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Die
Erfindung betrifft eine Anzeigevorrichtung zum Visualisieren einer
Füllhöhe einer
Flüssigkeit
in einem Druckkörper
mit einer Bohrung und Schauöffnungen
gemäß dem Oberbegriff
des Anspruchs 1.
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Derartige
Anzeigevorrichtungen werden in der Industrie eingesetzt, um die
Füllhöhe eines
Kessels mit Hilfe eines Beleuchtungsmoduls zum Durchleuchten der
Schauöffnungen
eines Druckkörpers
mit mindestens einer Lichtsendeeinheit und mit mindestens einem
Anzeigemodul bereitzustellen. Dazu wird das Licht der Lichtsendeeinheit,
die üblicherweise eine
Halogenlampe aufweist, mit Hilfe von Farbfiltern in zwei Lichtstrahlen
mit unterschiedlicher Farbe zerlegt und anschließend mit entsprechenden Optiken durch
die Schauöffnungen
auf den Mittelpunkt des Druckkörpers
fokussiert. Aufgrund der jeweils unterschiedlichen Lichtbrechung
des Lichts einer ersten Farbe und des Lichts einer davon unterscheidbaren zweiten
Farbe wird von dem Anzeigemodul eine der beiden Farben angezeigt,
je nachdem ob der Druckkörper
dort, wo es von der Lichteinheit durchleuchtet wird, leer oder mit
Flüssigkeit
gefüllt
ist.
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Die
im Stand der Technik verwendeten Halogenlampen haben den Nachteil,
dass sie nicht im Dauerbetrieb eingesetzt werden können, so
dass neben dem Erfordernis von Komponenten, die das Licht farblich
zerlegen und durch die Schauöffnungen
auf den Mittelpunkt des Druckkörpers
fokussieren, weitere Komponenten erforderlich sind, um den Betrieb der
Halogenlampen zu steuern. Eine kontinuierliche Erfassung der Füllstandshöhe ist somit
nicht möglich, was
mit einem Sicherheitsrisiko verbunden ist. Ferner ist der Energieaufwand
des dazu erforderlichen Halogenlampenhauses erheblich.
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Der
Energieverbrauch könnte
deutlich vermindert werden, wenn anstelle der Halogenlampe im Beleuchtungsmodul
eine Leuchtdiode eingesetzt wird. Eine derartige Leuchtdiode hat
einen deutlich geringeren Energieverbrauch und kann im Dauerbetrieb
eingesetzt werden, so dass eine kontinuierliche Ablesung möglich wird.
Jedoch bleibt bei einer Leuchtdiode der Aufwand, über Farbfilter,
um zwei farblich unterschiedliche Strah lenbündel zu erzeugen, und über entsprechende
Optiken, um den in zwei Farben zerlegten Lichtstrahl durch die Schauöffnungen
auf den Mittelpunkt des Druckkörpers
zu fokussieren, unverändert
groß.
Ein weiterer Nachteil einer Leuchtdiode besteht darin, dass die
Lichtintensität
durch die nachgeschalteten optischen Geräte, insbesondere durch das
Farbfilter, derart geschwächt werden
kann, dass die Blende des Anzeigemoduls nicht ausreichen beleuchtet
wird, um eine eindeutige Farbzuordnung zu erkennen.
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Aufgabe
der Erfindung ist es, eine Anzeigevorrichtung zum Visualisieren
einer Füllhöhe einer Flüssigkeit
in einem Druckkörper
zu schaffen, welche die Nachteile im Stand der Technik überwindet
und insbesondere eine kontinuierliche Anzeige der Füllstandshöhe ermöglicht.
Darüber
hinaus ist es Aufgabe der Erfindung, die Anzeigehelligkeit zu verbessern und
den gesamten Aufbau einer derartigen Anzeigevorrichtung kostengünstig zu
vereinfachen.
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Gelöst wird
diese Aufgabe mit einem Gegenstand, der die Merkmale des unabhängigen Anspruchs
1 aufweist. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung werden mit
den Merkmalen der abhängigen
Ansprüche
offenbart.
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Erfindungsgemäß wird eine
Lichtsendeeinheit für
das Beleuchtungsmodul vorgesehen, die mindestens zwei verschiedenfarbig
leuchtende LED-Module aufweist. Jedes der LED-Module sendet dabei im
Betrieb ein konvergentes, auf den Druckkörper gerichtetes Strahlenbündel aus.
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Diese
Anzeigevorrichtung hat den Vorteil, dass zwischen den LED-Modulen
und dem Druckkörper
keinerlei Lichtintensität
vermindernde Farbfilter erforderlich sind. Auch eine nach den Farbfiltern
erforderliche optische Anordnung zur Fokussierung der unterschiedlich
farbigen Lichtstrahlen auf den Druckkörper entfällt. Der bisherige Aufwand
an Schutzmaßnahmen
für derartige
optische Komponenten – wie
einem Optikgehäuse – entfällt ebenfalls.
Bei dem Zusammenbau sind lediglich die LED-Module auf den Druckkörper auszurichten,
so dass sowohl das Ausrichten eines zweifarbigen Filters als auch
das Ausrichten von optischen Linsen in einem optischen Gehäuse entfallen.
Der Montageaufwand wird verringert und kürzere Projektierungs-, Herstellungs-
und Lieferzeiten werden möglich.
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Die
Minimierung der erforderlichen optischen Komponenten hat darüber hinaus
den Vorteil, dass eine sehr kompakte Ausführungsform des Beleuchtungsmoduls
möglich
ist und damit die Verschmutzungsgefahr, die sonst zu einer entsprechenden
Ableseunsicherheit führen
könnte,
weiter vermindert ist. Schließlich
wird durch den Einsatz der dualen LED-Lichtsendeeinheit die Anzeigehelligkeit
gegenüber
Modulen mit einem einzigen LED-Modul sichtlich verbessert.
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Bei
einer besonders bevorzugten Ausgestaltung ist die Bohrung eine vertikal
durchgehende Bohrung. Dies ist bei standardmäßig eingesetzten Komponenten
der Fall.
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Eine
Positionierung des Beleuchtungsmoduls und/oder des Anzeigemoduls
relativ zum Druckkörper
kann auf grundsätzlich
unterschiedliche Weisen erfolgen. Wichtig ist, dass die Schauöffnungen des
Druckkörpers
vom Beleuchtungsmodul durchstrahlt werden und dass das durchtretende
Licht mit Hilfe des Anzeigemoduls dargestellt werden kann. Besonders
bevorzugt werden das Beleuchtungsmodul und/oder das Anzeigemodul
im Betriebszustand bezüglich
einer Mittelachse des Druckkörpers
positioniert oder ausgerichtet.
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Diese
Positionierung erfolgt bevorzugt so, dass die konvergenten Strahlenbündel im
Betrieb auf die Mittelachse des Druckkörpers gerichtet, insbesondere
fokussiert, sind.
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Vorzugsweise
weist das Anzeigemodul wenigstens eine Blende auf, die schlitzförmig ausgeführt ist
und einen Blendenschlitz parallel zur Mittelachse des Druckkörpers besitzt.
Dabei kann in vorteilhafter Weise die Schlitzbreite auf die nach
dem Durchleuchten des Druckkörpers
auftretende Breite der unterschiedlich abgelenkten Farbstrahlen
der LED-Module angepasst sein.
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In
einer weiteren Ausführungsform
der Erfindung weist der Blendenschlitz ein mattiertes Projektionsglas
auf, welches das auffallende duale Strahlenbündel der LED-Module streut,
so dass je nach Füllstand
im Druckkörper
das mattierte Projektionsglas in Form einer Mattscheibe in einer
der beiden Farben aufleuchtet. Die durch die mattierte Projektionsscheibe
des Blendenschlitzes erzeugte diffuse Streuung ermöglicht eine
weitwinklige Erfassung der Farbänderung.
Auch eine automatische Erfassung der Farbänderung ist durch die diffuse
Streuung der mattierten Projektionsscheibe ohne großen Aufwand
möglich.
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Schließlich kann
auch durch entsprechende CAM-Kameras oder andere TV-Übertragungsmöglichkeiten
eine Fernübertragung
der Farbänderung
in vorteilhafter Weise an das Anzeigemodul angeschlossen sein. Die
diffuse Streuung kann dabei ge nutzt werden, um das entstehende Farbbild
auf eine zentrale Schaltwarte zu übertragen.
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In
einer weiteren Ausführungsform
der Erfindung ist es möglich,
mehrere Beleuchtungsmodule säulenförmig übereinander
zu stapeln, um das Steigrohr zur Füllstandsanzeige damit zu bestrahlen.
Entsprechend sind dann auf der Seite des Anzeigemoduls mehrere Blenden
in dem Anzeigemodul übereinander
angeordnet, die das duale Strahlenbündel von den entsprechenden
gestapelten Beleuchtungsmodulen erfassen und anzeigen. Zur Vereinfachung der
Lagerung und Bevorratung können
die Beleuchtungsmodule prinzipiell beliebig zusammengefasst werden.
Besonders bevorzugt werden Zweier-, Dreier-, Vierer-, Fünfer- und/oder
Sechserstapel zusammengefasst und wirken mit entsprechend angeordneten
Blendschlitzen von Anzeigemodulen zusammen. Dadurch ist es auf einfache
Weise möglich,
die unterschiedlichen Anforderungen an die Füllstandsüberwachung unterschiedlicher
industrieller Behälter kurzfristig
zu erfüllen.
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In
einer weiteren bevorzugten Ausführungsform
der Erfindung weist die Lichtsendeeinheit ein rot leuchtendes und
ein grün
leuchtendes LED-Modul auf. Diese Leuchtdioden haben den Vorteil,
dass sie einen stark fokussierten Strahl großer Helligkeit erzeugen und
damit die Ablesegenauigkeit und die Ablesesicherheit weiter verbessern.
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Schließlich ist
es vorgesehen, eine optische Abschirmung als Blendschutz, die das
Einfallen von Streulicht auf Schaugläser, welche am Druckkörper fixiert
sind, eindämmt
und das Bedienungspersonal vor dem dualen Strahlenbündel schützt.
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Die
Erfindung wird nun anhand der beigefügten Figuren näher erläutert.
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1 zeigt
einen schematischen Querschnitt durch eine Anzeigevorrichtung einer
ersten Ausführungsform
der Erfindung;
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2 zeigt
einen schematischen horizontalen Querschnitt durch ein Beleuchtungsmodul
einer Anzeigevorrichtung einer zweiten Ausführungsform der Erfindung;
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3 zeigt
einen schematischen vertikalen Querschnitt durch das Beleuchtungsmodul
gemäß 2;
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4 zeigt
eine schematische perspektivische Ansicht des Beleuchtungsmoduls
gemäß 3;
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5 zeigt
eine schematische perspektivische Ansicht einer Anzeigevorrichtung
einer dritten Ausführungsform
der Erfindung von der Beleuchtungsseite aus gesehen;
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6 zeigt
eine schematische perspektivische Ansicht der Anzeigevorrichtung
gemäß 4 von
der Anzeigenseite aus gesehen;
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7 zeigt
eine schematische perspektivische Ansicht einer weiteren Anzeigevorrichtung
einer Ausführungsform
der Erfindung.
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1 zeigt
einen schematischen Querschnitt durch eine Anzeigevorrichtung 1 einer
ersten Ausführungsform
der Erfindung. Dazu ist dieser Querschnitt der Anzeigevorrichtung 1 horizontal
dargestellt. Ein Druckkörper 5 mit
vertikal durchgehender Bohrung und entsprechenden Schauöffnungen 20 ist
hingegen vertikal ausgerichtet und ist an einem nicht gezeigten
Behälter über rechtwinklig
zum Druckkörper 5 angeordnete
Flansche 19 kommunizierend und flüssigkeitsdicht befestigt. Abhängig vom Flüssigkeitsstand
in dem Behälter
ist der Druckkörper 5 frei
von Flüssigkeit
oder kann eine Flüssigkeit im
Bereich des hier gezeigten horizontalen Querschnitts der Anzeigevorrichtung 1 aufweisen.
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Am
Druckkörper 5 sind
Schauglasdeckel 23 und 24 angebracht, die entsprechende
Schaugläser 20, 25 in
Position relativ zur Anzeigevorrichtung 1 halten.
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Ein
erstes Schauglas 20 ist auf der Seite eines Beleuchtungsmoduls 6 angeordnet.
Ein zweites Schauglas 25 ist auf der Seite eines Anzeigemoduls 10 vorgesehen.
Ferner sind am Druckkörper 5 zur Seite
des Beleuchtungsmoduls 6 hin Halterungen 26 und 27 vorgesehen,
die das Beleuchtungsmodul 6 mit einer Lichtsendeeinheit 7 halten.
Auf der Seite des Anzeigemoduls 10 wird das Anzeigemodulgehäuse 28 durch
Befestigungen am Druckkörper
gehalten. Schließlich
ist zum Beleuchtungsmodul 6 hin eine optische Abschirmung 18 vorgesehen,
welche Streulicht der Umgebung von dem Schauglas 20 abhalten
soll, um das Anzeigeergebnis nicht zu beeinträchtigen. Die optische Abschirmung 18 kann
gleichzeitig als Blendschutz für
das Bedienungspersonal ausgebildet sein.
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In
dem Beleuchtungsmodul 6 ist ein erstes LED-Modul 13 angeordnet,
das einen auf den Mittelpunkt des Druckkörpers 5 gerichteten
beispielsweise grünen
Lichtstrahl 8 emittiert. Ein zweites LED-Modul 14 emittiert
einen beispielsweise roten Lichtstrahl 9, der ebenfalls
auf den Mittelpunkt des Druckkörpers 5 fokussiert
ist. Dieses duale Strahlenbündel 15 weitet sich
nach der Fokussierung und nach dem Durchstrahlen des Druckkörpers 5 auf
und trifft auf eine schlitzförmige
Blende 11 des Anzeigemoduls 10. Ein Blendenschlitz 16 ist
mit seiner Breite auf die Breite der Strahlen auf der Seite des
Anzeigemoduls 10 angepasst und mit einer Mattscheibe 17 aus
einem mattierten Projektionsglas versehen, die je nach Füllstand
entweder grünes
oder rotes Licht diffus abstrahlt.
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Dieser
Querschnitt einer ersten Ausführungsform
der Erfindung verdeutlicht, dass zwischen Beleuchtungsmodul 6 mit
der Lichtsendeeinheit 7 und dem Druckkörper 5 keinerlei optische
Komponenten angeordnet sind, sondern vielmehr das duale Strahlenbündel 15 direkt
auf den Mittelpunkt des Druckkörpers 5 fixiert
ist. Lediglich eine klarsichtige Schutzscheibe 29 ist als
Schmutz- und Staubschutz an dem Beleuchtungsmodul 6 angeordnet
und dient als Fenster für
das duale Strahlenbündel 15.
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2 zeigt
einen schematischen horizontalen Querschnitt durch ein Beleuchtungsmodul 6 einer Anzeigevorrichtung 2 einer
zweiten Ausführungsform der
Erfindung. Komponenten mit gleichen Funktionen wie in 1 werden
mit gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet und nicht extra erörtert. Ein
Unterschied zu dem in 1 gezeigten Beleuchtungsmodul 6 ist
zunächst
nicht erkennbar und wird erst mit dem in 3 gezeigten
vertikalen Querschnitt durch das Beleuchtungsmodul 6 deutlich.
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Ein
Beleuchtungsmodulgehäuse 31 des
Beleuchtungsmoduls 6 wird von einem Hohlrohr mit rechteckigem
Querschnitt gebildet, das auf seiner Rückseite 32 elektrische
Stecker 33 bzw. elektrische Buchsen 34 aufweist,
die es ermöglichen,
von Modul zu Modul die elektrische Versorgung durchzuschleifen.
Auf der Innenseite der Rückseite 32 ist
eine Stromversorgung 35 für die LED-Module 13 und 14 angeordnet.
Die Vorderseite 36 weist eine Öffnung 37 auf, die
das duale Strahlenbündel 15,
das von der Lichtsendeeinheit 7 emittiert wird, durchlässt. Zum Schutz
gegen Verschmutzung ist diese Öffnung
mit einer klarsichtigen Schutzscheibe 29 abgedeckt. Die LED-Module 13 und 14,
welche die Lichtsendeeinheit 7 bilden, werden von einem
U-förmigen
Träger 38 – vorzugsweise
aus einem Aluminiumprofil – innerhalb des
Beleuchtungsmodulgehäuses 31 fixiert.
Für den Anbau
des Beleuchtungsmoduls 6 an entsprechende Halterungen der
Anzeigevorrichtung 2 sind Befestigungsmittel 12 auf
Seitenwänden 30 und 46 des
Beleuchtungsmodulgehäuses 31 vorgesehen.
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3 zeigt
einen schematischen vertikalen Querschnitt durch das Beleuchtungsmodul 6 gemäß 2.
Dieser Querschnitt zeigt, dass drei Lichtsendeeinheiten 7.1, 7.2 und 7.3 übereinander
auf dem U-förmigen
Träger 38 angeordnet
sind und in Richtung A durch die Schutzscheibe 29 duale
Strahlenbündel
auf einen hier nicht gezeigten Druckkörper richten. Dazu ist die
Schutzscheibe 29 mit einem Glaskleber auf der Vorderseite 36 des
Modulgehäuses 31 stoffschlüssig verklebt
und abgedichtet. Die LED-Module 13 sind auf dem U-förmigen Träger 38 mit
einer Wärmeleitpaste
montiert, um entstehende Verlustwärme der LED-Module 13 über den
U-förmigen
Träger 38 und
das Gehäuse 31 auf
die Umgebung abzugeben.
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Das
Beleuchtungsmodulgehäuse 31,
das im Wesentlichen ein rechteckförmiger Hohlkörper ist, wird
an seiner Unter- und Oberseite durch entsprechende Deckel 39 und 40 mit
dazwischen angeordneten Gehäusedichtungen 41 bzw. 42 staubdicht
verschlossen. Auf der Rückseite 32 des
Beleuchtungsmodulgehäuse 31 sind
ein elektrischer Stecker 33 und eine elektrische Steckbuchse 34 übereinander angeordnet,
so dass es möglich
ist, die elektrische Versorgung auf der Rückseite der Module bei einer Stapelung
derartiger Module zu einer Beleuchtungssäule von Modul zu Modul durchzuschleifen.
Auf der Innenseite der Rückseite 32 ist
entsprechend eine Stromversorgung 35 der LED-Module angeordnet, die über einen
entsprechenden Satz von Lüsterklemmen 43 mit
der Stromversorgung 35 verbunden werden. Außerdem ist
zum Anschluss der Stromversorgung 35 eine vierpolige Anschlussklemme 44 auf
der Innenseite der Rückseite 32 des
Beleuchtungsmodulgehäuses 31 vorgesehen.
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4 zeigt
eine schematische perspektivische Ansicht des Beleuchtungsmoduls 6 gemäß 3.
Dieses Beleuchtungsmodul 6 ist staub- und luftdicht abgeschlossen,
so dass die in dem Beleuchtungsmodul 6 angeordneten LED-Module 13 und 14 vor
Staub und Schmutz geschützt
sind. In Pfeilrichtung A werden jeweils ein grüner Lichtstrahl 8 und
ein roter Lichtstrahl 9 von den LED-Modulen 13 bzw. 14 von
den Lichtsendeeinheiten 7.1, 7.2 und 7.3 auf
den hier nicht gezeigten Druckkörper
ausgerichtet.
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5 zeigt
eine schematische perspektivische Ansicht einer Anzeigevorrichtung 3 einer
dritten Ausführungsform
der Erfindung von der Beleuchtungsseite 45 aus gese hen.
Mit Hilfe der gestrichelten Pfeile A wird die Beleuchtungsrichtung
angedeutet. Der Unterschied zu den vorhergehenden Ausführungsformen
der Erfindung besteht darin, dass hier zwei Beleuchtungsmodule 6 mit
jeweils drei Lichtsendeeinheiten übereinander zu einer Säule gestapelt sind,
um einen Druckkörperblock 47,
der den Druckkörper 5 aufweist,
zu beleuchten. Von dem Druckkörper 5 sind
die Schaugläser 20 zu
sehen, die mit Hilfe der Schauglasdeckel 23 an dem Druckkörper 5 angeordnet
sind. Die Beleuchtungsmodule 6 sind mit ihren Befestigungsmitteln 12 an
einer Halterung 26 fixiert, die ebenfalls mit dem Druckkörper 5 mechanisch
in Verbindung steht. An die optische Abschirmung 18 zwischen
Beleuchtungsmodulen 6 und Druckkörper 5 schließen sich
dann gestapelte Anzeigemodule 10 an, welche in der nachfolgenden 6 gezeigt
werden.
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6 zeigt
eine schematische perspektivische Ansicht der Anzeigevorrichtung 3 gemäß 4 von
der Anzeigenseite 48 aus gesehen. Die auf der Anzeigeseite 48 angeordneten
Blendenschlitze 16 sind jeweils in Gruppen von drei – entsprechend
den drei Lichtsendeeinheiten der Beleuchtungsmodule 6 – übereinander
angeordnet, wobei hier zwei Anzeigemodulgehäuse 28 aufeinander
entsprechend den Beleuchtungsmodulen 6 gestapelt sind.
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7 zeigt
eine schematische perspektivische Ansicht einer weiteren Anzeigevorrichtung 4 einer
Ausführungsform
der Erfindung. Bei dieser Ausführungsform
der Erfindung sind drei Beleuchtungsmodule 6 mit jeweils
vier Lichtsendeeinheiten zu einer Beleuchtungssäule mit insgesamt zwölf Lichtsendeeinheiten
gestapelt. Diese Anzeigevorrichtung 4 wird von der Beleuchtungsseite
her gezeigt, so dass das Durchschleifen der Stromversorgung über die Stecker 33 und
die Steckbuchsen 34 sichtbar wird. An der Halterung 27 sind
die drei gestapelten Beleuchtungsmodule 6 zu einer Beleuchtungssäule zusammengefasst,
welche die zwölf übereinander
angeordneten Schaugläser 20 des
Druckkörpers 5 mit zwölf dualen
Strahlenbündeln
ausleuchtet, um eine exakte Füllstandsanzeige
mit den Anzeigemodulen 10 zu liefern.