DE3920723A1 - Als profilkoerper ausgebildeter sensor - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Sensor, der zumindest zwei elektrisch leitende Zonen aufweist, wobei bei einer gemeinsamen Berührung der Zonen mit elektrisch leitfähigen Medien, insbesondere Flüssigkeiten, wie Wasser, Säuren oder Laugen, ein Schaltimpuls ausgelöst wird.

Derartige gattungsgemäße Sensoren werden beispielsweise zur Überwachung von Flüssigkeitsständen in Behältern ein­ gesetzt und sind im Elektonikhandel erhältlich. Über­ schreitet der Flüssigkeitsstand einen Maximalpegel, der durch die Befestigungshöhe des Sensors in dem Behälter de­ finiert ist, gelangt die Flüssigkeit an die beiden leiten­ den Zonen des Sensors und löst dadurch einen Schaltimpuls aus. Wird der Behälter bewegt, müssen entsprechend den Be­ wegungskoordinaten mehrere Sensoren an den Randpunkten des Behälters angeordnet werden und miteinander elektrisch verschaltet werden. Soll ein derartiger Sensor zur Leck­ warnung eingesetzt werden, muß um bzw. unter dem eine Flüssigkeit enthaltenen Behälter eine Leitvorrichtung an­ geordnet sein, die die austretende Flüssigkeit zu dem Sen­ sor hinführt. Je nach Größe des Behälters kann es notwen­ dig sein, die Leiteinrichtung in mehrere Abschnitte zu un­ terteilen, denen jeweils ein separater Sensor zugeordnet wird und wobei die einzelnen Sensoren wiederum miteinander elektrisch verschaltet werden müssen.

Insgesamt sind die bekannten Sensoren zur Überwachung von großen, bewegten Behältern oder Leitungen wenig geeignet, denn es müssen aufwendige Leiteinrichtungen bereitgestellt werden und eine elektrische Verschaltung der einzelnen Sensoren vorgenommen werden. Fällt ein Sensor aus, ist die Wirksamkeit der gesamten Einrichtung in Frage gestellt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Sensor bereitzustellen, der die beschriebenen Nachteile vermei­ det, zuverlässig arbeitet und darüber hinaus rationell und kostenkünstig herstellbar ist.

Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß der Sensor als Pro­ filkörper ausgebildet ist, wobei die Zonen entlang des sich über eine beliebige Länge erstreckenden Profilkörpers elektrisch voneinander isoliert angeordnet sind und zumin­ dest abschnittsweise Kontakt mit der Oberfläche des Pro­ filkörpers haben. Ein derartiger Profilkörper kann dann beispielsweise in einfacher Weise in Höhe des gewünschten Maximalpegels an der Innenseite eines Behälters angeordnet werden und löst dann zuverlässig auch bei jeder beliebigen Bewegung des Behälters, die ein Überschreiten des Maximal­ pegels verursacht, einen Schaltimpuls aus. Der erfindungs­ gemäße Sensor läßt sich genauso vorteilhaft zur Leckwarnung einsetzen, da er nur um den zu überwachenden Behälter herum bzw. entlang einer zu überwachenden Leitung ausgelegt wer­ den muß. Aufwendige elektrische Verschaltungen entfallen daher völlig. Der Profilkörper kann eine beliebige, auf den jeweiligen Anwendungsfall abgestimmte, Oberflächenkon­ tur aufweisen, wobei besonders vorteilhafte Ausgestaltun­ gen des Profilkörpers in den Patentansprüchen 2 bis 4 dar­ gestellt sind. Der schlauchförmige Hohlprofilkörper kann in seinem Innern, je nach Anwendungsfall, noch beliebige Leitungen oder Signalübertragungseinrichtungen aufnehmen, und ist darüberhinaus sehr flexibel. Ein als Vollprofil­ körper ausgebildeter Sensor ist dagegen beispielsweise sehr druckstabil und beispielsweise dann besonders ratio­ nell einsetzbar, wenn keine zusätzlichen Leitungen entlang des Sensors verlegt werden müssen und hohe mechanische Be­ lastungen auf den Sensor einwirken.

Insgesamt weisen die Profilkörper in vorteilhafter Weise in Längsrichtung einen hohen und in Querrichtungen einen niedrigen Elastizitäts-Modul auf. Durch die hohe Biege­ Elastizität kann der Profilkörper sich problemlos an bei­ spielsweise wellige Oberflächen von zu überwachenden Ge­ genständen anschmiegen, während er aber in Längsrichtung durch den hohen Elastizitäts-Modul genügend reißfest ist.

In vorteilhafter Weise ist der Profilkörper aus einem elastischen Material, wie Gummi oder Kunststoff oder Mischungen mit einem oder beiden Materialien, gefertigt. Diese Materialien sind in der Fertigung einfach zu handha­ ben und widerstandsfest gegen mechanische und chemische Beschädigungen.

Dabei lassen sich in vorteilhafter Weiterbildung die elektrisch leitenden Zonen durch Beimischen von leitenden Stoffen, wie Ruß, Graphit, Metallpulver und dergl. her­ stellen, wobei diese Stoffe in Ausgestaltung der Erfindung bei der Fertigung des Profilkörpers dem Gummi, Kunststoff oder sonstigem Material gezielt beigemischt werden.

In vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung sind die elektrisch leitenden Zonen vorzugsweise auf gegenüberlie­ genden Seiten des Profilkörpers angeordnet. Damit ist eine elektrische Trennung der leitenden Zonen voneinander auch bei Verformungen des Profilkörpers durch diesen belastende Gegenstände ausgeschlossen.

Die elektrisch leitenden Zonen können sich über 10% bis 90% der Umfangsfläche des Profilkörpers erstrecken. Als besonders vorteilhaft hat sich eine Oberflächenerstreckung von 20% bis 30% der Gesamtumfangsfläche erwiesen. Bei die­ ser Oberflächenerstreckung wird in jedem Falle eine siche­ re Schaltfunktion gewährleistet und darüberhinaus sind die beiden elektrisch leitenden Zonen auch im Falle von Ver­ formungen des Profilkörpers genügend weit voneinander ge­ trennt, so daß durch Kurzschluß verursachte Schaltimpulse ausgeschlossen sind.

In Weiterbildung der Erfindung sind im Inneren der Zonen elektrisch leitende Drähte oder Litzen aus Metall, Kohle­ fasern, Graphitfasern oder dergl. angeordnet. Durch die Anordnung derartiger Drähte oder Litzen in dem Inneren der Zonen wird einerseits die Zugfestigkeit des Profilkörpers erhöht und andererseits gleichzeitig der elektrische Wi­ derstand verringert.

Werden in weiterer Ausgestaltung der Erfindung die elektrische leitenden Drähte oder Litzen als Widerstands­ drähte ausgeführt, so verändert sich der Widerstand in den Zonen entlang des Profilkörpers. Wird nun an beliebiger Stelle entlang des Profilkörpers durch eine Flüssigkeit eine elektrische Verbindung zwischen den Zonen geschaffen, so kann über den Schaltimpuls hinausgehend auch festge­ stellt werden, wo genau die Verbindung stattgefunden hat, da dies aus dem vorliegenden Widerstandswert ermittelt wird. Es ist auch vorgesehen, die Drähte oder Litzen als Heizdrähte auszubilden. Dies hat den Vorteil, daß der Pro­ filkörper auch bei extrem kalten Temperaturen geschmeidig bleibt und die Gefahr von Sprödigkeitsbrüchen ausgeschlos­ sen ist. Zudem ist auch sichergestellt, daß der Profilkör­ per sich ändernden Oberflächenbeschaffenheiten des zu überwachenden Gegenstandes anpaßt.

Weiter ist erfindungsgemäß vorgesehen, den Profilkörper auf seinem Außenumfang mit einem Geflecht aus isolierendem Gewebe zu umgeben, wobei das Gewebe flüssigkeitsdurchläs­ sig ist. Ein dermaßen "isolierter" Profilkörper kann bei­ spielsweise auf elektrisch leitenden Materialien, wie Ble­ chen, verlegt werden, wobei sichergestellt ist, daß ein Schaltimpuls nur durch elektrisch leitende Flüssigkeiten, die durch das Geflecht hindurch zu den elektrisch leiten­ den Zonen gelangen, ausgelöst wird. Ein Fehl-Schaltimpuls, der beispielsweise durch Verdrillung des Profilkörpers und daraus folgender Berührung beider Zonen mit den elektrisch leitenden Materialien hervorgerufen würde, ist ausge­ schlossen. Zudem wirkt das Geflecht als zusätzlicher Schutz vor insbesondere mechanischen Beschädigungen des Profilkörpers.

In weiterer Ausgestaltung sind entlang des Profilkörpers Drähte oder Kabel eingesetzt, die beispielsweise als Signalkabel nutzbar sind. Sollen diese Signalkabel in den elektrisch leitenden Zonen verlegt werden, sind diese zu isolieren, damit keine elektrische Verbindung zwischen den Drähten oder Kabeln und den elektrisch leitenden Zonen entstehen.

Innerhalb des schlauchförmigen Profilkörpers können belie­ bige Einrichtungen, wie Kabel, Signalkabel, Lichtwellen­ leiter, flüssigkeitsführende Leitungen oder dergl. ange­ ordnet sein. Dabei können diese Einrichtungen nachträglich in den schlauchförmigen Profilkörper eingezogen oder ein­ geschoben werden, oder aber der Profilkörper kann gemäß weiterer Ausgestaltung der Erfindung auch um den Außenum­ fang von den entsprechenden Einrichtungen herum extrudiert sein.

Es ist auch vorgesehen insbesondere den schlauchförmigen Profilkörper mit einer Sicherheitskontaktleiste, beispiels­ weise gemäß der Patentanmeldung P 33 04 400.7 zu kombinie­ ren. Dabei würde dann beispielsweise in den schlauchförmi­ gen Grundkörper der zuvor genannten Sicherheitskontakt­ schiene zwei elektrisch leitende Zonen eingearbeitet, die elektrisch gegenüber dem schlauchförmigen Grundkörper iso­ liert sein müßten.

Weitere Ausgestaltungen der Erfindung sind der Zeichnungs­ beschreibung zu entnehmen, in der in den Figuren darge­ stellte Ausführungsbeispiele der Erfindung beschrieben sind.

Es zeigen:

Fig. 1 einen Querschnitt durch einen erfindungsgemäß aus­ gebildeten Vollprofilkörper,

Fig. 2 eine perspektivische Ansicht eines doppelwandigen Rohres mit eingesetztem Profilkörper und

Fig. 3 einen Profilkörper mit einem Geflecht aus iso­ lierendem Gewebe und in dem Profilkörper angeord­ neten Einrichtungen.

Der in Fig. 1 dargestellte Sensor ist als ringförmiger Vollprofilkörper ausgebildet. Der Vollprofilkörper ist aus einem elastischen, nicht leitenden Grundkörper 1 mit etwa X-förmigem Querschnitt gebildet. Seitlich gegenüberliegend des Grundkörpers 1 sind elektrisch leitende Zonen 2a, 2b angeordnet, die den etwa X-förmigen Grundkörper 1 zu dem ringförmigen Vollprofilkörper ergänzen. Der Grundkörper 1 ist vorzugsweise aus einem Material, wie Gummi oder Kunst­ stoff gefertigt, wobei die elektrisch leitenden Zonen 2a, 2b jeweils aus dem gleichen Grundmaterial hergestellt wer­ den und dem Grundmaterial nur entsprechend örtlich dosiert leitende Stoffe, wie Ruß, Graphit, Metallpulver oder dergl. beigemischt werden. Der dermaßen ausgebildete Pro­ filkörper wird beispielsweise als Leckwarnsystem oder Pe­ gelschalter für elektrisch leitende Medien, insbesondere für Flüssigkeiten, wie Wasser, Säuren oder Laugen be­ nutzt. In allen Anwendungsfällen löst die elektrisch lei­ tende Flüssigkeit bei einer gemeinsamen Berührung der elektrisch leitenden Zonen 2a, 2b einen Schaltimpuls aus, der in gewünschter Weise als Schalt- oder Warnsignal ge­ nutzt wird. Der erfindungsgemäße Vollprofilkörper kann beispielsweise auf Trommeln gelagert werden, um ihn dann einfach an der Einsatzstelle von der Trommel um den zu überwachenden Gegenstand herum abzurollen.

Der in Fig. 2 dargestellte Profilkörper weist ebenfalls einen etwa X-förmigen Grundkörper 1 auf, der von elektrisch leitenden Zonen 2a, 2b zu einem ringförmigen Vollprofil­ körper ergänzt wird. Dieser Vollprofilkörper ist in einem doppelwandigen Rohrsystem zur Leckageüberwachung einge­ setzt. Das Rohrsystem besteht aus einem eine elektrisch leitende Flüssigkeit aufnehmenden inneren Rohr 3, das in einem vorgegebenen Abstand von einem Außenrohr 4 umgeben wird. Der erfindungsgemäße Vollprofilkörper wird in den Raum zwischen dem inneren Rohr 3 und dem Außenrohr 4 in beliebiger Weise eingeschoben oder eingezogen und bewegt sich aufgrund der Schwerkraft automatisch zu der jeweils geodätisch niedrigsten Stelle des Außenrohres 4. Entsteht nun an beliebiger Stelle des inneren Rohres 3 ein Leck, so gelangt elektrisch leitfähige Flüssigkeit an der Leckstel­ le in das Außenrohr 4 und löst ebenfalls an dieser Stelle durch die Berührung mit den elektrisch leitenden Zonen 2a, 2b einen Schaltimpuls aus. Dabei kann aufgrund der Wider­ standseigenschaften der elektrisch leitenden Zonen 2a, 2b die Leckstelle genau lokalisiert werden.

Bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 3 ist der Sensor als schlauchförmiger Hohlprofilkörper ausgebildet und in Grundkörperbereiche 1a, 1b aufgeteilt. Die elektrisch lei­ tenden Zonen 2′a, 2′b erstrecken sich zwischen den Grund­ körperbereichen 1a, 1b und ergänzen die Grundkörperberei­ che 1a, 1b zu dem schlauchförmigen Hohlprofilkörper. Der Profilkörper ist auf seinem Außenumfang von einem Geflecht aus isolierendem Gewebe 5 umgeben, wobei das Gewebe 5 aber flüssigkeitsdurchlässig ist. Das Gewebe 5 hält den Profil­ körper auf Abstand zu einer Unterlage, Seitenwänden und dergleichen. Der Profilkörper kann folglich auf elektrisch leitenden Materialien, wie beispielsweise Metall, ausge­ legt werden, ohne daß durch Kurzschluß der beiden Zonen 2′a und 2′b hervorgerufene Schaltimpulse ausgelöst werden. Dies wäre insbesondere dann bei einem nicht isolierten Profilkörper möglich, wenn der Profilkörper über eine längere Strecke ausgelegt ist und sich verdrillt hätte. Im Inneren des schlauchförmigen Hohlprofilkörpers sind Sig­ nalleitungen 6a, 6b angeordnet. Diese können eingezogen oder eingeschoben werden oder aber der schlauchförmige Hohlprofilkörper kann um die Signalleitungen herum extru­ diert werden.

Claims (15)

1. Sensor, der zumindest zwei elektrisch leitende Zo­ nen (2a, 2′a, 2b, 2′b) aufweist, wobei bei einer gemeinsa­ men Berührung der Zonen mit elektrisch leitfähigen Medien, insbesondere Flüssigkeiten, wie Wasser, Säuren oder Laugen, ein Schaltimpuls ausgelöst wird, dadurch gekennzeichnet, daß der Sensor als Profilkörper ausgebildet ist, wobei die Zonen (2a, 2′a, 2b, 2′b) entlang des sich über eine beliebige Länge erstreckenden Profil­ körpers elektrisch voneinander isoliert angeordnet sind und zumindest abschnittsweise Kontakt mit der Oberfläche des Profilkörpers haben.

2. Sensor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Profilkörper als schlauch­ förmiger Hohlprofilkörper ausgebildet ist.

3. Sensor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Profilkörper als Vollpro­ filkörper ausbildet ist.

4. Sensor nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Profilkörper als ringför­ miger Vollprofilkörper ausgebildet ist.

5. Sensor nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Profilkörper in Längsrich­ tung einen hohen und in Querrichtung einen niedrigen Elastizitäts-Modul aufweist.

6. Sensor nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Profilkörper aus Gummi oder Kunststoff gefertigt ist.

7. Sensor nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die elektrisch leitenden Zonen (2a, 2′a, 2b, 2′b) durch Beimischen von leitenden Stoffen, wie Ruß, Graphit, Metallpulver und dergl. zum Profilkör­ permaterial hergestellt sind.

8. Sensor nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die elektrisch leitenden Zonen (2a, 2′a, 2b, 2′b) vorzugsweise auf gegenüberliegenden Seiten des Profilkörpers angeordnet sind.

9. Sensor nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die elektrisch leitenden Zonen (2a, 2′a, 2b, 2′b) sich über 10% bis 90%, vorzugsweise 20% bis 30% der Umfangsfläche des Profilkörpers erstrecken.

10. Sensor nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß im Inneren der Zonen (2a, 2′a, 2b, 2′b) elektrisch leitende Drähte oder Litzen aus Me­ tall, Kohlefasern, Graphitfasern oder dergl. angeordnet sind.

11. Sensor nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die elektrisch leitenden Dräh­ te oder Litzen als Widerstandsdrähte ausgeführt sind.

12. Sensor nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß der Profilkörper auf seinem Außenumfang von einem Geflecht aus isolierendem Gewebe (5) umgeben ist, wobei das Gewebe (5) flüssigkeitsdurchlässig ist.

13. Sensor nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß entlang des Profilkörpers lei­ tende Drähte oder Kabel, die bei Verlegung in den leiten­ den Zonen (2a, 2′a, 2b, 2′b) isoliert sind, als Signalka­ bel eingesetzt sind.

14. Sensor nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß innerhalb des schlauchförmigen Profilkörpers Einrichtungen, wie Kabel, Signalkabel, Lichtwellenleiter, flüssigkeitsführende Leitungen oder dergl. angeordnet sind.

15. Sensor nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß der Profilkörper um den Außen­ umfang von Einrichtungen herum extrudiert ist.