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Technisches Gebiet
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Die Erfindung bezieht sich auf einen Antennenaufbau, insbesondere einen Antennenaufbau für Radar-Füllstandmessgeräte, bei dem nicht nur die Montageschritte vereinfacht werden, sondern auch die Toleranz gegen extreme Bedingungen erhöht wird.
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Stand der Technik
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Um den Füllstand von Schüttgütern und Flüssigkeiten in einem Vorratsbehälter zu erfassen, wird ein Ultraschallfüllstandmessgerät oder ein Radar-Füllstandmessgerät an der Oberseite der Wandung des Vorratsbehälters eingesetzt, das mittels der Laufzeitdifferenz der Ultraschallwelle oder der Radarwelle den Füllstand misst. Da Radar-Füllstandmessgeräte im Vergleich mit Ultraschallfüllstandmessgeräten den Füllstand genauer erfassen können, werden Radar-Füllstandmessgeräte zunehmend und immer weiter verbreitet in verschiedenen Erkennungsumgebungen eingesetzt, um den Füllstand bei Güterarten wie Pulver, Feststoffe oder Flüssigkeiten zu messen.
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Radar-Füllstandmessgeräte werden überwiegend an Vorratsbehältern, in denen industrielle, chemische, lebensmittelverwandte sowie agrar- und ernährungsbezogene Produkte eingefüllt sind, für die Messung des Füllstands von Schüttgütern und Flüssigkeiten eingesetzt. Die Messgeräte bestehen hauptsächlich aus Transceiver-Schaltkreisen und Antennen. Eingesetzt werden die Radar-Füllstandmessgeräte meistens in rauer Umgebung mit hoher Temperatur, hohem Druck, Staubbelastung, kondensiertem Wasser, welches die Luft sättigt, oder sehr hohem bzw. niedrigem pH-Wert. Deshalb muss eine optimale Dichtwirkung zum Vermeiden von Störungen der Transceiver-Schaltkreise in den Anschlusskästen für die RF-Schaltung bzw. der Schaltung zum Abfühlen sowie der elektrischen Eigenschaften, der Messgenauigkeit bzw. der Nutzungsdauer der Schaltung zum Abfühlen durch die Umgebungen gegeben sein. Sonst kommen unangemessene Einflüsse auf die Transceiver-Schaltkreise und die Sensorelemente zu. Dies führt dazu, dass nicht nur die Sensoren keine gültigen Reflexionssignale von zu bestimmenden Objekten empfangen können, sondern auch keine optimale Signalqualität wegen der Störsignale bzw. der Einflussnahme durch die externen Faktoren erhalten werden kann.
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In der Praxis sind berührungslose Radar-Füllstandmessgeräte in der Anwendung in rauer Umgebung mit starker Säure bzw. Base wie Bergbau oder Industriechemie zwar vorhanden, aber ihr Aufbau ist kompliziert. Die Dichtigkeit ist aufgrund mehrerer Komponenten nicht optimal bzw. die Montageschritte sind aufwändig. Angesichts der genannten Probleme besteht die Notwendigkeit einer Erhöhung der Säure- und Laugenbeständigkeit des Füllstandmessgeräts für Schüttgüter und Flüssigkeiten, damit die Produktausbeuten verbessert und andere Aufgaben erreicht werden können. Demgemäß beschäftigt sich die Erfindung mit fortschrittlichen bzw. umsetzbaren Lösungsansätzen.
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Aufgabe der Erfindung
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Eine Aufgabe der Erfindung besteht darin, einen Antennenaufbau für Radar-Füllstandmessgeräte bereitzustellen, bei dem der Aufbau effektiv und schlank ist, die Montageschritte vereinfacht werden können bzw. die Schlagfestigkeit sowie die Säure-, Laugen-, und Korrosionsbeständigkeit zugleich erhöht werden.
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Zum Adressieren der genannten Punkte stellt die Erfindung einen Antennenaufbau für Radar-Füllstandmessgeräte dar, bei dem ein Erfassungssignal zu einem zu bestimmenden Betriebsstoff gesendet und ein Reflexionssignal empfangen wird. Der Antennenaufbau umfasst einen Hauptkörper, einen Satz Koaxialkabel, einen Impedanzwandler und eine Verbindungskomponente. Im Hauptkörper befindet sich ein Aufnahmeraum, in dem eine bestückte Leiterplatte ausgeführt ist. Der Satz Koaxialkabel ist im Hauptkörper ausgeführt und mit der bestückten Leiterplatte elektrisch verbunden. Der Impedanzwandler ist am Satz Koaxialkabel angeschlossen. Die Verbindungskomponente ist am Hauptkörper angesetzt. In der Verbindungskomponente sind der Impedanzwandler und der Satz Koaxialkabel eingesteckt. In der Verbindungskomponente befindet sich ein Raum für die Signalübermittlung, welcher mit dem Aufnahmeraum zusammen einen Durchgang bildet und das Senden der genannten Erfassungssignale bzw. den Empfang der genannten Reflexionssignale des Impedanzwandlers ermöglicht.
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Bevorzugt umfasst der Antennenaufbau weiter eine Manschette für die Antenne. In der Manschette für die Antenne ist ein der Verbindungskomponente entsprechender Steckplatz ausgeführt, wobei die Manschette für die Antenne den Antennenkopf abdecken kann und am Hauptkörper angebunden ist.
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Bevorzugt umfasst der Impedanzwandler weiter eine axiale Haltevorrichtung. Die axiale Haltevorrichtung ist mit einer Durchgangsöffnung versehen, die zum Impedanzwandler passt. Der Impedanzwandler ist bevorzugt als ein rohrförmiger Hauptkörper ausgeführt. Im rohrförmigen Hauptkörper sind eine Übertragungsklemme und ein aus einem Ende des rohrförmigen Hauptkörpers hervortretender Übertragungsanschluss ausgeführt, wobei die Übertragungsklemme, der Übertragungsanschluss und die Durchgangsöffnung nacheinander längs einer Achse angeordnet sind.
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Bevorzugt umfasst die axiale Haltevorrichtung weiter eine Aushöhlung und eine Anschlagwand. Die Anschlagwand ist an der Aushöhlung angrenzend und am unteren Ende der axialen Haltevorrichtung ausgeführt. Der Impedanzwandler ist in der Durchgangsöffnung eingebaut und liegt an der Anschlagwand an.
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Die Erfindung weist noch die folgenden Eigenschaften auf. Mittels der integrierten Verbindungskomponente, deren eines Ende den Impedanzwandler aufnimmt und am Hauptkörper angebunden ist bzw. deren anderes Ende einen Raum für die Signalübermittlung bildet, sind die Produktausbeuten verbessert, eine erhöhte Leistungsstabilität ermöglicht und die Montageschritte vereinfacht. Darüber hinaus passt die Form der axialen Haltevorrichtung genau zum Impedanzwandler, wodurch nicht nur eine maximale Übertragungsleistung der Radiofrequenz-Signale innerhalb der Betriebsfrequenz ermöglicht wird, sondern auch gegen eine hohe Gleichspannung isoliert wird, so dass die bestückte Leiterplatte von Schäden geschützt werden kann.
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Kurzbeschreibung der Zeichnungen
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1 Partielle Schnittansicht des erfindungsgemäßen gesamten Antennenaufbaus
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2 Schematisches Blockschaltbild des erfindungsgemäßen Antennenaufbaus
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3 Partielle Explosion der 1
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4A Ausführungsform der Manschette für die Antenne in gestreckter Form
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4B Andere Ausführungsform der Manschette für die Antenne in gestreckter Form
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5 Schnittansicht des erfindungsgemäßen Impedanzwandlers bei der ersten Ausführungsform
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6 Explosionsschnittansicht des Antennenaufbaus in 5
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7 Prospektive Explosion des erfindungsgemäßen Impedanzwandlers bei der zweiten Ausführungsform
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8 Kombinationsschnittansicht der 7
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Wege zur Ausführung der Erfindung
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Die erfindungsgemäßen weitergehenden Erläuterungen und technischen Merkmale werden durch die folgenden Beschreibungen der Ausführungsformen dargelegt. Die beigelegten Schaubilder dienen lediglich der Bezugnahme zugunsten der Erläuterungen, beschränken jedoch nicht die Erfindung.
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Wie in 1 und 2 gezeigt, stellt die Erfindung einen Antennenaufbau für Radar-Füllstandmessgeräte 100 dar, bei dem ein Erfassungssignal D zu einem zu bestimmenden Betriebsstoff 250 gesendet und ein Reflexionssignal R empfangen wird. Der Antennenaufbau 100 umfasst einen Hauptkörper 110, einen Satz Koaxialkabel 140, einen Impedanzwandler 160 und eine Verbindungskomponente 200. Im Hauptkörper 110 befindet sich ein Aufnahmeraum 120, in dem eine bestückte Leiterplatte 130 ausgeführt ist. Der Satz Koaxialkabel 140 ist im Hauptkörper 110 ausgeführt und mit der bestückten Leiterplatte 130 elektrisch verbunden. Der Impedanzwandler 160 ist am Satz Koaxialkabel 140 angeschlossen. Die Verbindungskomponente 200 ist am Hauptkörper 110 angesetzt. In der Verbindungskomponente 200 sind der Impedanzwandler 160 und ein Teil des Satzes Koaxialkabel 140 eingesteckt. In der Verbindungskomponente 200 befindet sich ein Raum für die Signalübermittlung 212, welcher mit dem Aufnahmeraum 120 zusammen einen Durchgang bildet und das Senden der genannten Erfassungssignale D bzw. den Empfang der genannten Reflexionssignale R des Impedanzwandlers 160 ermöglicht.
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Bei der in 1 gezeigten Ausführungsform ist zusätzlich eine Führungsbuchse 150 ausgeführt, welche sich im Aufnahmeraum 120 des Hauptkörpers 110 befindet, wobei sich der Satz Koaxialkabel 140 durch die Führungsbuchse 150 einführen und von dieser umhüllen lässt. Die hier genannte bestückte Leiterplatte 130 umfasst weitere geeignete Leiterplatten, wie zum Beispiel eine Radiofrequenz-Leiterplatte. Wie in 2 gezeigt, verläuft die Übertragungsstrecke der genannten, zu den zu bestimmenden Betriebsstoffen 250 gesendeten Erfassungssignale D von der bestückten Leiterplatte 130 ab, durch den Satz Koaxialkabel 140 und die Bauteile für den Impedanzwandler 160 zur Verbindungskomponente 200. Die Übertragungsstrecke der genannten, von den zu bestimmenden Betriebsstoffen 250 empfangenen Reflexionssignale R ist identisch.
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Wie in 3 gezeigt, umfasst die integrierte (optimierte) Verbindungskomponente 200 weiter eine Manschette für die Antenne 220. Bei der hier genannten Verbindungskomponente 200 ist bevorzugt eines ihrer Enden als das Zahnkronenteil 210 ausgeführt, welches mit dem Hauptkörper 110 verschraubt werden kann, bzw. ihr anderes Ende ist als Teilstück für die Signalerweiterung 216 ausgeführt, welches einen Raum für die Signalübermittlung 212 bildet. Darüber hinaus ist die Außenfläche des Zahnkronenteils 210 mit einem Außengewinde 202 und einem Flansch 206 versehen. Das Außengewinde 202 wird mit dem Innengewinde 112 des Hauptkörpers 110 verschraubt, bis der Flansch 206 am Hauptkörper 110 anliegt. Wie in 3 gezeigt, ist eine Seite des Flansches 206 mit einem wasserdichten Stoff 230 versehen, um ein Eindringen von Flüssigkeiten in den Hauptkörper 110 zu vermeiden. In der Manschette für die Antenne 220 befindet sich ein der Verbindungskomponente 200, nämlich dem Teilstück für die Signalerweiterung 216, entsprechender Steckplatz 222, damit das Teilstück für die Signalerweiterung 216 im Steckplatz 222 aufgenommen werden kann.
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Darüber hinaus besteht die Manschette für die Antenne 220 bevorzugt aus Teflon oder anderen Isolierstoffen. Ein Ende der Manschette für die Antenne 220 ist mit einem Innengewinde 222 versehen, welches mit dem Außengewinde 204 des Zahnkronenteils 210 verschraubt werden kann, damit die Manschette für die Antenne 220, wie in 1 gezeigt, mit der Verbindungskomponente 200 verschraubt und am Hauptkörper 110 befestigt werden kann. Dadurch kann die Manschette für die Antenne 220 die Verbindungskomponente 200 komplett abdecken und am Hauptkörper 110 angebunden werden, so dass die Schlagfestigkeit sowie die Säure-, Laugen- und Korrosionsbeständigkeit des Antennenaufbaus 100 erhöht werden können, was eine verbesserte Toleranz gegen extreme Bedingungen bedeutet. Außerdem werden die elektrischen Signale gegen eine hohe Gleichspannung isoliert, so dass die bestückte Leiterplatte 130 im Hauptkörper 110 vor Schäden geschützt wird.
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Wie bei der in 3 gezeigten Ausführungsform weist die Manschette für die Antenne 220 eine gestreckte Form auf, die dem Raum für die Signalübermittlung 212 entspricht, das bedeutet hier, dass der Vorsprung kegelförmig ist. Dabei weist die Manschette für die Antenne 220 eine gestreckte Form auf, welche wie bei der in 4A gezeigten Ausführungsform bogenförmig und wie bei der in 4B gezeigten Ausführungsform planar gestaltet werden kann und keine eingeschränkte Form besitzt. Darüber hinaus sind der Aufnahmeraum 120 und der Raum für die Signalübermittlung 212 bevorzugt längs einer gleichen Achse 186 ausgeführt. Der Raum für die Signalübermittlung 212 weist bevorzugt eine konische Struktur 214 (auch als Schalltrichter bezeichnet) auf, deren Öffnung sich in der zum Impedanzwandler 160 entgegengesetzten Richtung vergrößert, so dass sich die elektrische Feldverteilung (in den Bildern nicht gezeigt) analog zur konischen Struktur 214 vergrößert.
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In 5 und 6 werden die Schnittansicht bzw. die Explosionsschnittansicht des erfindungsgemäßen Impedanzwandlers bei der ersten Ausführungsform gezeigt. Der Impedanzwandler 160 ist bevorzugt durch die Verschraubung an einer Seite der Verbindungskomponente 200 befestigt und mit einem Ende des Satzes Koaxialkabel 140 elektrisch verbunden. Bei dieser Ausführungsform umfasst der Impedanzwandler 160 weiter eine axiale Haltevorrichtung 170. Die axiale Haltevorrichtung 170 ist mit einer Durchgangsöffnung 172 versehen, die zum Impedanzwandler 160 passt, welcher durch die Verschraubung in der Durchgangsöffnung 172 der axialen Haltevorrichtung 170 befestigt ist. Das heißt, die Außenfläche des Impedanzwandlers 160 ist mit einem Außengewinde (in den Bildern nicht gezeigt) versehen, wobei die Durchgangsöffnung 172 der axialen Haltevorrichtung 170 mit einem Innengewinde (in den Bildern nicht gezeigt) versehen ist, so dass sie miteinander verschraubt werden können.
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Bei dieser Ausführungsform weist der Impedanzwandler 160 bevorzugt einen röhrenförmigen Hauptkörper auf. Im röhrenförmigen Hauptkörper 180 sind eine Übertragungsklemme 184 und ein aus einem Ende des röhrenförmigen Hauptkörpers 180 hervortretender Übertragungsanschluss 182 ausgeführt, wobei die Übertragungsklemme 184, der Übertragungsanschluss 182 und die Durchgangsöffnung 172 nacheinander längs einer Achse 186 angeordnet sind. Das heißt, ein Ende der Übertragungsklemme 184 ist mit dem Übertragungsanschluss 182 steckverbunden und die Mittelachsen von beiden sitzen an der genannten Achse 186. Wie in 1 gezeigt, ist ein Ende des Übertragungsanschlusses 182 mit einem Ende des Satzes Koaxialkabel 140 elektrisch verbunden, damit die genannten Erkennungs- und Reflexionssignale (in den Bildern nicht gezeigt) übertragen werden können.
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Darüber hinaus umfasst die axiale Haltevorrichtung 170 wie bei den in 5 und 6 gezeigten Ausführungsformen weiter eine Aushöhlung 174 und eine Anschlagwand 176. Die Anschlagwand 176 ist an der Aushöhlung 174 angrenzend und am unteren Ende der axialen Haltevorrichtung 170 ausgeführt. Der Impedanzwandler 160 ist mit der Durchgangsöffnung 172 verschraubt und liegt zur Befestigung an der Anschlagwand 176 an.
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In 7 und 8 werden die prospektive Explosion bzw. die Kombinationsschnittansicht des erfindungsgemäßen Impedanzwandlers bei der zweiten Ausführungsform gezeigt. Bei diesen Ausführungsformen ist eine Befestigungskonstruktion 192, wie zum Beispiel ein Flansch, dessen Ausmaß größer ist als der Außendurchmesser des röhrenförmigen Hauptkörpers 180, am Übertragungsanschluss 182 des röhrenförmigen Hauptkörpers 180 ausgeführt. Die axiale Haltevorrichtung 170 ist mit einer der Befestigungskonstruktion 192 entsprechenden Befestigungsaushöhlung 178 versehen, damit die Befestigungskonstruktion 192 an der Befestigungsaushöhlung 178 der axialen Haltevorrichtung 170 befestigt werden kann, wodurch eine passgenaue Verbindung zwischen dem röhrenförmigen Hauptkörper 180 und der axialen Haltevorrichtung 170 entsteht.
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Darüber hinaus umfasst der Impedanzwandler 160, wie in 7 gezeigt, weiter ein Polarisationskennzeichen 188, welches zum Beispiel durch einen Aufkleber oder die Einkerbung eines Dreiecks auf der Außenfläche des Impedanzwandlers 160 ausgeführt wird. Zudem muss die Anbringungsstelle des Polarisationskennzeichens 188 nicht eingeschränkt werden, welches wie bei anderen Ausführungsformen auch auf der Oberfläche des Hauptkörpers 110 angebracht werden kann. Außerdem weist die Übertragungsklemme 184, wie in den genannten Ausführungsformen gezeigt, eine Leiterkonstruktion 190 auf, deren Dicke in Richtung des Raums für die Signalübermittlung 212 hin abnimmt. Das Polarisationskennzeichen 188 befindet sich bevorzugt auf der Seite der Leiterkonstruktion 190.
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Da ein Ende der erfindungsgemäßen integrierten Verbindungskomponente 200 den Impedanzwandler 160 aufnimmt und am Hauptkörper 110 angebunden ist bzw. das andere Ende einen Raum für die Signalübermittlung 212 bildet, wird nicht nur die Produktausbeute verbessert, sondern auch die Leistungsstabilität erhöht und die Montageschritte werden vereinfacht. Darüber hinaus passt die Form der axialen Haltevorrichtung 170 genau zum Impedanzwandler 160, wodurch nicht nur eine maximale Übertragungsleistung der Radiofrequenz-Signale innerhalb der Betriebsfrequenz ermöglicht wird, sondern auch gegen eine hohe Gleichspannung isoliert wird, so dass die bestückte Leiterplatte 130 von Schäden geschützt werden kann.
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Zusammenfassend dienen die beschriebenen Ausführungsformen als Erläuterungen für die Erfindung, die nicht auf die genannten Ausführungsformen beschränkt ist. In diesem Zusammenhang werden alle in der Beschreibung und/oder Zeichnung offenbarten Einzel- und Kombinationsmerkmale als erfindungswesentlich angesehen. Es sind ausschließlich die nachfolgenden Ansprüche für den Schutzbereich der vorliegenden Erfindung gültig.
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Bezugszeichenliste
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- 100
- Antennenaufbau
- 110
- Hauptkörper
- 112, 222
- Innengewinde
- 120
- Aufnahmeraum
- 130
- Bestückte Leiterplatte
- 140
- Satz Koaxialkabel
- 150
- Führungsbuchse
- 160
- Impedanzwandler
- 170
- Axiale Haltevorrichtung
- 172
- Durchgangsöffnung
- 174
- Aushöhlung
- 176
- Anschlagwand
- 178
- Befestigungsaushöhlung
- 180
- Rohrförmiger Hauptkörper
- 182
- Übertragungsanschluss
- 184
- Übertragungsklemme
- 186
- Achse
- 188
- Polarisationskennzeichen
- 190
- Leiterkonstruktion
- 192
- Befestigungskonstruktion
- 200
- Verbindungskomponente
- 202, 204
- Außengewinde
- 206
- Flansch
- 210
- Zahnkronenteil
- 212
- Raum für die Signalübermittlung
- 214
- Konische Struktur
- 216
- Teilstück für die Signalerweiterung
- 220
- Manschette für Antenne
- 222
- Steckplatz
- 230
- Wasserdichter Stoff
- 250
- Zu bestimmender Betriebsstoff
- D
- Erfassungssignal
- R
- Reflexionssignal
