DE202021102491U1

DE202021102491U1 - Sensor for determining a process variable

Info

Publication number: DE202021102491U1
Application number: DE202021102491.7U
Authority: DE
Original assignee: Sick AG
Current assignee: Sick AG
Priority date: 2021-05-07
Filing date: 2021-05-07
Publication date: 2022-08-11
Anticipated expiration: 2031-05-08

Abstract

Sensor (10) zum Bestimmen einer Prozessgröße in einem Behälter (12), wobei der Sensor (10) ein Gehäuse (20) und einen Prozessanschluss (24) aufweist und das Gehäuse (20) in einem Verbindungsbereich (26) drehbar in dem Prozessanschluss (24) angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (20) an seinem Außenumfang eine umlaufende erste Nut (28) und der Prozessanschluss (24) an seinem Innenumfang eine umlaufende zweite Nut (46) aufweist, dass in den Nuten (28, 46) ein Fixierelement (30) angeordnet ist und dass das Fixierelement (30) radial nach innen in die erste Nut (28) oder radial nach außen in die zweite Nut (46) verschoben ist.

Sensor (10) for determining a process variable in a container (12), the sensor (10) having a housing (20) and a process connection (24) and the housing (20) rotatable in a connection area (26) in the process connection ( 24), characterized in that the housing (20) has a circumferential first groove (28) on its outer circumference and the process connection (24) has a circumferential second groove (46) on its inner circumference, so that in the grooves (28, 46 ) a fixing element (30) is arranged and that the fixing element (30) is displaced radially inwards into the first groove (28) or radially outwards into the second groove (46).

Description

Die Erfindung betrifft einen Sensor zum Bestimmen einer Prozessgröße nach dem Oberbegriff von Anspruch 1.The invention relates to a sensor for determining a process variable according to the preamble of claim 1.

Zur Bestimmung von Prozessgrößen eines Mediums in einem Behälter sind diverse Sensoren bekannt, die beispielsweise den Füllstand oder die Temperatur messen. Einige Messverfahren sind berührungslos, andere nutzen eine Sonde, die in das zu vermessende Medium eintaucht. So misst die beispielsweise aus DE 10 2007 030 847 A1 bekannte Füllstandmessung mit Zeitbereichsreflektometrie (TDR, Time Domain Reflectometry) die Laufzeit von in einer Sonde geführten Mikrowellenpulsen bis zur Oberfläche des Mediums.Various sensors are known for determining process variables of a medium in a container, which, for example, measure the filling level or the temperature. Some measuring methods are non-contact, others use a probe that dips into the medium to be measured. This is how it measures, for example DE 10 2007 030 847 A1 well-known level measurement with time domain reflectometry (TDR, Time Domain Reflectometry) the propagation time of guided in a probe microwave pulses to the surface of the medium.

Der Sensor ist üblicherweise in einem schützenden Gehäuse untergebracht, aus dem eine mögliche vorhandene Sonde herausragt. Die Verbindung mit dem Behälter wird als Prozessanschluss bezeichnet. Darüber wird der Sensor beispielsweise in einer Öffnung des Behälters befestigt, so dass der Sensor auf dem Behälter sitzt und dessen Sonde in den Behälter eintaucht. Während der Herstellung oder spätestens bei der Montage sind Gehäuse und Prozessanschluss miteinander zu verbinden. Es ist gewünscht, dass das Gehäuse gegenüber dem Prozessanschluss drehbar bleibt, um beispielsweise eine Anzeige des Sensors in eine gewünschte Richtung zu drehen, aus der sie abgelesen werden kann. Gleichzeitig soll aber die Verbindung axiale Kräfte aufnehmen, die auf den Prozessanschluss wirken.The sensor is usually housed in a protective housing from which a possible existing probe protrudes. The connection to the container is called the process connection. The sensor is then fastened in an opening of the container, for example, so that the sensor sits on the container and its probe dips into the container. During manufacture or at the latest during assembly, the housing and process connection must be connected to one another. It is desirable that the housing remain rotatable relative to the process connection, for example to rotate a reading of the sensor in a desired direction from which it can be read. At the same time, however, the connection should absorb axial forces that act on the process connection.

Eine herkömmliche Lösung nach DIN 471 sieht dafür die Verwendung eines Sicherungsrings vor. Der Sicherungsring muss zur Montage über die Welle gespreizt werden. Hierbei darf der Einstich-Durchmesser im Vergleich zum Wellen-Durchmesser nur geringfügig kleiner sein, so dass der Sicherungsring bei der Montage nicht überdehnt wird. Ansonsten würde der Sicherungsring sich plastisch verformen, somit nicht mehr auf den vorgesehenen Durchmesser zurückstellen, und seine Funktion wäre dann nicht mehr gegeben. Weiterhin sind die axial auftretenden Kräfte durch die vorgegebene Überlappung im Einstich begrenzt.A conventional solution according to DIN 471 provides for the use of a circlip. The circlip must be spread over the shaft for assembly. The puncture diameter may only be slightly smaller than the shaft diameter so that the circlip is not overstretched during assembly. Otherwise the circlip would deform plastically and would therefore no longer return to the intended diameter and would then no longer be able to function. Furthermore, the forces occurring axially are limited by the specified overlap in the puncture.

Eine weitere herkömmliche Lösung nutzt zwei Stifte, die durch jeweils eine Bohrung im Prozessanschluss geschoben werden. Bei einem Prozessanschluss aus Edelstahl ist die Einbringung solcher Bohrungen aufwändig, da lange und dünne Bohrer auf schräg verlaufende Oberflächen treffen. Lange und dünne Zylinderstifte in der erforderlichen Länge sind standardmäßig nicht verfügbar und müssen deshalb eigens hergestellt werden. Wegen des dünnen Stiftquerschnitts sind die vertragenen axialen Kräfte begrenzt. Zusätzlich müssen die Stifte gegen Vibrationsbelastung und Herausrutschen gesichert werden. Das erfordert zum einen eine passgenaue und somit teure Herstellung der Schnittstellen und zum anderen das Einbringen eines Gewindes, einer Pressverbindung oder einer Sicherung mit Klebstoff, wobei ein verwendeter Klebstoff weder ein Gehäuse aus Kunststoff schädigen noch im Feld mit den verwendeten Medien reagieren darf.Another conventional solution uses two pins that are each pushed through a hole in the process connection. In the case of a process connection made of stainless steel, the introduction of such bores is complex, since long and thin drills come into contact with sloping surfaces. Long and thin cylinder pins of the required length are not available as standard and must therefore be specially manufactured. Due to the thin cross-section of the pin, the axial forces that can be tolerated are limited. In addition, the pins must be secured against vibration stress and slipping out. On the one hand, this requires precise and therefore expensive production of the interfaces and, on the other hand, the introduction of a thread, a press connection or securing with adhesive, whereby an adhesive used must neither damage a plastic housing nor react with the media used in the field.

Die DE 10 2010 038 732 A1 offenbart ein Verfahren zur Sicherung der Befestigung einer messenden Einheit eines Füllstandsmessgeräts an einem Prozessanschlusselement. Die lösbare, formschlüssige Gewindeverschraubung wird mittels einer radial einwirkenden Verformung gesichert. Drehbar ist die Verbindung im verbundenen, gesicherten Zustand nicht mehr. Außerdem unterliegt diese Lösung starken Einschränkungen bezüglich der Materialauswahl.the DE 10 2010 038 732 A1 discloses a method for securing the attachment of a measuring unit of a level gauge to a process connection element. The detachable, form-fitting threaded connection is secured by means of a radial deformation. The connection can no longer be rotated when it is connected and secured. In addition, this solution is subject to severe restrictions in terms of material selection.

In der DE 10 2017 129 789 A1 wird ein Befestigungssystem für ein Sensorelement beschrieben, wobei die axiale Sicherung ganz klassisch mit einem dort als Klemme bezeichneten Sicherungsring erfolgt. Lediglich eine partielle Drehung bleibt noch möglich, wofür eine recht aufwändige Konstruktion mit einem segmentierten, gestuften Ring sorgt.In the DE 10 2017 129 789 A1 a fastening system for a sensor element is described, with the axial securing being carried out quite classically with a securing ring referred to there as a clamp. Only a partial rotation is still possible, which is ensured by a rather complex construction with a segmented, stepped ring.

Die WO2020/244825 A1 befasst sich mit einem Messgerät mit einem Flansch zur Auflage auf die Oberseite einer Wand eines Behälters mit einer Öffnung. Mittels mehrerer Spann- oder Spreizvorrichtungen wird eine Spann- oder Spreizkraft auf die Unterseite der Wand oder auf die Innenseite der Öffnung ausgeübt, um den Flansch an der Öffnung zu befestigen. Ein Verdrehen des montierten Messgeräts ist nicht möglich.the WO2020/244825 A1 deals with a gauge having a flange for resting on top of a wall of a container with an opening. A clamping or expanding force is applied to the underside of the wall or to the inside of the opening by means of a plurality of clamping or spreading devices in order to secure the flange to the opening. It is not possible to twist the mounted measuring device.

Aus der DE 10 2013 216 524 B3 ist ein Druckmesserumformer mit verdrehbarer Gehäusehülse bekannt. Ein zylinderförmiger Gehäuseabschnitt aus einem Blechmantel ist mit einem Prozessanschluss verbunden. In eine Ringnut des Prozessanschlusses ragt eine durch Umformen des Blechmantels erzeugte Verformung hinein, wodurch das Gehäuse gegenüber dem Prozessanschluss drehbar, aber in axialer Richtung fixiert ist. Diese Umformung erfordert einen hohen Aufwand bei der Herstellung, da das Gehäuse nicht fertig geformt mit dem Prozessanschluss verbunden wird, sondern die Umformung erst bei in den Prozessanschluss eingeschobenem Gehäuse vollendet werden kann. Zudem ist die Materialwahl des Gehäuses sehr stark begrenzt, da beispielsweise Kunststoff keine stabile Umformung zuließe. Es können weiterhin im Betrieb nur ähnlich hohe Kräfte aufgenommen werden wie beim Fügen der Teile. Das kann zu Problemen führen, wenn im Betrieb ein hoher Prozessdruck auftritt, der axial auf die Verbindung einwirkt.From the DE 10 2013 216 524 B3 a pressure transducer with a rotatable housing sleeve is known. A cylindrical housing section made of sheet metal is connected to a process connection. A deformation produced by forming the sheet-metal jacket protrudes into an annular groove of the process connection, as a result of which the housing can be rotated relative to the process connection, but is fixed in the axial direction. This reshaping requires a great deal of effort during production, since the housing is not connected to the process connection after it has been completely formed, but rather the reshaping can only be completed when the housing is pushed into the process connection. In addition, the choice of material for the housing is very limited, since plastic, for example, would not allow stable forming. During operation, only similarly high forces can be absorbed as when the parts are joined. This can lead to problems if high process pressure occurs during operation, which acts axially on the connection.

Es ist daher Aufgabe der Erfindung, eine verbesserte Verbindung zwischen Gehäuse und Prozessanschluss eines gattungsgemäßen Sensors zu schaffen.It is therefore the object of the invention to create an improved connection between the housing and the process connection of a generic sensor.

Diese Aufgabe wird durch einen Sensor zum Bestimmen einer Prozessgröße nach Anspruch 1 gelöst. Das Gehäuse des Sensors ist in einem Verbindungsbereich drehbar in dem Prozessanschluss des Sensors angeordnet. Über den Prozessanschluss wird der Sensor an dem Behälter angebracht. Gehäuse und Prozessanschluss weisen vorzugsweise zumindest in dem Verbindungsbereich eine rotationssymmetrische Form auf. Dabei hat das Gehäuse den kleineren Radius und sitzt damit innerhalb des Prozessanschlusses. Gehäuse und Prozessanschluss weisen einen radialen Freiheitsgrad auf, sind mit anderen Worten im Verbindungsbereich gegeneinander drehbar.This object is achieved by a sensor for determining a process variable according to claim 1. The housing of the sensor is rotatably arranged in the process connection of the sensor in a connection area. The sensor is attached to the container via the process connection. Housing and process connection preferably have a rotationally symmetrical shape at least in the connection area. The housing has the smaller radius and therefore sits within the process connection. The housing and the process connection have a degree of radial freedom, in other words they can be rotated in relation to one another in the connection area.

Die Erfindung geht von dem Grundgedanken aus, die Drehung um ein Fixierelement zu realisieren, das den radialen Freiheitsgrad ermöglicht und die Verbindung axial fixiert. Das Fixierelement ist vorzugsweise im Wesentlichen ringförmig. Das Gehäuse weist an seinem Außenumfang eine umlaufende erste Nut und der Prozessanschluss an seinem Innenumfang eine umlaufende zweite Nut auf. Gehäuse und Prozessanschluss sind axial so zueinander angeordnet, dass die beiden Nuten auf einer gleichen Höhe liegen und somit radial ineinander übergehen. In dem aus den beiden Nuten gebildeten Hohlraum ist das Fixierelement angeordnet. Es ist radial nach innen in die erste Nut oder radial nach außen in die zweite Nut verschoben. Der Begriff Verschieben lehnt sich daran an, wie das Fixierelement diese radiale Position erreicht hat, da es nur vor dem Verschieben axial beweglich ist und nach dem Verschieben durch die Nuten axial fixiert ist. Der Begriff beschreibt ebenso die erreichte Position, die gegenüber der ursprünglich besetzten Nut verschoben ist. In der montierten Position befindet sich das Fixierelement mit einem jeweiligen radialen Anteil sowohl in der ersten Nut als auch in der zweiten Nut.The invention is based on the basic idea of realizing the rotation about a fixing element, which enables the degree of radial freedom and fixes the connection axially. The fixing element is preferably essentially ring-shaped. The housing has a circumferential first groove on its outer circumference and the process connection has a circumferential second groove on its inner circumference. The housing and process connection are arranged axially in relation to one another in such a way that the two grooves are at the same height and thus merge radially into one another. The fixing element is arranged in the cavity formed by the two grooves. It is shifted radially inward into the first groove or radially outward into the second groove. The term shifting is based on how the fixing element has reached this radial position, since it can only be moved axially before the shifting and is fixed axially by the grooves after the shifting. The term also describes the position reached, which is shifted from the groove originally occupied. In the mounted position, the fixing element is located with a respective radial portion both in the first groove and in the second groove.

Die Erfindung hat den Vorteil, dass eine robuste Verbindung von Gehäuse und Prozessanschluss geschaffen ist. Das Gehäuse bleibt in dieser Verbindung gegenüber dem Prozessanschluss drehbar, und die Verbindung nimmt auch hohe axiale Kräfte auf, die auf den Prozessanschluss wirken. Die erfindungsgemäße Verbindung kann auch bei tiefen Einstichen an der Verbindung oder Schnittstelle zwischen Gehäuse und Prozessanschluss eingesetzt werden. Die Lösung benötigt wenig Bauraum und ist kostengünstig. Die erforderliche Formgebung an Gehäuse und Prozessanschluss ist beispielsweise mittels Zerspanung oder Spritzguss kostenneutral oder mit sehr geringem Einmalaufwand möglich.The invention has the advantage that a robust connection between the housing and the process connection is created. In this connection, the housing remains rotatable relative to the process connection, and the connection also absorbs high axial forces that act on the process connection. The connection according to the invention can also be used in the case of deep punctures at the connection or interface between the housing and the process connection. The solution requires little installation space and is inexpensive. The necessary shaping of the housing and process connection can be done, for example, by means of machining or injection molding at no cost or with very little one-off effort.

Das Fixierelement ist bevorzugt radial nach innen in die erste Nut gedrückt. In dieser Ausführungsform war das Fixierelement ursprünglich in die zweite Nut des Prozessanschlusses eingelegt. Nach dem Zusammensetzen von Gehäuse und Prozessanschluss wurde es dann nach innen verschoben. Wie schon ausgeführt, wird das Fixierelement nicht ganz aus der zweiten Nut herausgedrückt, sondern besetzt in seinem montierten Zustand einen radialen Teil beider Nuten.The fixing element is preferably pressed radially inwards into the first groove. In this embodiment, the fixing element was originally placed in the second groove of the process connection. After assembling the housing and process connection, it was then moved inwards. As already explained, the fixing element is not pushed completely out of the second groove, but instead occupies a radial part of both grooves in its assembled state.

Das Fixierelement ist bevorzugt radial nach außen in zweite Nut gezogen. Das ist die umgekehrte Ausführungsform zu derjenigen des vorigen Absatzes. In diesem Fall war das Fixierelement ursprünglich in die erste Nut des Gehäuses eingelegt. Nach dem zusammensetzen von Gehäuse und Prozessanschluss wurde es dann nach außen gezogen. Wiederum wird das Fixierelement nicht ganz aus der ersten Nut herausgezogen, sondern besetzt in seinem montierten Zustand einen radialen Teil beider Nuten.The fixing element is preferably pulled radially outwards into the second groove. This is the opposite embodiment to that of the previous paragraph. In this case, the fixing element was originally placed in the first groove of the housing. After assembling the housing and process connection, it was then pulled outwards. Again, the fixing element is not completely pulled out of the first groove, but occupies a radial part of both grooves in its installed state.

Das Fixierelement ist bevorzugt mittels einer radialen Schraube verschoben. Noch bevorzugter sind mehrere radiale Schrauben vorgesehen, die über den Umfang des Verbindungsbereichs verteilt sind, insbesondere zwei gegenüberliegende Schrauben. Das Fixierelement ist durch das Anziehen der mindestens einen radialen Schraube nach innen in die erste Nut gedrückt oder nach außen in die zweite Nut gezogen.The fixing element is preferably moved by means of a radial screw. Even more preferably, several radial screws are provided, which are distributed over the circumference of the connection area, in particular two opposite screws. By tightening the at least one radial screw, the fixing element is pressed inwards into the first groove or pulled outwards into the second groove.

Der Prozessanschluss oder das Fixierelement weist bevorzugt ein Gewinde für die mindestens eine radiale Schraube auf, im Falle mehrerer radialer Schrauben eine passende Anzahl und Anordnung von Gewinden. Ein Gewinde im Prozessanschluss sorgt dafür, dass die mindestens eine radiale Schraube beim Anziehen eine Kraft nach innen ausübt, somit das Fixierelement nach innen in die erste Nut gedrückt wird. Ein Gewinde in dem Fixierelement hingegen sorgt dafür, dass die mindestens eine radiale Schraube beim Anziehen eine Kraft nach außen ausübt, somit das Fixierelement nach außen in die zweite Nut gezogen wird.The process connection or the fixing element preferably has a thread for the at least one radial screw, in the case of several radial screws a suitable number and arrangement of threads. A thread in the process connection ensures that the at least one radial screw exerts a force inwards when it is tightened, so that the fixing element is pressed inwards into the first groove. A thread in the fixing element, on the other hand, ensures that the at least one radial screw exerts an outward force when tightened, so that the fixing element is pulled outward into the second groove.

Das Fixierelement ist bevorzugt aus mehreren Fixierelementteilen zusammengesetzt. Zwischen den Fixierelementteilen gibt es eine Flexibilität, die dem zusammengesetzten Fixierelement einen kleineren oder größeren Radius ermöglichen. Diese Veränderung ermöglicht das radiale Verschieben in den Nuten. Außerdem kann das mehrteilige Fixierelement in seiner zunächst vorgesehenen Nut zusammengesetzt werden, so dass es nicht axial über größere Radien verschoben muss, was bei dem einleitend angesprochenen Sicherungsring erforderlich wäre.The fixing element is preferably composed of several fixing element parts. There is a flexibility between the fixation element parts that allows the assembled fixation element to have a smaller or larger radius. This change allows for radial shifting in the grooves. In addition, the multi-part fixing element can be assembled in its initially provided groove, so that it does not have to be displaced axially over larger radii, which would be necessary with the retaining ring mentioned in the introduction.

Die Fixierelementteile sind vorzugsweise ineinander steckbar. Das ist eine besonders einfache, werkzeuglose Möglichkeit, das Fixierelement zusammenzusetzen. Bevorzugt weisen die Fixierelementteile mindestens eine Bohrung und/oder mindestens einen Stift auf, wobei das Einschieben von Stift und Bohrung jeweiliger Fixierelementteile das Fixierelement zusammensetzt.The fixing element parts can preferably be plugged into one another. This is a particularly simple, tool-free option for assembling the fixing element. The fixing element parts preferably have at least one bore and/or at least one pin, with the insertion of the pin and bore of the respective fixing element parts assembling the fixing element.

Die Fixierelementteile sind bevorzugt als Ringsegmente, insbesondere Halbringe ausgebildet. Aus den Ringsegmenten wird ein ringförmiges Fixierelement zusammengesetzt. Besonders bevorzugt sind an den jeweiligen Enden der Ringsegmente in Umfangsrichtung Verbindungselemente vorgesehen, wie mindestens ein Stift beziehungsweise mindestens eine Bohrung, mit denen die Ringsegmente sich einfach zusammensetzen lassen. Besonders bevorzugt ist das Fixierelement zweiteilig, besteht demnach aus zwei Ringsegmenten, die wiederum vorzugsweise jeweils eine Hälfte des Umfangs umfassen und somit als Halbringe ausgebildet sind. Zwei Fixierelementteile zeigen bereits den Vorteil, dass das Fixierelement erst in der vorgesehenen Position seiner Nut zusammensetzbar ist, mehr Fixierelementteile sind daher oft nicht erforderlich. Als Ring, insbesondere aus zwei Halbringen, hat das Fixierelement eine besonders einfache Geometrie. Zusätzlich zu dem einfachen Halbring werden nur Standardelemente und Standardteile wie Bohrungen, Gewinde, Schrauben oder Zylinderstifte benötigt, so dass besonders kostengünstige Ausführungsformen ermöglicht werden.The fixing element parts are preferably designed as ring segments, in particular half rings. An annular fixing element is assembled from the ring segments. Particularly preferably, connecting elements are provided at the respective ends of the ring segments in the circumferential direction, such as at least one pin or at least one bore, with which the ring segments can be easily assembled. The fixing element is particularly preferably in two parts, thus consisting of two ring segments, which in turn preferably each comprise one half of the circumference and are therefore designed as half rings. Two fixing element parts already show the advantage that the fixing element can only be assembled in the intended position of its groove, more fixing element parts are therefore often not required. As a ring, in particular made up of two half rings, the fixing element has a particularly simple geometry. In addition to the simple half ring, only standard elements and standard parts such as bores, threads, screws or cylinder pins are required, so that particularly cost-effective embodiments are possible.

Die Fixierelementteile sind bevorzugt untereinander baugleich ausgebildet. Die Fixierelementteile passen folglich mit sich selbst zusammen. Eine Gleichteilverwendung vereinfacht Herstellung und Handhabung. Varianten für eine vorgesehene Orientierung und/oder Position in dem Fixierelement sind nicht erforderlich oder lassen sich durch Einsetzen von Stiften bilden.The fixing element parts are preferably designed to be structurally identical to one another. The fixing element parts thus mate with themselves. Using the same parts simplifies manufacture and handling. Variants for an intended orientation and/or position in the fixing element are not required or can be formed by inserting pins.

Das Gehäuse, der Prozessanschluss und/oder das Fixierelement sind bevorzugt aus Metall oder Kunststoff hergestellt. Im Gegensatz zu vielen herkömmlichen Lösungen ist die Erfindung nicht auf eine bestimmte Materialwahl angewiesen. Daher sind auch beliebige Mischformen möglich. Besonders bevorzugt ist der im Feld besonders beanspruchte Prozessanschluss aus Metall, insbesondere Edelstahl hergestellt. Für das Gehäuse und das Kunststoffelement sind Metalle wie Kunststoffe gleichermaßen vorstellbar. Alle gängigen Herstellverfahren stehen zur Verfügung, beispielsweise können die Teile Kunststoff-Spritzgussteile ebenso wie zerspante Teile aus Kunststoff oder Metall sein.The housing, the process connection and/or the fixing element are preferably made of metal or plastic. In contrast to many conventional solutions, the invention is not dependent on a specific choice of material. Any mixed forms are therefore also possible. The process connection, which is particularly stressed in the field, is particularly preferably made of metal, in particular stainless steel. Metals and plastics are equally conceivable for the housing and the plastic element. All common manufacturing processes are available, for example the parts can be plastic injection molded parts as well as machined parts made of plastic or metal.

Der Sensor weist bevorzugt eine insbesondere langgestreckte Sonde zum Eintauchen in ein Medium in dem Behälter auf. Die Sonde ist mindestens mittelbar mit dem Gehäuse verbunden und wird bei zahlreichen Messprinzipien benötigt.The sensor preferably has an in particular elongated probe for immersion in a medium in the container. The probe is at least indirectly connected to the housing and is required for numerous measuring principles.

Der Sensor weist bevorzugt eine Steuer- und Auswerteeinheit zum Messen der Prozessgröße auf. Die Messung nutzt insbesondere die langgestreckte Sonde. Es sind aber auch kurze Sonden und berührungslose Messverfahren möglich.The sensor preferably has a control and evaluation unit for measuring the process variable. In particular, the measurement uses the elongated probe. However, short probes and non-contact measuring methods are also possible.

Der Prozessanschluss weist bevorzugt ein Gewinde auf. Damit wird der Prozessanschluss und folglich der Sensor in eine Öffnung des Behälters eingeschraubt. Alternativ ist ein Prozessanschluss ohne Gewinde denkbar, beispielsweise mit einer Klemmverbindung nach DIN 32676.The process connection preferably has a thread. With this, the process connection and consequently the sensor are screwed into an opening of the container. Alternatively, a process connection without a thread is conceivable, for example with a clamp connection according to DIN 32676.

Die Erfindung wird nachstehend auch hinsichtlich weiterer Merkmale und Vorteile beispielhaft anhand von Ausführungsformen und unter Bezug auf die beigefügte Zeichnung näher erläutert. Die Abbildungen der Zeichnung zeigen in:

1 eine schematische Schnittansicht eines Füllstandsensors in einem Behälter;
2 eine Ansicht eines Gehäuses eines Sensors und eines zweiteiligen Fixierelements;
3 eine Ansicht gemäß 2, nachdem das zweiteilige Fixierelement in eine Nut des Gehäuses eingelegt ist;
4 eine Ansicht des Gehäuses beim Aufstecken eines Prozessanschlusses;
5 eine Ansicht gemäß 4, nachdem Gehäuse und Prozessanschluss in die vorgesehene axiale Position gebracht sind;
6 eine Ansicht gemäß 5 mit zwei radialen Schrauben;
7 eine Ansicht gemäß 6, nachdem die radialen Schrauben angezogen sind;
8 eine Längsschnittansicht zu 6 vor dem Einsetzen der radialen Schrauben;
9 eine Längsschnittansicht zu 7 nach dem Anziehen der radialen Schrauben;
10 eine dreidimensionale Ansicht aus schräger Perspektive auf den Querschnitt eines Verbindungsbereichs mit dem in das Gehäuse eingelegten Fixierelement in der Situation vor dem Einsetzen der radialen Schrauben gemäß 6;
11 eine dreidimensionale Ansicht aus schräger Perspektive auf den Querschnitt des Verbindungsbereichs mit dem in das Gehäuse eingelegten Fixierelement in der Situation nach dem Anziehen der radialen Schrauben gemäß 7;
12 eine Querschnittansicht gemäß 10;
13 eine Querschnittansicht gemäß 11;
14 eine Querschnittansicht ähnlich 12 für eine alternative Ausführungsform, in der das Fixierelement in eine Nut des Prozessanschlusses eingelegt wird, in einer Grundstellung vor dem Anziehen einer radialen Schraube; und
15 eine Querschnittansicht zu 14 nach dem Anziehen der radialen Schraube.

The invention is explained in more detail below, also with regard to further features and advantages, by way of example on the basis of embodiments and with reference to the attached drawing. The illustrations of the drawing show in:

1 a schematic sectional view of a level sensor in a container;
2 a view of a housing of a sensor and a two-part fixing element;
3 a view according to 2 after the two-part fixing element is inserted into a groove of the housing;
4 a view of the housing when attaching a process connection;
5 a view according to 4 , after the housing and process connection have been brought into the intended axial position;
6 a view according to 5 with two radial screws;
7 a view according to 6 , after tightening the radial screws;
8th a longitudinal sectional view 6 before inserting the radial screws;
9 a longitudinal sectional view 7 after tightening the radial screws;
10 a three-dimensional view from an oblique perspective of the cross-section of a connection area with the fixing element inserted in the housing in the situation before the insertion of the radial screws according to FIG 6 ;
11 a three-dimensional view from an oblique perspective of the cross section of the connection area with the fixing element inserted in the housing in the situation after tightening the radial screws according to FIG 7 ;
12 a cross-sectional view according to FIG 10 ;
13 a cross-sectional view according to FIG 11 ;
14 a cross-sectional view similar 12 for an alternative embodiment, in which the fixing element is inserted into a groove of the process connection, in a basic position before tightening a radial screw; and
15 a cross-sectional view 14 after tightening the radial screw.

1 zeigt schematisch in einer Seitenansicht einen als Füllstandsensor ausgebildeten Sensor 10, der in einem Tank oder Behälter 12 mit einem Medium 14 angebracht ist. Eine Sonde 16 ragt in das Medium 14 hinein, vorzugsweise bis zum Boden des Behälters 12. Das Medium 14 bildet eine Grenzfläche 18, und der Sensor 10 ist dafür ausgebildet, die Entfernung der Grenzfläche 18 zu ermitteln und somit den Füllstand des Mediums 14 abzuleiten. Ein Füllstandsensor als Sensor 10 ist nur ein Beispiel. Der Sensor 10 kann für andere Anwendungen der Prozessmesstechnik ausgebildet sein, beispielsweise als Druckmesser, Durchflussmesser oder Temperaturmesser. Einige Ausführungsformen eines Sensors 10 benötigen keine Sonde 16 oder kommen mit einer kurzen Sonde aus. 1 shows a schematic side view of a sensor 10 designed as a fill level sensor, which is mounted in a tank or container 12 with a medium 14 . A probe 16 protrudes into the medium 14, preferably to the bottom of the container 12. The medium 14 forms an interface 18 and the sensor 10 is adapted to determine the distance of the interface 18 and thus to derive the level of the medium 14. A level sensor as sensor 10 is just one example. The sensor 10 can be designed for other applications in process measurement technology, for example as a pressure meter, flow meter or temperature meter. Some embodiments of a sensor 10 do not require a probe 16 or make do with a short probe.

Der Sensor 10 weist in seinem oberen Bereich ein Gehäuse 20 auf, in dem seine Elektronik, Kommunikationsschnittstellen und dergleichen untergebracht sind. Stellvertretend ist nur eine Steuer- und Auswertungseinheit 22 gezeigt, die mit der Sonde 16 verbunden ist, das Messverfahren steuert und die Messwerte gewinnt und mit der Anlage kommuniziert, in der der Sensor 10 eingesetzt ist. Bei einem TDR-Messverfahren beispielsweise (TDR, Time Domain Reflectometry, Zeitbereichsreflexion) sendet die Steuer- und Auswertungseinheit 22 einen kurzen elektromagnetischen Puls, vorzugsweise einen Mikrowellenpuls, durch die Sonde 16. An der Grenzfläche 18 springt die relative Dielektrizitätskonstante und damit der Wellenleitwiderstand und erzeugt so einen Reflexpuls. Mit dem Reflexpuls bestimmt die Steuer- und Auswertungseinheit 22 die Laufzeit zu der Grenzfläche 18 und über die Signalausbreitungsgeschwindigkeit deren Entfernung. Zumindest Teile der Sensorfunktionalität können alternativ zu der Darstellung in 1 in einem von dem Behälter abgesetzten Gehäuse vorgesehen sein.In its upper area, the sensor 10 has a housing 20 in which its electronics, communication interfaces and the like are accommodated. Only one control and evaluation unit 22 is shown as a representative, which is connected to the probe 16, controls the measuring method and obtains the measured values and communicates with the system in which the sensor 10 is used. In a TDR measurement method, for example (TDR, Time Domain Reflectometry, time domain reflection), the control and evaluation unit 22 sends a short electromagnetic pulse, preferably a microwave pulse, through the probe 16. At the interface 18, the relative dielectric constant and thus the waveguide resistance jumps and generates such a reflex pulse. The control and evaluation unit 22 uses the reflex pulse to determine the transit time to the boundary surface 18 and, via the signal propagation speed, its distance. At least parts of the sensor functionality can be used as an alternative to the representation in 1 be provided in a housing remote from the container.

Das Gehäuse 20 ist mit einem Prozessanschluss 24 verbunden. Diese Verbindung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die weiteren Figuren näher erläutert. Mittels des Prozessanschlusses 24 wird der Sensor 10 an dem Behälter 12 angebracht, insbesondere in einer Öffnung an der Behälterdecke oder einer Behälterwand.The housing 20 is connected to a process connection 24 . This connection is explained in more detail below with reference to the other figures. The sensor 10 is attached to the container 12 by means of the process connection 24, in particular in an opening in the container ceiling or a container wall.

2 zeigt eine Ausgangssituation für eine Verbindung des Gehäuses 20 mit dem hier noch nicht dargestellten Prozessanschluss 24. Um einem Verbindungsbereich 26 des Gehäuses 20 läuft am Außenumfang des Gehäuses 20 eine Nut 28. Ein in 2 noch in Einzelteilen dargestelltes Fixierelement 30 weist zwei als vorzugsweise baugleiche Halbringe ausgebildete Fixierelementteile 32a-b auf. Die Fixierelementteile 32a-b sind jeweils mit einem Gewinde 34a-b für eine noch zu erläuternde radiale Schraube versehen. An den Enden der Fixierelementteile 32a-b sind in Umfangsrichtung jeweils Bohrungen 36a-b angebracht. In diese Bohrungen 36a-b lassen sich Passstifte 38a-b einsetzen, und über den wechselseitigen Eingriff der Stifte 38a-b in die Bohrungen 36a-b werden die beiden Fixierelementteile 32a-b in der Nut 28 zu dem Fixierelement 30 zusammengesteckt. 3 zeigt das zusammengesetzte Fixierelement 30 in der Nut 28 nach diesem Schritt. 2 shows a starting situation for a connection of the housing 20 to the process connection 24, not shown here. A groove 28 runs around a connection area 26 of the housing 20 on the outer circumference of the housing 20. A 2 Fixing element 30, which is still shown in its individual parts, has two fixing element parts 32a-b, which are preferably designed as half rings of identical construction. The fixing element parts 32a-b are each provided with a thread 34a-b for a radial screw to be explained later. At the ends of the fixing element parts 32a-b there are bores 36a-b in the circumferential direction. Dowel pins 38a-b can be inserted into these bores 36a-b, and the two fixing element parts 32a-b are plugged together in the groove 28 to form the fixing element 30 via the mutual engagement of the pins 38a-b in the bores 36a-b. 3 Figure 12 shows the assembled fixation element 30 in the groove 28 after this step.

In 4 wird ausgehend von dem Gehäuse 20 mit Fixierelement 30 in dessen Nut 28 der Prozessanschluss 24 axial über den Verbindungsbereich 26 geschoben. Der Prozessanschluss 24 weist ein Außengewinde 40 auf, mit dem der Sensor 10 an dem Behälter 12 angebracht werden kann. 5 zeigt die endgültige axiale Position, in der nun der Prozessanschluss 24 den Verbindungsbereich 26 und die Nut 28 überdeckt.In 4 the process connection 24 is pushed axially over the connection region 26 starting from the housing 20 with the fixing element 30 in its groove 28 . The process connection 24 has an external thread 40 with which the sensor 10 can be attached to the container 12 . 5 shows the final axial position, in which the process connection 24 now covers the connection area 26 and the groove 28.

Wie in den 6 und 7 gezeigt, werden anschließend radiale Schrauben durch seitliche Öffnungen 44 des Prozessanschlusses 24 eingebracht und in den hier nicht mehr sichtbaren Gewinden 34a-b der Fixierelementteile 32a-b verschraubt. 6 zeigt die Ausgangssituation mit den noch abgesetzten radialen Schrauben 42, 7 die fertig montierte Verbindung von Gehäuse 20 und Prozessanschluss 24.As in the 6 and 7 shown, radial screws are then inserted through lateral openings 44 of the process connection 24 and screwed into the threads 34a-b of the fixing element parts 32a-b, which are no longer visible here. 6 shows the initial situation with the radial screws 42 still removed, 7 the fully assembled connection of housing 20 and process connection 24.

Die Außenansichten der 6 und 7 lassen das Funktionsprinzip noch nicht gut erkennen. Daher sind in 8 und 9 zugehörige Längsschnitte gezeigt, wobei 8 wie in 6 die Ausgangssituation und 9 wie in 7 die fertig montierte Verbindung von Gehäuse 20 und Prozessanschluss 24 zeigt. Die 10 und 11 zeigen ergänzend eine dreidimensionale Sicht auf einen Querschnitt aus schräger Perspektive in der Ausgangssituation beziehungsweise für die fertig montierte Verbindung, die 12 und 13 entsprechende Querschnittsansichten.The exterior views of 6 and 7 do not yet clearly show the functional principle. Therefore are in 8th and 9 associated longitudinal sections shown, where 8th as in 6 the initial situation and 9 as in 7 shows the fully assembled connection of housing 20 and process connection 24. the 10 and 11 additionally show a three-dimensional view of a cross-section from an oblique perspective in the initial situation or for the fully assembled connection, the 12 and 13 corresponding cross-sectional views.

In dem Prozessanschluss 24 ist eine an dessen Innenumfang verlaufende Nut 46 vorgesehen. Diese Nut 46 kann als Hinterschnitt eingebracht werden. Je nach Fertigungstechnik des Prozessanschlusses 24 kann die Nut 46 beispielsweise durch einen Einstich bei einem Zerspanungsteil oder durch partielle Durchtaucher im Spritzgusswerkzeug bei einem Spritzgussteil entstehen. Gehäuse 20 und Prozessanschluss 24 sind nach der zu den 4 und 5 erläuterten axialen Positionierung so ausgerichtet, dass die Nut 28 des Gehäuses 20 und die Nut 46 des Prozessanschlusses radial ineinander übergehen und so einen gemeinsamen umlaufenden Hohlraum bilden, in dem sich das Fixierelement 30 befindet.A groove 46 running on the inner circumference of the process connection 24 is provided. This groove 46 can be introduced as an undercut. Depending on the production technology of the process connection 24, the groove 46 can be made, for example, by a puncture in a machined part or by partial dips occur in the injection molding tool for an injection molded part. Housing 20 and process connection 24 are after the to 4 and 5 explained axial positioning aligned so that the groove 28 of the housing 20 and the groove 46 of the process connection merge into one another radially and thus form a common circumferential cavity in which the fixing element 30 is located.

Zunächst in der Ausgangssituation gemäß 8, 10 und 12 befindet sich das Fixierelement 30 noch in der Nut 28 des Gehäuses 20. Durch Anziehen der radialen Schrauben 42 in den Gewinden 34a-b des Fixierelements 30 werden die beiden Fixierelementteile 32a-b durch partielles Herausziehen der Stifte 38a-b aus den Bohrungen 36a-b radial auseinander und nach außen in die Nut 46 des Prozessanschlusses 24 gezogen. In der fertig montierten Verbindung von Gehäuse 20 und Prozessanschluss 24 gemäß 9, 11 und 13 ist dann das Fixierelement 30 noch teilweise in der Nut 28 des Gehäuses 20 und teilweise in der Nut 46 des Prozessanschlusses 24 positioniert.First in accordance with the initial situation 8th , 10 and 12 the fixing element 30 is still in the groove 28 of the housing 20. By tightening the radial screws 42 in the threads 34a-b of the fixing element 30, the two fixing element parts 32a-b are loosened by partially pulling out the pins 38a-b from the bores 36a-b radially apart and pulled outwards into the groove 46 of the process connection 24 . In the fully assembled connection of housing 20 and process connection 24 according to 9 , 11 and 13 then the fixing element 30 is still partially positioned in the groove 28 of the housing 20 and partially in the groove 46 of the process connection 24 .

Dadurch weist die Verbindung zwischen Gehäuse 20 und Prozessanschluss 24 noch einen radialen Freiheitsgrad auf, denn das Fixierelement 30 lässt ein gegenseitiges Verdrehen weiterhin zu. Zugleich werden axiale Kräfte aufgenommen, da das Fixierelement 30 in beiden Nuten 28, 46 axial gestützt ist. In den 8 und 9 ist noch ergänzend ein vorteilhafter O-Ring 48 gezeigt, der das Gehäuse 20 gegen Anschlag drückt, um ungewollte Rotation durch Vibration zu verhindern.As a result, the connection between the housing 20 and the process connection 24 still has a radial degree of freedom, because the fixing element 30 still allows mutual rotation. At the same time, axial forces are absorbed since the fixing element 30 is supported axially in both grooves 28, 46. In the 8th and 9 an advantageous O-ring 48 is additionally shown, which presses the housing 20 against a stop in order to prevent unwanted rotation due to vibration.

Die 14 und 15 illustrieren eine weitere Ausführungsform, die das Prinzip umkehrt, das Fixierelement 30 nach außen zu ziehen, das stattdessen nach innen geschoben wird. Es sind hier nicht mehr alle Zwischenschritte und Elemente gezeigt, sondern nur noch ein Querschnitt der Ausgangsposition in 14 und der fertig montierten Verbindung zwischen Gehäuse 20 und Prozessanschluss 24 in 15. In dieser Ausführungsform wird das Fixierelement in die Nut 46 des Prozessanschlusses 24 eingelegt, bevorder Prozessanschluss 24 über den Verbindungsbereich 26 des Gehäuses geschoben wird. Dafür sollte die Nut 46 beziehungsweise der Einstich im Prozessanschluss tiefer gestaltet werden, um das Fixierelement 30 aufnehmen zu können. Nach der axialen Positionierung von Gehäuse 20 und Prozessanschluss 24 wird das Fixierelement 30 durch Anziehen der radialen Schrauben 42 in die Nut 28 des Gehäuses 28 gedrückt. Statt der Gewinde 34a-b im Fixierelement 30 sind dafür Gewinde im Prozessanschluss 24 eingebracht.the 14 and 15 12 illustrate another embodiment that reverses the principle of pulling the fixing element 30 outwards, which is instead pushed inwards. All intermediate steps and elements are no longer shown here, but only a cross-section of the starting position in 14 and the fully assembled connection between housing 20 and process connection 24 in 15 . In this embodiment, the fixing element is inserted into the groove 46 of the process connection 24 before the process connection 24 is pushed over the connection area 26 of the housing. For this purpose, the groove 46 or the recess in the process connection should be made deeper in order to be able to accommodate the fixing element 30 . After the axial positioning of housing 20 and process connection 24 , fixing element 30 is pressed into groove 28 of housing 28 by tightening radial screws 42 . Instead of the threads 34a-b in the fixing element 30, threads are introduced in the process connection 24 for this purpose.

Das Fixierelement 30 ist in den 2 bis 13 zweiteilig und in 14 und 15 einteilig gezeigt. Prinzipiell sind zwei gleichteilige Halbringe besonders vorteilhaft, aber die Erfindung ist darauf nicht beschränkt. Es sind mehrteilige Fixierelemente 30 aus gleichen oder unterschiedlichen Fixierelementteilen 32 wie unterschiedliche Verbindungen zwischen den Fixierelementteilen 32 und unterschiedliche Materialien denkbar. Die Bohrungen für die Gewinde 34a-b können außermittig gesetzt sein. Prinzipiell sind auch zwei oder mehr Nuten und Fixierelemente übereinander vorstellbar, um die Verbindung gegen besonders große axiale Kräfte weiter zu stärken.The fixing element 30 is in the 2 until 13 two-piece and in 14 and 15 shown in one piece. In principle, two equally divided half rings are particularly advantageous, but the invention is not limited to this. Multi-part fixing elements 30 consisting of the same or different fixing element parts 32 such as different connections between the fixing element parts 32 and different materials are conceivable. The holes for the threads 34a-b can be set off-centre. In principle, two or more grooves and fixing elements one above the other are also conceivable in order to further strengthen the connection against particularly large axial forces.

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Zitierte PatentliteraturPatent Literature Cited

DE 102007030847 A1 [0002]
DE 102010038732 A1 [0006]
DE 102017129789 A1 [0007]
WO 2020/244825 A1 [0008]
DE 102013216524 B3 [0009]

Claims

Sensor (10) for determining a process variable in a container (12), the sensor (10) having a housing (20) and a process connection (24) and the housing (20) rotatable in a connection area (26) in the process connection ( 24), characterized in that the housing (20) has a circumferential first groove (28) on its outer circumference and the process connection (24) has a circumferential second groove (46) on its inner circumference, so that in the grooves (28, 46 ) a fixing element (30) is arranged and that the fixing element (30) is displaced radially inwards into the first groove (28) or radially outwards into the second groove (46).

Sensor (10) after claim 1 , wherein the fixing element (30) is pressed radially inwards into the first groove (28).

Sensor (10) after claim 1 , wherein the fixing element (30) is pulled radially outwards into the second groove (46).

Sensor (10) according to any one of the preceding claims, wherein the fixing element (30) is displaced by means of at least one radial screw (42).

Sensor (10) according to one of the preceding claims, wherein the process connection (24) or the fixing element (30) has a thread (34a-b) for the at least one radial screw (42).

Sensor (10) according to one of the preceding claims, wherein the fixing element (30) is composed of a plurality of fixing element parts (32a-b).

Sensor (10) after claim 6 , wherein the fixing element parts (32a-b) can be plugged into one another and in particular have at least one bore (36a-b) and/or at least one pin (38a-b).

Sensor (10) after claim 6 or 7 , wherein the fixing element parts (32a-b) are designed as ring segments, in particular half rings.

Sensor (10) according to one of Claims 6 until 8th , wherein the fixing element parts (32a-b) are constructed identically to one another.

Sensor (10) according to any one of the preceding claims, wherein the housing (20), the process connection (24) and / or the fixing element (30) are made of metal or plastic.

Sensor (10) according to one of the preceding claims, which has a probe (16) for immersion in a medium (14) in the container (12) and/or a control and evaluation unit (22) for measuring the process variable.

Sensor (10) according to one of the preceding claims, wherein the process connection (24) has a thread (40) or a clamp connection.