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Die Erfindung betrifft ein Fensterelement für ein Gehäuse einer UV-Sensorvorrichtung, ein Gehäuse für eine UV-Sensorvorrichtung sowie eine UV-Sensorvorrichtung.
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Aus dem Stand der Technik ist ein Gehäuse zur Aufnahme eines UV-Sensors bekannt, welches ein Glaselement aus dem UV-durchlässigen synthetischen Quarzglas SQ1, ein Gehäusehauptelement, eine Kunststoffdichtung und ein Schraubelement aufweist. Das Glaselement wird mittels des Schraubelementes am Gehäusehauptelement befestigt, indem das Schraubelement mit dem Gehäusehauptelement verschraubt wird. Die Kunststoffdichtung dient dabei dem Abdichten des Gehäuses.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, ein gegenüber dem Stand der Technik verbessertes Fensterelement für ein Gehäuse einer UV-Sensorvorrichtung, ein gegenüber dem Stand der Technik verbessertes Gehäuse für eine UV-Sensorvorrichtung sowie eine gegenüber dem Stand der Technik verbesserte UV-Sensorvorrichtung anzugeben.
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Die Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch ein Fensterelement für ein Gehäuse einer UV-Sensorvorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1, ein Gehäuse für eine UV-Sensorvorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 6 sowie eine UV-Sensorvorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 8.
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Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
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Ein erfindungsgemäßes Fensterelement für ein Gehäuse einer UV-Sensorvorrichtung umfasst ein Rahmenelement und ein aus einem UV-durchlässigen Glas ausgebildetes Glaselement. Die Abkürzung UV steht für Ultraviolettstrahlung, im Folgenden als UV-Strahlung bezeichnet, d. h. eine UV-Sensorvorrichtung ist eine Sensorvorrichtung zur Sensierung von Ultraviolettstrahlung und ein UV-durchlässiges Glas ist für Ultraviolettstrahlung durchlässig.
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UV-Sensorvorrichtungen sind z.B. Messfenster und Sensoren zur radiometrischen Überwachung von UV-Desinfektionsgeräten nach DVGW-Merkblatt W294 v. Juni 2006 „UV-Geräte zu Desinfektion in der Trinkwasserversorgung" Teil 3.
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Das Glaselement ist in das Rahmenelement eingeschmolzen, wodurch eine stoffschlüssige Verbindung zwischen dem Glaselement und dem Rahmenelement ausgebildet ist. Hierbei handelt es sich um eine direkte stoffschlüssige Verbindung zwischen den beiden Verbindungspartnern Rahmenelement und Glaselement, d. h. es befindet sich kein Zwischenmaterial zwischen dem Rahmenelement und dem Glaselement. Vorteilhafterweise sind das Rahmenelement und das Glaselement hermetisch dicht miteinander verbunden.
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Vorteilhafterweise ist das Glaselement in das Rahmenelement in Druckglastechnik, d. h. als Druckeinglasung – compression seal – eingeschmolzen. Die Ausführung in Druckeinglasung hat den Vorteil, dass für das Rahmenelement Edelstahl verwendet werden kann. Bei einer solchen Druckeinglasung werden für das Rahmenelement und für das Glaselement Materialien der Gestalt verwendet, dass der thermische Ausdehnungskoeffizient des Rahmenelement-Materials, insbesondere des Edelstahlmaterials, größer ist als der des Glasmaterials. Daraus resultiert nach dem erfolgten Einschmelzen des Glaselementes in das Rahmenelement und nach dem Erkalten zusätzlich zu der stoffschlüssigen Verbindung zwischen dem Glaselement und dem Rahmenelement eine Presspassung des Glaselementes im Rahmenelement.
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Die UV-Sensorvorrichtung, für deren Gehäuse das Fensterelement vorgesehen ist, ist beispielsweise für eine UV-Bestrahlungsvorrichtung zur Behandlung von Wasser verwendbar, insbesondere zur UV-Desinfektion von Wasser, beispielsweise zur Behandlung von Abwasser, zur Behandlung von Trinkwasser oder zur Behandlung von Schiffballastwasser, d. h. von als Ballast verwendetem Wasser in einem Schiff. Dabei ist das Fensterelement dem zu behandelnden Wasser und/oder zumindest einer UV-Strahlungsquelle der UV-Bestrahlungsvorrichtung zugewandt, so dass die UV-Strahlung durch das Glaselement hindurch zu einem UV-Sensor der UV-Sensorvorrichtung gelangen kann.
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Bei der erfindungsgemäßen Lösung sind das Rahmenelement und das Glaselement durch das Einschmelzen des Glaselementes in das Rahmenelement spaltfrei gefügt. Dadurch sind keine Spalte vorhanden, welche eine Korrosion begünstigen können, insbesondere bei einer Verwendung in verunreinigtem Wasser.
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Des Weiteren wird durch die erfindungsgemäße Lösung eine zuverlässige UV-stabile Dichtung ohne zusätzliche Dichtelemente erreicht. Derartige zusätzliche Dichtelemente unterliegen durch den Einfluss der UV-Strahlung sowie durch Temperatur- und Wassereinflüsse einer schnelleren Alterung, wodurch die Lebensdauer der UV-Sensorvorrichtung verkürzt wird. Dies wird durch die erfindungsgemäße Lösung vermieden, so dass eine erhöhte Lebensdauer der UV-Sensorvorrichtung erreicht wird.
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Des Weiteren ermöglicht die erfindungsgemäße Lösung die Herstellung einer hermetisch dichten UV-Sensorvorrichtung, d. h. insbesondere eines hermetisch dichten Gehäuses für die UV-Sensorvorrichtung. Dadurch wird es ermöglicht, innerhalb des Gehäuses eine, insbesondere über mehrere Jahre stabile, Schutzgasatmosphäre auszubilden, um insbesondere eine innere Betauung im Gehäuse zu vermeiden, wodurch eine Erweiterung eines Betriebstemperaturbereichs und eines Feuchtebereichs für den Einsatz der UV-Sensorvorrichtung ermöglicht wird. Die UV-Sensorvorrichtung kann dann beispielsweise auch bei arktischen und/oder tropischen Klimabedingungen eingesetzt werden.
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Durch die erfindungsgemäße Lösung werden somit Nachteile aus dem Stand der Technik bekannter Gehäuse behoben. Wie bereits erwähnt, ist es aus dem Stand der Technik bekannt, ein Gehäuse zur Aufnahme eines UV-Sensors aus einem Glaselement aus dem UV-durchlässigen synthetischen Quarzglas SQ1, einem Gehäusehauptelement, einer Kunststoffdichtung und einem Schraubelement auszubilden, wobei das Glaselement mittels des Schraubelementes am Gehäusehauptelement befestigt wird, indem das Schraubelement mit dem Gehäusehauptelement verschraubt wird. Die Kunststoffdichtung dient dabei dem Abdichten des Gehäuses. Dieses aus dem Stand der Technik bekannte Gehäuse weist jedoch, im Gegensatz zur erfindungsgemäßen Lösung, eine mangelnde Beständigkeit gegenüber hohen UV-Bestrahlungsstärken auf. Des Weiteren wird durch diese aus dem Stand der Technik bekannte Ausbildung des Gehäuses, im Gegensatz zur erfindungsgemäßen Lösung, keine spaltfreie Fügung zwischen dem Gehäusehauptelement, dem Schraubelement und dem Glaselement ermöglicht, wodurch Korrosion begünstigt wird, insbesondere bei einem Einsatz der aus dem Stand der Technik bekannten UV-Sensorvorrichtung in verunreinigtem Wasser.
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Auch bei weiteren aus dem Stand der Technik bekannten Gehäusen ist die Korrosionsanfälligkeit, insbesondere bei einem Einsatz in verunreinigtem Wasser, nachteilig. Alle aus dem Stand der Technik bekannten Gehäuse haben darüber hinausgehend den Nachteil, dass ihre Eindichtungen des Fensters und/oder der elektrischen Anschlüsse nicht hinreichend hermetisiert sind, um das langfristige, über Jahre dauernde, Eindringen von Wasserdampf und somit eine Betauung bei niedrigen Einsatztemperaturen zu verhindern. Die aus dem Stand der Technik bekannten UV-Sensoren weisen eine mangelnde Beständigkeit gegenüber hohen UV-Bestrahlungsstärken auf. Diese Nachteile werden durch die erfindungsgemäße Lösung vermieden.
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Des Weiteren sind aus dem Stand der Technik Fenster mit eingeschmolzenem UV-durchlässigem Glas, meist als TO-Kappen ausgeführt, bekannt. Diese sind als angepasste Verschmelzungen – matched seals – ausgeführt und weisen daher eine für UV-Sensorvorrichtungen unzureichende Korrosionsbeständigkeit auf. Sie können somit, anders als die erfindungsgemäße Lösung, nicht für dem Wasser ausgesetzte Bestandteile der UV-Sensorvorrichtungen verwendet werden. Im Unterschied dazu kann bei dem erfindungsgemäßen Fensterelement das Rahmenelement aus einem rostfreien Material ausgebildet sein, so dass dadurch Korrosion vermieden wird und ein Einsatz im Wasserbereich, insbesondere auch im Trinkwasserbereich, möglich ist.
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Das Rahmenelement ist vorteilhafterweise ringförmig ausgebildet, beispielsweise aus Edelstahl. Das Glaselement ist vorteilhafterweise scheibenförmig ausgebildet.
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Als Glas für das Glaselement wird ein UV-durchlässige Glas verwendet.
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Das verwendete Glas ist insbesondere ein anderes Glas als das aus dem Stand der Technik verwendete UV-durchlässige synthetische Quarzglas SQ1. Mit diesem aus dem Stand der Technik bekannten Quarzglas SQ1 ist das direkte Einschmelzen in das Rahmenelement nicht möglich.
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Durch das Glaselement, genauer gesagt durch dessen optische Eigenschaften, insbesondere aufgrund des für das Glaselement verwendeten Glases, wird vorteilhafterweise eine zusätzliche Filterung bei Wellenlängen von kleiner als 230 nm erreicht, so dass eine Verbesserung einer spektralen Anpassung für Anwendungen mit UV-Mitteldruckstrahlern als UV-Strahlungsquellen ermöglicht wird.
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Vorteilhafterweise ist das Glaselement poliert, insbesondere sind das Glaselement und das Rahmenelement gemeinsam poliert. Vorteilhafterweise sind das Glaselement und das Rahmenelement beidseitig poliert. Durch das Polieren wird die UV-Durchlässigkeit des Glaselementes optimiert. Der ansatzlose Übergang zwischen Glaselement und Rahmenelement nach dem gemeinsamen Polieren trägt zur Korrosionsbeständigkeit des Fensterelementes bei und erleichtert dessen Reinigung.
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Ein erfindungsgemäßes Gehäuse für eine UV-Sensorvorrichtung, umfasst ein solches Fensterelement und ein Gehäusehauptelement zur Aufnahme eines UV-Sensors, wobei das Fensterelement mit dem Gehäusehauptelement vorteilhafterweise verschweißt ist, insbesondere hermetisch dicht verschweißt ist, zweckmäßigerweise durch Verschweißen des Rahmenelementes des Fensterelementes mit dem Gehäusehauptelement. Dadurch wird vorteilhafterweise eine hermetisch dichte Verbindung zwischen dem Gehäusehauptelement und dem Fensterelement erreicht. Das Gehäusehauptelement ist vorteilhafterweise aus dem gleichen Material ausgebildet wie das Rahmenelement, insbesondere aus Edelstahl. Vorteilhafterweise ist das Gehäusehauptelement als ein Tubus ausgebildet.
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Bei der erfindungsgemäßen Lösung sind auch das Fensterelement und das Gehäusehauptelement spaltfrei gefügt. Dadurch sind keine Spalte vorhanden, welche eine Korrosion begünstigen können, insbesondere bei einer Verwendung in verunreinigtem Wasser.
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Des Weiteren wird durch die erfindungsgemäße Lösung auch für die Verbindung zwischen dem Fensterelement und dem Gehäusehauptelement eine zuverlässige UV-stabile Dichtung ohne zusätzliche Dichtelemente erreicht. Derartige zusätzliche Dichtelemente unterliegen, wie oben bereits erwähnt, durch den Einfluss der UV-Strahlung einer schnelleren Alterung, wodurch die Lebensdauer der UV-Sensorvorrichtung verkürzt wird. Dies wird durch die erfindungsgemäße Lösung vermieden, so dass eine erhöhte Lebensdauer der UV-Sensorvorrichtung erreicht wird.
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Des Weiteren ermöglicht die erfindungsgemäße Lösung die Herstellung einer hermetisch dichten UV-Sensorvorrichtung, d. h. insbesondere eines hermetisch dichten Gehäuses für die UV-Sensorvorrichtung. Dadurch wird es ermöglicht, innerhalb des Gehäuses eine Schutzgasatmosphäre auszubilden, um insbesondere eine innere Betauung im Gehäuse zu vermeiden, wodurch eine Erweiterung eines Betriebstemperaturbereichs und eines Feuchtebereichs für den Einsatz der UV-Sensorvorrichtung ermöglicht wird. Die UV-Sensorvorrichtung kann dann beispielsweise auch bei arktischen und/oder tropischen Klimabedingungen eingesetzt werden.
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Vorteilhafterweise ist zwischen dem Fensterelement und einem zur Aufnahme des UV-Sensors vorgesehenen Innenraum im Gehäusehauptelement ein Dämpfungselement angeordnet. Das Dämpfungselement ist beispielsweise ausgebildet wie in der
DE 20 2016 100 105 U1 der Anmelderin beschrieben, deren vollständiger Inhalt hiermit durch Referenz aufgenommen wird. Vorteilhafterweise ist das Dämpfungselement als ein wellenlängenunabhängiges Dämpfungsglied aus einem UV-resistenten Material, insbesondere aus Metall, beispielsweise aus Aluminium oder Edelstahl, ausgebildet. Beispielsweise umfasst das Dämpfungselement eine metallische Dämpfungsfolie, beispielsweise aus Aluminium oder Edelstahl. Diese Dämpfungsfolie ist beispielsweise zwischen zwei Quarzglasscheiben angeordnet. Das Dämpfungselement, insbesondere die metallische Dämpfungsfolie, weist Durchbrüche auf. Durch eine Anzahl und/oder Ausbildung der Durchbrüche wird die Dämpfung der UV-Strahlung durch das Dämpfungselement vorgegeben und/oder eine Messfeldcharakteristik vorgegeben.
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Durch das Dämpfungselement wird insbesondere eine Langzeitstabilität des UV-Sensors erhöht, insbesondere wenn dieser zur Überwachung kurzwelliger intensiver UV-Strahlung eingesetzt wird. Die schädigende Wirkung der UV-Strahlung auf den UV-Sensor wird minimiert, ohne die optischen Eigenschaften der UV-Sensorvorrichtung und des UV-Sensors sowie das Gehäuse nachteilig zu verändern. Dadurch wird eine längere Einsatzdauer erreicht, d. h. insbesondere ist der Austausch oder die Neukalibrierung der UV-Sensorvorrichtung oder des UV-Sensors somit erst nach einer längeren Betriebszeit erforderlich.
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Durch das Dämpfungselement wird die UV-Strahlung vorteilhafterweise bis zu 99% gedämpft.
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Eine vorteilhafte Ausführung sieht vor, dass das Dämpfungselement auf der äußeren Seite, also auf der vom UV-Sensor abgewandten Seite, gute UV-Reflexionseigenschaften aufweist, so dass auftretende UV-Strahlung weitgehend reflektiert und nicht absorbiert werden kann.
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Eine erfindungsgemäße UV-Sensorvorrichtung umfasst ein solches Gehäuse und einen darin angeordneten UV-Sensor, wobei das Gehäuse vorteilhafterweise mittels eines Verschlusselementes verschlossen ist. Durch die Ausbildung der UV-Sensorvorrichtung mittels des oben bereits beschriebenen Gehäuses werden die hierzu bereits genannten Vorteile erzielt.
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Vorteilhafterweise ist das Verschlusselement mit dem Gehäusehauptelement verschweißt. Dadurch ist das Gehäuse vorteilhafterweise hermetisch dicht verschlossen, d. h. es ist eine hermetisch dichte UV-Sensorvorrichtung ausgebildet. Diese weist insbesondere ein hermetisch dichtes Gehäuse auf. Vorteilhafterweise ist das Gehäuse evakuiert, d. h. insbesondere die Luft vollständig oder bis zu einer vorgegebenen Konzentration aus dem Gehäuse entzogen. Besonders vorteilhafterweise ist im Gehäuse innerhalb des Gehäuses eine Schutzgasatmosphäre ausgebildet, indem vor dem hermetisch dichten Verschließen des Gehäuses ein Schutzgas, insbesondere ein Inertgas, beispielsweise trockener Stickstoff, in das Gehäuse eingeleitet ist. Dadurch wird eine Erweiterung eines Betriebstemperaturbereichs und eines Feuchtebereichs für den Einsatz der UV-Sensorvorrichtung ermöglicht, da auf diese Weise eine innere, insbesondere messungsverfälschende, Betauung im Gehäuse vermieden werden kann. Beispielsweise kann die UV-Sensorvorrichtung dann beispielsweise auch bei arktischen und/oder tropischen Klimabedingungen eingesetzt werden.
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Das Verschlusselement weist beispielsweise ein Verschlussrahmenelement auf, in welchem ein Glaskörper angeordnet ist. Beispielsweise ist der Glaskörper in das Verschlussrahmenelement eingeschmolzen. Das Verschlussrahmenelement ist beispielsweise ringförmig ausgebildet, vorteilhafterweise aus dem gleichen Material wie das Gehäusehauptelement, insbesondere aus Edelstahl. Zum Verschließen des Gehäuses mit dem Verschlusselement ist zweckmäßigerweise das Verschlussrahmenelement mit dem Gehäusehauptelement verschweißt.
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Zum Evakuieren des Innenraums des Gehäuses und Befüllen mit Schutzgas ist zweckmäßigerweise durch das Verschlusselement, insbesondere durch dessen Glaskörper, ein Evakuierungsrohr hindurchgeführt, welches hermetisch dicht verschließbar oder verschlossen ist.
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Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im Folgenden anhand von Zeichnungen näher erläutert.
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Darin zeigen:
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1 schematisch eine Schnittdarstellung eines Fensterelementes für ein Gehäuse einer UV-Sensorvorrichtung,
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2 schematisch eine Schnittdarstellung einer UV-Sensorvorrichtung, und
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3 schematisch eine Draufsicht auf ein Dämpfungselement. Einander entsprechende Teile sind in allen Figuren mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
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1 zeigt eine schematische Schnittdarstellung eines Fensterelementes 1 für ein Gehäuse 2 einer UV-Sensorvorrichtung 3. 2 zeigt die gesamte UV-Sensorvorrichtung 3 in einer schematischen Schnittdarstellung. Die Abkürzung UV steht für Ultraviolettstrahlung, im Folgenden als UV-Strahlung bezeichnet.
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Derartige UV-Sensorvorrichtungen 3 werden beispielsweise an UV-Bestrahlungsvorrichtungen zur Behandlung von Wasser, insbesondere zur UV-Desinfektion von Wasser, verwendet, um vorteilhafterweise eine UV-Bestrahlungsintensität zu überwachen. Solche UV-Bestrahlungsvorrichtungen werden beispielsweise zur Behandlung von Abwasser, zur Behandlung von Trinkwasser oder zur Behandlung von Schiffballastwasser, d. h. von als Ballast verwendetem Wasser in einem Schiff, eingesetzt. Dabei ist das Fensterelement 1 der UV-Sensorvorrichtung 3 dem zu behandelnden Wasser und/oder zumindest einer UV-Strahlungsquelle der UV-Bestrahlungsvorrichtung zugewandt, so dass die UV-Strahlung durch ein vorteilhafterweise als Glasscheibe ausgebildetes Glaselement 4 des Fensterelementes 1 hindurch zu einem beispielsweise als Photoelement ausgebildeten UV-Sensor 5 der UV-Sensorvorrichtung 3 gelangen kann. Das Glaselement 4 ist hierzu aus einem UV-durchlässigen Glas ausgebildet.
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Die UV-Sensorvorrichtung 3 umfasst das Gehäuse 2 mit dessen Gehäusehauptelement 6, welches vorteilhafterweise als ein Edelstahltubus ausgebildet ist, und das Fensterelement 1, welches das Glaselement 4 und ein das Glaselement 4 umfangsseitig vollständig umschließendes Rahmenelement 7 umfasst, wobei das Rahmenelement 7 vorteilhafterweise ebenfalls aus Edelstahl ausgebildet ist.
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Das Glaselement 4 ist in das Rahmenelement 7 eingeschmolzen. Hierbei handelt es sich um eine direkte stoffschlüssige Verbindung zwischen den beiden Verbindungspartnern Rahmenelement 7 und Glaselement 4, d. h. es befindet sich kein Zwischenmaterial zwischen dem Rahmenelement 7 und dem Glaselement 4.
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Bei dieser Lösung ist somit kein zusätzliches Zwischenmaterial zwischen dem Rahmenelement 7 und dem Glaselement 4 erforderlich, um die Verbindung zwischen Rahmenelement 7 und Glaselement 4 herzustellen. Dadurch wird auf einfache Weise eine sichere hermetisch dichte Verbindung hergestellt und es werden insbesondere mögliche Verbindungsfehlerquellen, welche durch die Verwendung eines Zwischenmaterials auftreten könnten, vermieden. Zudem wird dadurch, dass kein Zwischenmaterial zwischen Rahmenelement 7 und Glaselement 4 zu deren Verbindung verwendet wird, die Herstellung vereinfacht und Herstellungskosten werden reduziert.
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In einem Verfahren zur Herstellung des Fensterelementes 1 wird ein Glasformling im Rahmenelement 7 angeordnet und darin eingeschmolzen. Nach dem Erkalten sind dann das Rahmenelement 7 und das auf diese Weise ausgebildete Glaselement 4 vorteilhafterweise hermetisch dicht stoffschlüssig und durch Presspassung verbunden. Insbesondere sind sie dadurch vorteilhafterweise spaltfrei miteinander verbunden.
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Anschließend wird das Glaselement 4 poliert, vorteilhafterweise gemeinsam mit dem Rahmenelement 7. Dadurch wird die UV-Durchlässigkeit des Fensterelementes 1, insbesondere von dessen Glaselement 4, optimiert.
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Das Rahmenelement 7 ist vorteilhafterweise ringförmig ausgebildet und, wie oben bereits erwähnt, vorteilhafterweise aus Edelstahl. Daher wird das Rahmenelement 7 auch als Edelstahlring oder Druckring bezeichnet.
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Zur Ausbildung des Gehäuses 2 werden dann das Fensterelement 1 und das Gehäusehauptelement 6 hermetisch dicht miteinander verschweißt, durch Verschweißen des Gehäusehauptelementes 6 mit dem Rahmenelement 7 des Fensterelementes 1. Dadurch wird auch diese Verbindung spaltfrei ausgebildet. Die 1 und 2 zeigen das mit dem Gehäusehauptelement 6 verschweißte Fensterelement 1, wodurch zwischen diesen eine hermetisch dichte Schweißnaht 8 ausgebildet ist. Das Rahmenelement 7 und das Gehäusehauptelement 6 sind vorteilhafterweise aus dem gleichen Material ausgebildet, um das Verschweißen zu ermöglichen oder zu erleichtern. Vorteilhafterweise ist dieses Material Edelstahl, um Funktionsausfälle durch Korrosion, aufgrund des Einflusses des zu behandelnden Wassers, welches beispielsweise stark verschmutzt ist, sowie aufgrund von UV-Strahlungseinflüssen und Temperatureinflüssen zu vermeiden oder zumindest zu minimieren.
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Durch die beschriebene Herstellung des Gehäuses 2 wird somit eine spaltfreie Fügung zwischen Glaselement 4 und Rahmenelement 7 und zwischen Rahmenelement 7 und Gehäusehauptelement 6 erreicht. Dadurch weist das Gehäuse 2 keine die Korrosion begünstigenden Spalte auf, insbesondere in einem dem zu behandelnden Wasser zugewandten Bereich, wodurch die Korrosionsgefahr, auch wenn das Gehäuse 2 in diesem Bereich stark verschmutztem zu behandelndem Wasser ausgesetzt ist, vermieden oder zumindest erheblich reduziert wird.
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Des Weiteren wird durch die beschriebene Ausbildung des Gehäuses 2, insbesondere durch das in das Rahmenelement 7 eingeschmolzene Glaselement 4 und durch das hermetisch dichte Verschweißen des Rahmenelementes 7 und somit des Fensterelementes 1 mit dem Gehäusehauptelement 6 eine zuverlässige UV-stabile Abdichtung des Gehäuses 2 ohne zusätzliche Dichtelemente erreicht. Derartige Dichtelemente unterliegen durch den Einfluss der UV-Strahlung sowie durch Temperatur- und Wassereinflüsse einer schnellen Alterung. Da der Einsatz solcher zusätzlichen Dichtelemente nicht erforderlich ist, wird eine höhere Lebensdauer der UV-Sensorvorrichtung 3 erreicht.
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Das Gehäuse 2 bietet zudem die Möglichkeit zur Herstellung einer hermetisch dichten UV-Sensorvorrichtung 3, d. h. das Gehäuse 2 ist hermetisch dicht verschließbar, so dass ein Innenraum 9 des Gehäuses 2 gegenüber einer äußeren Umgebung hermetisch dicht verschlossen ist. Dadurch kann insbesondere eine innere Betauung im Gehäuse 2 vermieden werden, indem der Innenraum 9 des Gehäuses 2 evakuiert wird, d. h. daraus die Luft vollständig oder zumindest weitgehend, beispielsweise bis zu einer vorgegebenen Konzentration, entfernt wird und vorteilhafterweise eine Schutzgasatmosphäre ausgebildet wird, durch Einfüllen eines Schutzgases, insbesondere eines Inertgases, beispielsweise Stickstoff. Dadurch wird eine Erweiterung des Betriebstemperatur- und Feuchtebereichs auf arktische und tropische Klimabedingungen ermöglicht.
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Um dies zu erreichen, wird das Gehäuse 2, nachdem der UV-Sensor 5 darin angeordnet ist, mit einem Verschlusselement 10 verschlossen. Dazu wird das Verschlusselement 10 zweckmäßigerweise auf eine vom Fensterelement 1 abgewandte Stirnseite des Gehäusehauptelementes 6 aufgesetzt und mit diesem verschweißt.
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Das Verschlusselement 10, mittels welchem das Gehäuse 2 verschlossen ist, umfasst im dargestellten Beispiel gemäß 2 ein Verschlussrahmenelement 11 und einen Glaskörper 12. Beispielsweise ist der Glaskörper 12 in das Verschlussrahmenelement 11 eingeschmolzen, so dass auch hier die hermetische Dichtheit sichergestellt ist.
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Das Verschlussrahmenelement 11 ist vorteilhafterweise ringförmig ausgebildet und wird daher auch als Druckring bezeichnet. Es umschließt vorteilhafterweise den Glaskörper 12 umfangsseitig vollständig.
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Die Verbindung zwischen Verschlusselement 10 und Gehäusehauptelement 6 wird vorteilhafterweise, wie bereits erwähnt, durch Verschweißen ausgebildet, d. h. das Verschlussrahmenelement 11 wird mit dem Gehäusehauptelement 6 verschweißt, so dass auch diese Verbindung hermetisch dicht ist. Das Verschlussrahmenelement 11 ist daher vorteilhafterweise aus dem gleichen Material wie das Gehäusehauptelement 6 ausgebildet, vorteilhafterweise aus Edelstahl. 2 zeigt die durch das Verschweißen ausgebildete Schweißnaht 13 zwischen Verschlussrahmenelement 11 und Gehäusehauptelement 6.
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Somit ist das Gehäuse 2 zweckmäßigerweise durch Verschweißen des Gehäusehauptelementes 6 mit dem Rahmenelement 7 und dem Verschlussrahmenelement 11 verschlossen, wie in 2 gezeigt.
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Zur elektrischen Kontaktierung des UV-Sensors 5 sind elektrische Anschlüsse 14 aus dem Innenraum 9 des Gehäuses 2 nach außen durch den Glaskörper 12 hindurchgeführt. Der Glaskörper 12 weist dabei den besonderen Vorteil auf, dass er die elektrischen Anschlüsse 14 gegeneinander und gegenüber dem Gehäuse 2, d. h. gegenüber dem Verschlussrahmenelement 11, dem Gehäusehauptelement 6 und dem Rahmenelement 7, elektrisch isoliert. Um den Innenraum 9 des Gehäuses 2 zu evakuieren und anschließend vorteilhafterweise mit dem Schutzgas zu befüllen, ist ein Evakuierungsrohr 15 durch den Glaskörper 12 hindurchgeführt. Über dieses Evakuierungsrohr 15 wird der Innenraum 9 des mit dem Verschlusselement 10 verschlossenen Gehäuses 2 evakuiert, anschließend vorteilhafterweise mit dem Schutzgas befüllt und danach wird das Evakuierungsrohr 15 hermetisch verschlossen.
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Um insbesondere die spektrale Anpassung für Anwendungen mit UV-Mitteldruckstrahlern als UV-Strahlungsquellen zu verbessern, ist eine zusätzliche Filterung insbesondere bei Wellenlängen von kleiner als 230 nm vorgesehen. Diese zusätzliche Filterung im Vergleich zum Stand der Technik wird beispielsweise bereits durch das Glaselement 4 erreicht, insbesondere durch die optischen Eigenschaften des zur Herstellung des Glaselementes 4 verwendeten Glases. Des Weiteren kann durch den Einsatz eines Dämpfungselementes 16 eine Betriebszeit der UV-Sensorvorrichtung 3 bis zu deren Austausch oder Neukalibrierung des UV-Sensors 5 erhöht werden.
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Die in
1 dargestellte Ausführungsform der UV-Sensorvorrichtung
3 weist kein solches Dämpfungselement
16 auf. Bei der in
2 dargestellten Ausführungsform der UV-Sensorvorrichtung
3 ist ein solches Dämpfungselement
16 im Gehäuse
2 angeordnet.
3 zeigt ein Ausführungsbeispiel eines solchen Dämpfungselementes
16 in einer Draufsicht. Das Dämpfungselement
16 ist beispielsweise ausgebildet wie in der
DE 20 2016 100 105 U1 der Anmelderin beschrieben, deren vollständiger Inhalt hiermit durch Referenz aufgenommen wird. Es dient der Dämpfung der durch das Glaselement
4 hindurchtretenden UV-Strahlung, bevor diese zum UV-Sensor
5 gelangt, um diesen dadurch vor einer zu starken UV-Strahlung zu schützen, welche den UV-Sensor
5 schädigen und/oder zu einer zu schnellen Alterung des UV-Sensors
5 führen könnte.
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Das Dämpfungselement 16 umfasst beispielsweise eine Dämpfungsfolie. Diese Dämpfungsfolie ist beispielsweise zwischen zwei Quarzglasscheiben angeordnet. Die Dämpfungsfolie besteht beispielsweise aus einer dünnen Metallschicht, vorteilhafterweise aus Aluminium oder Edelstahl, die mit Durchbrüchen 17, d. h. mit Löchern, versehen ist.
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Die Durchbrüche 17 können unterschiedliche Formen und Größen aufweisen. Mit der Größe und der Anordnung der Durchbrüche 17 kann die Durchlässigkeit des Dämpfungselementes 16 für die UV-Strahlung beeinflusst werden. Dies bietet die Möglichkeit, sowohl die Intensität der Durchlässigkeit als auch die Richtungsempfindlichkeit der durchgelassenen UV-Strahlung zu beeinflussen. Beispielsweise können unterschiedliche Dämpfungen im Zentrum und im Randbereich des Dämpfungselementes 16 erreicht werden.
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Im dargestellten Beispiel gemäß 2 ist das Dämpfungselement 16 im Wesentlichen unmittelbar hinter dem Fensterelement 1 angeordnet, d. h. zwischen dem Glaselement 4 und dem UV-Sensor 5. Des Weiteren ist hier zwischen dem Dämpfungselement 16 und dem Gehäusehauptelement 6 ein Federelement 18 angeordnet. Dieses Federelement 18 ist beispielsweise als ein O-Ring ausgebildet. Sollte das Dämpfungselement 16 nicht oder auf andere Weise angeordnet sein, so kann dieses Federelement 18 zwischen dem Fensterelement 1, insbesondere zwischen dessen Rahmenelement 7, und dem Gehäusehauptelement 6 angeordnet sein. Das Federelement 18 dient beispielsweise als Gegenlager für das Dämpfungselement 16 und/oder zur Sicherung und/oder Stabilisierung des Dämpfungselementes 16, insbesondere einer Position des Dämpfungselementes 16 im Innenraum 9 des Gehäuses 2 relativ zum Fensterelement 1.
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Zur Ausbildung der in 2 dargestellten UV-Sensorvorrichtung 3 wird somit zunächst das Fensterelement 1 auf die oben beschriebene Weise hergestellt, insbesondere durch Einschmelzen des Glaselementes 4 in das Rahmenelement 7. Das Federelement 18 wird, wenn es verwendet wird, im Gehäusehauptelement 6 angeordnet. Darauf wird, wenn es verwendet wird, das Dämpfungselement 16 angeordnet und dann wird das Fensterelement 1 auf dem Gehäusehauptelement 6 angeordnet. Durch das Federelement 18 als Gegenlager wird beispielsweise eine optimierte Positionierung des Fensterelementes 1 für das Verschweißen mit dem Gehäusehauptelement 6 erreicht.
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Das Fensterelement 1, insbesondere dessen Rahmenelement 7, wird nun hermetisch dicht mit dem Gehäusehauptelement 6 verschweißt. Anschließend wird der UV-Sensor 5 im Innenraum 9 des Gehäuses 2 angeordnet, d. h. in das Gehäusehauptelement 6 eingeschoben. Danach wird das Gehäuse 2 mit dem Verschlusselement 10 verschlossen, indem dieses an der vom Fensterelement 1 abgewandten Stirnseite des Gehäusehauptelementes 6 angeordnet wird und mit dem Gehäusehauptelement 6 verschweißt wird. Genauer gesagt wird das Verschlussrahmenelement 11 des Verschlusselementes 10 mit dem Gehäusehauptelement 6 verschweißt.
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Anschließend wird der Innenraum 9 des Gehäuses 2 über das Evakuierungsrohr 15 evakuiert und vorteilhafterweise mit dem Schutzgas befüllt. Danach wird das Evakuierungsrohr 15 hermetisch dicht verschlossen.
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In einer anderen Vorgehensweise kann auch der UV-Sensor 5 zunächst in das Gehäusehauptelement 6 eingesetzt werden und danach erfolgt das oben beschriebene Verschließen des Gehäuses 2 durch Verschweißen mit dem Fensterelement 1 und dem Verschlusselement 10, wobei vor dem Aufsetzen und Verschweißen des Fensterelementes 1, das Federelement 18 und/oder das Dämpfungselement 16 eingesetzt werden können. Das Evakuieren des Innenraums 9 und vorteilhafterweise das Befüllen mit Schutzgas sowie das anschließende hermetisch abgedichtete Verschließen des Evakuierungsrohrs 15 erfolgen dann ebenfalls als Abschluss.
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In einer weiteren Vorgehensweise kann auch zunächst das Verschlusselement 10 mit dem Gehäusehauptelement 6 verschweißt werden, so dass dann der UV-Sensor 5 von der dem Fensterelement 1 zugeordneten Stirnseite des Gehäusehauptelementes 6 in dieses eingesetzt wird. Anschließend können das Federelement 18 und/oder das Dämpfungselement 16 eingesetzt werden und das Gehäuse 2 wird durch Verschweißen des Fensterelementes 1 mit dem Gehäusehauptelement 6 verschlossen. Das Evakuieren des Innenraums 9 und vorteilhafterweise das Befüllen mit Schutzgas sowie das anschließende hermetisch abgedichtete Verschließen des Evakuierungsrohrs 15 erfolgen dann ebenfalls als Abschluss.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Fensterelement
- 2
- Gehäuse
- 3
- UV-Sensorvorrichtung
- 4
- Glaselement
- 5
- UV-Sensor
- 6
- Gehäusehauptelement
- 7
- Rahmenelement
- 8
- Schweißnaht
- 9
- Innenraum
- 10
- Verschlusselement
- 11
- Verschlussrahmenelement
- 12
- Glaskörper
- 13
- Schweißnaht
- 14
- Anschluss
- 15
- Evakuierungsrohr
- 16
- Dämpfungselement
- 17
- Durchbruch
- 18
- Federelement
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 202016100105 U1 [0026, 0058]
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Zitierte Nicht-Patentliteratur
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- UV-Desinfektionsgeräten nach DVGW-Merkblatt W294 v. Juni 2006 „UV-Geräte zu Desinfektion in der Trinkwasserversorgung“ Teil 3 [0007]
