) in einem Behältnis (B) umfassend: - eine elektrisch leitfähige Sonde (10) eingerichtet zum Leiten eines elektrischen Signals, wobei die Sonde dazu eingerichtet ist, in das Medium eingetaucht zu werden; - eine elektronische Mess-/Betriebsschaltung (20) eingerichtet zum Erzeugen und Auswerten von elektrischen Signalen sowie zum Bereitstellen von Füllstandsmesswerten; - ein Gehäuse (30), in welchem beispielsweise die elektronische Mess-/Betriebsschaltung angeordnet ist; - einen am Gehäuse befestigten Prozessanschluss (40), welcher dazu eingerichtet ist, die Sonde radial zu lagern, wobei die Sonde abschnittweise über ein offenes Ende (41) des Prozessanschlusses in ein Lumen (42) des Prozessanschlusses hineinragt; wobei das zweite Sondenteil mittels einer Konusdichtung (50) radial gegenüber dem Prozessanschluss gelagert ist, wobei eine Innenwand (43) des Prozessanschlusses im Bereich des offenen Endes einer Konusform folgt, wobei ein Innendurchmesser zum offenen Ende hin abnimmt, wobei die Konusdichtung zwischen der konusförmigen Innenwand und der Sonde verpresst ist, wobei ein Federmechanismus (60) dazu eingerichtet ist, die Konusdichtung axial in Richtung des offenen Endes einzuspannen, dadurch gekennzeichnet, dass die Sonde ein erstes Sondenteil (11) und ein zweites Sondenteil (12) aufweist, welche Sondenteile aneinandergefügt sind, wobei das erste Sondenteil im Lumen angeordnet ist und eine Angriffsfläche (11.1) für den Federmechanismus bereitstellt, und wobei das zweite Sondenteil dazu eingerichtet ist, in das Medium eingetaucht zu werden.
Füllstandsmessgerät nach Anspruch 1, wobei das erste Sondenteil (11) ein mechanisch starres Teil, beispielsweise ein Drehteil ist, wobei das zweite Sondenteil (12) einen Stab aufweist, an welchem an einem dem Medium zugewandten Ende insbesondere ein Seil befestigt ist.
Füllstandsmessgerät nach Anspruch 1 oder 2, wobei das zweite Sondenteil (12) zumindest abschnittsweise eine elektrisch isolierende Beschichtung (12.1), insbesondere eine extrudierte Kunststoffbeschichtung aufweist.
Füllstandsmessgerät nach einem der vorigen Ansprüche, wobei die elektronische Mess-/Betriebsschaltung (20) dazu eingerichtet ist, den Füllstand des Mediums aus einem Messstrom, oder einer Messkapazität oder einer Signallaufzeit eines elektrischen Pulses abzuleiten.
Füllstandsmessgerät nach einem der vorigen Ansprüche, wobei das erste Sondenteil (11) und das zweite Sondenteil (12) miteinander verschweißt sind, insbesondere mittels eines Punktschweißverfahrens.
Füllstandsmessgerät nach einem der vorigen Ansprüche, wobei das erste Sondenteil (11) eine Aufnahme (11.2) für das zweite Sondenteil (12) aufweist, welche das zweite Sondenteil in einem Endbereich (12.2) des zweiten Sondenteils umgreift.
Füllstandsmessgerät nach Anspruch 6, wobei die Aufnahme (11.2) auf einer dem zweiten Sondenteil (12) zugewandten Seite (11.21) die Angriffsfläche (11.1) bereitstellt.
Füllstandmessgerät nach einem der vorigen Ansprüche, wobei das erste Sondenteil mittels einer Kunststoffvorrichtung (70) insbesondere spielfrei radial gegenüber dem Prozessanschluss (40) gelagert.
Füllstandmessgerät nach Anspruch 8, wobei das erste Sondenteil abschnittsweise eine konische Außenfläche aufweist, wobei die Kunststoffvorrichtung (70) eine korrespondierende konische Innenfläche aufweist, wobei die Außenfläche und die Innenfläche mittels einer Kraftwirkung gegeneinander gelagert sind.
Füllstandmessgerät nach einem der vorigen Ansprüche, wobei die elektronische Mess-/Betriebsschaltung (20) mittels einer elektrisch leitfähigen Klemmvorrichtung (80) mit dem ersten Sondenteil (11) verbunden ist.
Füllstandmessgerät nach einem der vorigen Ansprüche, wobei die Konusdichtung ein Elastomer oder Thermoplast aufweist oder aus einem Elastomer bzw. Thermoplast gefertigt ist.