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Die Erfindung stellt eine Messvorrichtung zum Messen einer Temperatur in einem System oder Gefäß, wie einem Boiler oder einem Rohr einer Fernwärmeleitung bereit, wobei die Messvorrichtung einen hohlzylindrischen Grundkörper, der an einem ersten axialen Ende geschlossen ist, eine Armatur, die mit dem Grundkörper an einem zweiten axialen Ende, das offen ist, verbindbar oder verbunden ist, und einen ersten Temperaturfühler mit einem elektromechanischen Sensor und einen zweiten Temperaturfühler mit einem elektrischen Sensor umfasst. Der erste Temperaturfühler und der zweite Temperaturfühler sind gemeinsam in dem Grundkörper angeordnet.
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Aktuell können bestehende mechanische Vorortanzeigen bzw. elektromechanische Regelungs- und Überwachungsgeräte für Temperaturen eines Fluids in einem Behälter oder einem Rohr nicht mit einem Produkt nachgerüstet werden, um eine elektrische Temperaturmessung als diversitäre Messung durchzuführen werden, ohne eine zusätzliche Messstelle zu etablieren. Mit der zusätzlichen elektrischen Temperaturmessung kann beispielsweise ständig eine Ist-Temperatur des Fluids ermittelt und diese an zum Beispiel eine Steuerung weitergeleitet oder zu Kontrollzwecken abgespeichert werden. Im Stand der Technik ist es üblich in diesem Fall zwei Messstellen einzurichten, um die Temperatur mechanisch und elektrisch messen zu können. Da in diesem Fall die beiden Messstellen räumlich voneinander getrennt und beabstandet sind, können unterschiedliche Temperaturen gemessen werden, was unerwünscht ist.
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Es besteht daher Bedarf an einer Vorrichtung mit der die Temperatur eines Fluids in einem Behälter oder Rohr sowohl mechanisch als auch elektrisch (d.h., diversitär) zuverlässig messbar ist.
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Diese Aufgabe wird durch den Gegenstand erfüllt, der in Anspruch 1 offenbart ist. Die weiteren Ansprüche betreffen vorteilhafte Weiterbildungen dieses Gegenstands.
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Ein Aspekt der Erfindung betrifft eine Messvorrichtung zum Messen einer Temperatur in einem System oder Gefäß, wie einem Boiler oder einem Rohr einer Fernwärmeleitung, wobei die Messvorrichtung einen hohlzylindrischen Grundkörper, der an einem ersten axialen Ende geschlossen ist, eine Armatur, die mit dem Grundkörper an einem zweiten axialen Ende, das offen ist, verbindbar oder verbunden ist, und einen ersten Temperaturfühler mit einem mechanischen Sensor und einen zweiten Temperaturfühler mit einem elektrischen Sensor umfasst, wobei der erste Temperaturfühler und der zweite Temperaturfühler gemeinsam in dem Grundkörper angeordnet sind.
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Als elektromechanischer Sensor wird hier u.a. ein elektromechanisches Gerät, wie ein Thermostat oder ein Zeigerthermometer mit Mikroschalter, verstanden, das einen mechanischen Sensor aufweist, bezeichnet. Der elektromechanische Sensor steht folglich für das elektromechanische Messprinzip, bei dem mit einem mechanischen Sensor gemessen wird.
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Dass der erste Temperaturfühler und der zweite Temperaturfühler gemeinsam im Grundkörper angeordnet sind, bedeutet, dass beide in dem Hohlraum des hohlzylindrischen Grundkörpers liegen, wobei der Hohlraum bevorzugt ein nicht unterteilter Hohlraum ist, sondern nur einen einzigen Aufnahmeraum für beide Temperaturfühler gemeinsam bildet.
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Als Armatur wird hierin ein Bauteil verstanden, das mit dem zweiten axialen Ende des Grundkörpers verbunden ist oder verbunden werden kann. Die Armatur liegt bevorzugt vollständig auf oder über einer Außenoberfläche des Gefäßes oder des Rohrs, wenn die Messvorrichtung in der Einbauposition ist. Der Grundkörper reicht in das Innere des Gefäßes oder des Rohrs und taucht in das Fluid ein. Der Grundkörper bildet quasi ein Tauchrohr der Messvorrichtung.
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Die Armatur kann eine erste Öffnung und eine zweite Öffnung aufweisen, die die Umgebung mit dem Hohlraum des Grundkörpers verbinden, wenn die Armatur mit dem Grundkörper verbunden ist.
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Dabei kann die erste Öffnung eine Durchgangsöffnung sein, die koaxial zu einer Mittelachse des Grundkörpers und/oder einer Mittelachse der Armatur, die parallel zur Mittelachse des Grundkörpers verläuft, durch die Armatur verläuft.
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Die zweite Öffnung kann senkrecht zu der Mittelachse der Armatur verlaufen, ist bevorzugt aber keine Durchgangsöffnung, sondern endet im Inneren der Armatur. Bevorzugt öffnet sich die zweite Öffnung in die Durchgangsöffnung, die direkt mit dem Hohlraum des Grundkörpers verbunden sein kann.
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In bevorzugten Ausführungen ist die erste Öffnung dem ersten Temperaturfühler und die zweite Öffnung dem zweiten Temperaturfühler zugeordnet. Das heißt, Verbindungselemente, die den jeweiligen Sensoren des elektromechanisch und des elektrischen Temperaturfühlers mit zum Beispiel einer Anzeige oder einer Übertragungsleitung verbinden, verlaufen bevorzugt vom im Grundkörper angeordneten Sensor, durch die Armatur und durch die entsprechende erste oder zweite Öffnung. Bevorzugt ist dabei die erste Öffnung zumindest im Bereich der Mündung in die Umgebung, nur dem ersten Temperaturfühler zugeordnet, die zweite Öffnung nur dem zweiten Temperaturfühler.
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In der zweiten Öffnung kann eine Schnittstelle angeordnet sein, über die der elektrische Sensor mit einer Anzeige, einem Datenspeicher oder einem anderen Aggregat mittels eines Kabels, einer Leitung oder kabellos bzw. ohne Leitung verbunden werden kann.
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Bei dem elektrischen Sensor handelt es sich bevorzugt um einen Messeinsatz mit einem Platin Temperatursensor. Ab der Schnittstelle kann das Signal bevorzugt mit einer Vierleiterschaltung zum Beispiel zu einem Steuerpult, einer Steuerung, einem Speicher oder einem Anzeigegerät weitergeleitet werden.
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Die Schnittstelle kann beispielsweise mit einem M12 Stecker in Form eines Widerstandssignals oder einem M12 Stecker mit angeschlossenem Messumformer in Form eines Analogsignals oder eines Digitalsignals verbunden werden.
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Bei dem elektrischen Sensor kann es sich um einen beliebigen bekannten für die Temperaturmessung geeigneten Widerstandssensor handeln. In bevorzugten Ausführungen ist der elektrische Sensor ein Platin-Widerstandssensor.
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Bei der erfindungsgemäßen Messvorrichtung misst der erste Temperaturfühler ständig die Temperatur ohne Hilfsenergie im System, um beispielsweise bei Erreichen einer vorgebbaren oberen und/oder unteren Grenztemperatur im verbundenen elektromechanischen Gerät oder Sicherheitsgerät einen Schaltvorgang zu veranlassen oder eine zum Beispiel akustische Warnmeldung zu generieren. Die akustische Warnung kann vor Ort und/oder zum Beispiel über das Internet auf einem mobilen Gerät, wie einem Handy, wahrnehmbar sein.
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Der erste Temperaturfühler kann mit einem analogen Zeigerthermometer verbunden werden, wobei das Zeigerthermometer bevorzugt einen Mikroschalter umfasst, der durch eine Drehung der Zeigerwelle betätigt wird, um beispielsweise die vorerwähnten Schaltvorgang zu veranlassen. Bei dem Mikroschalter handelt es sich um einen zukaufbaren Mikroschalter, der bevorzugt nach dem Alles-oder-Nichts-Prinzip arbeitet. Das heißt, eine Betätigung führt immer zu einem eindeutigen Schaltzustand: offen oder geschlossen.
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Der zweite Temperaturfühler kann die Temperatur im System kontinuierlich messen und die gemessenen Werte direkt zum Beispiel an einen Systemrechner, einen Leitstand und/oder einen Datenspeicher senden.
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Die vom zweiten Temperaturfühler gemessene Temperatur kann auch genutzt werden, um die vom ersten Temperaturfühler gemessene Temperatur zu überprüfen. Das heißt, es kann beispielweise nachverfolgt werden, welche Temperatur der Temperaturfühler mit dem elektrischen Sensor in dem Moment gemessen hat, in dem der Temperaturfühler mit dem elektromechanischen Sensor einen Schaltvorgang veranlasst hat. Sind hier deutliche Temperaturdifferenzen erkennbar, kann dies auf einen Defekt im Messsystem hinweisen. Wenn die gemessenen Temperaturen über einen längeren Zeitraum auseinandertriften, kann dies einen Defekt ankündigen, so dass rechtzeitig vor dem Eintreten des Defekts reagiert werden kann.
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Der Grundkörper kann einen geschlossenen Boden umfassen, der mit dem Grundkörper urgeformt, zum Beispiel durch Umformen eines Blechs, oder mit dem Grundkörper nachträglich gefügt, beispielsweise verklebt, verlötet, verschweißt, verschraubt etc. werden kann. Bevorzugt sind Boden und Grundkörper aus dem gleichen Material hergestellt. Bei einem topfförmigen Boden, der eine axiale Länge hat, die größer ist als die axiale Länge zumindest des elektrischen Sensors, kann der Boden auch aus einem besonders wärmeleitfähigen Material gebildet und mit dem Grundkörper gefügt sein. Der Boden oder Bodenbereich kann auch konisch geformt sein, mit einem sich verjüngenden Umfang beginnend nach der Verbindungsstelle mit dem Grundkörper. Der Boden kann flach oder nach außen gewölbt sein, oder eine andere Form haben.
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Der Grundkörper kann eine langgestreckte, gleichbleibend kreisrunde zylindrische Form haben, mit in Umfangsrichtung und in axialer Länge gleichbleibenden Wandstärken. Der Grundkörper kann weniger bevorzugt dreieckig, sechseckig sein, oder eine andere beliebige Außenumfangsform haben.
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Im Inneren des Grundkörpers kann eine Schutzhülle für den zweiten Temperaturfühler mit dem elektrischen Sensor angeordnet sein. Die Schutzhülle kann aus einem wärmeleitenden Metall oder einer Metallfolie, zum Beispiel aus Edelstahl, gebildet sein. Alternative Materialien wären Kupfer, Aluminium oder ein Kunststoff mit ähnlichen Wärmeleitungseigenschaften wie die Metalle.
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Die Schutzhülle kann in Abhängigkeit vom gewählten elektromechanischen Sensor (erster Temperaturfühler) einen Durchmesser von 11 mm bis 15 mm und/oder eine Einbaulänge zwischen 65 mm und 300 mm haben. Bevorzugt kann die Schutzhülle mit dem Boden des Grundkörpers verbunden sein oder verbunden werden. So kann im Boden eine Aufnahme für ein Ende der Schutzhülle gebildet sein, zum Beispiel eine Sackbohrung, oder der Boden kann mit einem Material bedeckt sein, dass die Aufnahme für das Ende der Schutzhülle bildet. Dabei kann das Material auch ein Einlagekörper sein, der in den Grundkörper eingegeben wird und auf dem Boden aufliegt und/oder mit dem Boden verbunden ist. Bevorzugt liegt der elektrische Sensor in der Schutzhülle oberhalb der Aufnahme, reicht also in die Aufnahme für das Ende der Schutzhülle nicht hinein. Zusätzlich oder stattdessen kann die Schutzhülle mit einer Innenwand des Grundkörpers gefügt, zum Beispiel lasergeheftet, sein.
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Der Grundkörper kann ein oder das Tauchrohr der Messvorrichtung sein, das zum Messen der Temperatur eines Fluids bei eingebauter Messeinrichtung in das Fluid eingetaucht ist. Die axiale Länge des Grundkörpers ist abhängig von der maximalen Eindringtiefe, wobei bei einem Rohr, das im Regelfall vollständig mit einem fließenden Fluid gefüllt ist, der Grundkörper bevorzugt von einer radialen Außenoberfläche des Rohrs bis in die Mitte des Rohrs oder tiefer bevorzugt in Querrichtung des Rohrs in das Rohr hineinreicht.
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Der Schaltvorgang, der durch den ersten Temperaturfühler bewirkt werden, kann beispielsweise ein Ventil oder eine Pumpe oder ein anderes Aggregat regeln, insbesondere an- und abschaltet. Bei dem mechanischen Sensor des ersten Temperaturfühlers kann es sich insbesondere um einen Bimetall-Sensor, einen Spannungssensor oder einen Drucksensor oder einen anderen bekannten geeigneten Sensor handeln. Der elektrische Sensor des zweiten Temperaturfühlers kann aus wärmeleitendem Metall oder Halbmetall, beispielsweise aus Titan, Nickel oder Silizium, bevorzugt aus Titan, gebildet sein.
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Ein zweiter Aspekt der Erfindung betrifft ein Tauchrohr für eine Messvorrichtung, wie sie auf den vorhergehenden Seiten beschrieben wurde. Das Tauchrohr umfasst einen zylindrischen Hohlkörper, der den Grundkörper des Tauchrohrs bildet, einen Verschluss, mit dem ein erstes axiales Ende des Grundkörpers wasser- und gasdicht verschlossen ist oder verschlossen werden kann, eine Armatur, die mit einem zweiten axialen Ende des Grundkörpers verbunden werden kann, wobei die Armatur eine erste Öffnung und eine zweite Öffnung aufweist, und wenigstens eine der Öffnungen mit einem Deckel bevorzugt wasser- und gasdicht, verschlossen werden kann.
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Bevorzugt kann die erste Öffnung mit dem Deckel verschlossen werden. Ebenso bevorzugt können die erste Öffnung und die zweite Öffnung je mit einem Deckel verschlossen werden. Wobei die Deckel zum Verschließen zum Beispiel auf ein Außengewinde der jeweiligen Öffnung aufgeschraubt oder in ein Innengewinde der jeweiligen Öffnung eingeschraubt werden kann. Die zweite Öffnung kann so gestaltet sein, dass sie einen Messeinsatz für den elektrischen Temperaturfühler aufnehmen kann.
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Eine Mittelachse der ersten Öffnung verläuft bevorzugt koaxial zu einer Längsachse des Tauchrohrs. Dabei kann eine Mittelachse des Tauchrohrs mit der Mittelachse der ersten Öffnung zusammenfallen oder die Achsen sind parallel zueinander versetzt. Eine Mittelachse der zweiten Öffnung kann im Wesentlichen senkrecht zu der Längsachse des Tauchrohrs verlaufen. Der Verschluss kann den Boden des Grundkörpers an dessen von der Armatur abgewandten Ende bilden. Dabei kann der Boden einstückig mit dem Grundkörper urgeformt oder mit dem Grundkörper gefügt, zum Beispiel verlötet, verklebt, verschweißt oder verschraubt, sein.
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Im Inneren des Tauchrohrs kann eine Schutzhülle und/oder Führungshülle für zum Beispiel den elektrischen Temperaturfühler angeordnet sein. Ein Durchmesser der Schutzhülle ist bevorzugt um ein Vielfaches kleiner, als der Innendurchmesser des Grundkörpers. Bevorzugt beträgt der Durchmesser der Schutzhülle maximal ein Viertel, bevorzugt maximal ein Sechstel des Innendurchmessers des Grundkörpers.
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Die Schutzhülle kann im Boden des Grundkörpers verankerbar sein und/oder mit einer Innenwand des Grundkörpers gefügt, zum Beispiel lasergeheftet, sein.
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Die Schutzhülle kann innerhalb des Tauchrohrs so angeordnet sein, dass ein dem Boden abgewandtes Ende der Schutzhülle im Bereich der zweiten Öffnung liegt. Die Schutzhülle kann einen im Wesentlichen geraden ersten Abschnitt und einen sich daran anschließenden gebogenen zweiten Abschnitt umfassen. Dabei kann der gebogene zweite Abschnitt das vom Boden entfernte Ende der Schutzhülle bildet.
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Der gebogene zweite Abschnitt der Schutzhülle kann sich in Richtung der zweiten Öffnung und/oder in die zweite Öffnung hinein erstrecken. Ein Winkel zwischen einer Längsachse oder Mittellängsachse des geraden Abschnitts der Schutzhülle und einer Mittelachse am offenen Ende des gebogenen Abschnitts kann 50° bis 60°, bevorzugt 52° bis 58° betragen.
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Die Armatur kann einen Bereich mit einer planen Außenfläche umfassen, und die zweite Öffnung kann bevorzugt im Bereich mit der planen Außenfläche gebildet sein.
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Im Folgenden wird die Erfindung anhand von Figuren erläutert. Die Figuren geben lediglich ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wieder. Der Umfang der Erfindung wird durch die Ansprüche definiert und ist daher nicht auf das gezeigte Ausführungsbeispiel beschränkt. Die Figuren zeigen:
- 1: Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Messvorrichtung von der Seite.
- 2: Messvorrichtung der 1 in einer Schnittansicht.
- 3: Armatur, teilweise geöffnet.
- 4: Grundkörper mit Schutzhülle für elektrischen Sensor im Detail.
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Die 1 zeigt in einer Seitenansicht ein erfindungsgemäßes Tauchrohr 20, wobei das Tauchrohr 20 einen Grundkörper 2 einer erfindungsgemäßen Messvorrichtung 1 bildet. Die Messvorrichtung 1 umfasst einen nicht dargestellten ersten Temperaturfühler, mit einem mechanischen Sensor, und einen nicht gezeigten zweiten Temperaturfühler, mit einem elektrischen Sensor, wobei die beiden Temperaturfühler respektive Sensoren gemeinsam im Inneren des Grundkörpers 2 angeordnet sind. Gemeinsam angeordnet hat hier insbesondere die Bedeutung, dass beide Temperaturfühler in einem einzigen durch den Grundkörper 2 gebildeten Hohlraum 2.4 liegen, und nicht in zwei separaten grundkörperähnlichen Aufnahmen, die miteinander verbunden oder gefügt sind. Dabei kann der Grundkörper 2 eine kreisrunde, ovale, dreieckige, mehreckige, in Form einer Acht oder eine andere beliebige Umfangsform haben.
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Die Armatur weist zwei Öffnungen 5 und 6 (siehe 3) auf, wobei die erste Öffnung 5 mit einem Deckel 9 verschlossen ist. Der Deckel 9 kann auch als Klemmhülse mit einer Durchgangsöffnung ausgebildet sein, die dazu dient, den ersten Temperaturfühler, respektive eine Anzeige, die vom ersten Temperaturfühler betätigt wird, fest und bevorzugt dicht mit der Armatur 7 zu verbinden. In der zweiten Öffnung 6 kann eine Schnittstelle 8 angeordnet sein, mit der der zweite Temperaturfühler mit einer nicht gezeigten Vorrichtung über ein Kabel oder kabellos verbunden werden kann. Bei der Vorrichtung kann es sich beispielsweise um eine Steuerung, eine Anzeige, einen Datenspeicher oder ähnliches handeln, wobei die Vorrichtung nicht nahe der Messvorrichtung angeordnet sein muss.
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Der Grundkörper 2 umfasst eine Mittelachse A1 und die zweite Öffnung eine Mittelachse A5. Die beiden Achsen A1, A5 sind im Ausführungsbeispiel senkrecht zueinander gerichtet. Die Außenseite 7.1 der Armatur 7, in der die zweite Öffnung 6 gebildet ist, ist im Ausführungsbeispiel flach. Ist auch die bezüglich der Mittelachse A1 gegenüberliegende Außenseite flach ausgebildet, kann die Armatur 7 mit einem Werkzeug gegriffen und beispielsweise fest mit dem Grundkörper 2 verbunden, zum Beispiel verschraubt oder geklemmt, werden.
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Die 2 zeigt die Messvorrichtung 1 der 1, wobei auch hier der elektromechanische Temperaturfühler nicht eingezeichnet ist. Der Grundkörper 2 hat ein erstes, der Armatur 7 abgewandtes Ende 2.1, und ein zweites, der Armatur 7 zugewandtes Ende 2.2, einen Boden 2.4, und bildet einen einzigen Hohlraum 2.4, in dem der erste Temperaturfühler und der zweite Temperaturfühler angeordnet sind. Zu sehen ist ferner die Armatur 7 mit der ersten Öffnung 5 und der zweiten Öffnung 6, sowie die flache Außenfläche 7.1 im Umfangsbereich der Armatur 7, in dem die zweite Öffnung 6 ausgebildet ist.
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Im Hohlraum 2.4 ist der elektrische Temperaturfühler, respektive ein Schutzhülle 10, die den elektrischen Temperaturfühler ummantelt, zu sehen. Die Schutzhülle 10 reicht vom Boden 2.3 bis zu oder in die zweite Öffnung 8. Die Schutzhülle 10 umfasst ein erstes bodennahes Ende 10.1 und ein zweites Ende 10.2, das in die Armatur 7 hineinreicht. Im Ausführungsbeispiel steckt die Schutzhülle 10 mit dem ersten Ende 10.1 im Boden 2.3, so dass dieses Ende 10.1 der Schutzhülle 10 im Grundkörper 2 örtlich an einem Ende festgelegt ist. Stattdessen oder zusätzlich kann die Schutzhülle 10, respektive eine Außenumfangswand der Schutzhülle mit einer Innenumfangswand des Grundkörpers 2 gefügt, zum Beispiel mit einem lasergeheftet sein.
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Die Schutzhülle 10 hat im Ausführungsbeispiel einen ersten im Wesentlichen geraden Abschnitt 10.3, der sich vom Boden 2.3 bis in die Armatur 7 erstreckt. Daran schließt sich ein zweiter gebogener Abschnitt 10.4 an, der in Richtung der zweiten Öffnung 6 gebogen ist, damit die Verbindungsdrähte, die den nicht gezeigten elektrischen Sensor mit der Schnittstelle 8 verbinden, im Bereich der zweiten Öffnung 6 nicht geknickt werden können.
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Die 3 zeigt die Armatur 7 im Detail. Die Armatur 7 umfasst ein Gehäuse 7.2, die erste Öffnung 5, die zweite Öffnung 6, einen Anschlussbereich 7.6 für den Grundkörper 2 und die flache Außenumfangsseite 7.1. Die Armatur 7, respektive die Bohrung, die die erste Öffnung 5 mit dem Anschlussbereich 7.6 verbindet, bildet einen Hohlraum 7.3. Die zweite Bohrung 6 öffnet sich im Bereich 7.5 in den Hohlraum 7.3. Mit der zweiten Öffnung 6 ist eine Aufnahme 7.4 dauerhaft verbunden oder verbindbar, die zum Beispiel einen Verbindungsstecker oder eine Sendeeinheit zum Senden der vom elektrischen Sensor gemessenen Temperaturen aufnehmen kann.
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In der 3 sind deutlich die Achsen A1 und A4 und deren Ausrichtung zueinander zu sehen.
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Der elektromechanische Sensor, wie zum Beispiel das Zeigerthermometer mit dem mechanischen Sensor, kann über die Öffnung 5 mit der Armatur 7 verbunden werden, so dass der mechanische Sensor bei mit dem Grundkörper 2 oder Tauchrohr 20 verbundener Armatur 7 in den Grundkörper hineinragt. Bekannt Verbindungen sind Verbindungen in der Klemmverschraubungsausführung, der Fernleitungsausführung und der Transformatorenausführung, die dem Fachmann bekannt sind und daher hier nicht extra ausgeführt werden müssen.
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Die 4 zeigt nochmals den Grundkörper 2 oder das Tauchrohr 20 mit der Schutzhülle 10, die im Boden 2.3 verankert und/oder mit der Innenumfangswand des Grundkörpers 2 gefügt ist. Der ersten im Wesentlichen gerade Abschnitt 10.3 der Schutzhülle hat eine Mittelachse A2, die zumindest im Wesentlichen bei mit dem Grundkörper 2 verbundenen Schutzhülle 10 parallel zur Mittelachse A1 des Grundkörpers verläuft. Der sich an den graden Abschnitt 10.3 anschließende gebogene Abschnitt 10.4 geht im Ausführungsbeispiel in einen weiteren im Wesentlichen geraden Abschnitt 10.5 über, der das bodenabgewandte Ende 10.2 der Schutzhülle 10 umfasst und eine Mittelachse A3 hat. Die Mittelachse A2 und die Mittelachse A3 treffen sich in einem Schnittpunkt S und definieren einen Winkel a, der je nach Ausführung variieren kann, in jedem Fall aber größer als 90° und kleiner als 180° ist. Das heißt, ein Winkel zwischen der Achse A3 und der Achse A4, der Mittelachse der zweiten Öffnung 6, hat entsprechend einen Wert größer 0° und kleiner 90°.
