DE4341239C2 - Sicherheitsmeßfühler - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Sicherheitsmeßfühler zur Durchflußüberwachung eines strömenden Mediums mit, den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1.

Solche Sicherheitsmeßfühler sind beispielsweise aus der DE 32 13 902 A1 und der DE 17 13 981 A1 bekannt.

Aus der EP 0 081 150 A2 ist ein Sicherheitsmeßfühler bekannt, der einen Isolationskörper aus PTFE für einen druck- und flammendurchschlagssicheren Sensorkopf auf­ weist.

Aus der DE 23 37 035 A2 ist ein Temperaturfühler zur Überwachung der Temperatur von Gasen oder Flüssigkeiten in schlagwetter- oder explosionsgefährdeten Räumen offenbart, der mit Gießharz vergossen ist.

Aus der DE 40 13 980 A1 ist ein Sensor zu Messung der Viskosität von Fluiden offenbart, in dem die Durchfüh­ rungen von Meßleitungen mit einer Keramik- oder Glas­ masse vergossen sind.

Die DE 41 04 596 A1 offenbart - ohne Hinweis auf eine Anwendung in der Sicherheitstechnik - eine selbsthär­ tende wasserhaltige Mischung zur Erzielung chemisch resistenter Materialien, die mindestens aus einer er­ sten Komponente auf der Basis wasserlöslicher Silikate und/oder reaktiver Kieselsäure und einer zweiten Kompo­ nente auf der Basis von Aluminatzementen besteht.

Die DE 41 42 907 A1 offenbart ein Brandschutzmaterial, in dem Lehm oder Ton und - als organisches Verdickungs­ mittel - Bentonit oder Kieselsäure enthalten sein kann.

Die DE-OS 22 55 837 offenbart einen Temperaturmeßfüh­ ler, der teilweise mit einem pulverförmigen, vorzugs­ weise kermischen Isoliermaterial ausgefüllt ist und mit mineralisolierten elektrischen Zuleitungsdrähten ver­ sehen ist.

Die DE 29 51 968 A1 schließlich verweist auf die Mög­ lichkeit, Näherungsschalter mit einem Quarzmehl­ gefüllten Gießharz auszugießen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen flam­ mendurchschlagsicheren Sicherheitsmeßfühler zu schaf­ fen, der bezüglich der Temperatur und der chemischen Belastbarkeit höchste Resistenz besitzt und bei dem die sensorischen Funktionselemente in einem einfachen Ver­ fahren in das Meßgehäuse eingebracht werden können, ohne daß eine Wärmenachbehandlung erforderlich ist.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst, die Unteransprüche geben vor­ teilhafte Ausgestaltungen an.

Die Verwendung von Mischungen von Mineralien, die durch Zusatz von Wasser von dem pulverförmigen Zustand in den fließfähigen Zustand versetzt werden und danach ohne Wärmenachbehandlung durchhärten, erzeugen Gießkörper, die insbesondere in metallische Innenräume eingebracht alle Anforderungen erfüllen. Neben einer hohen Tempera­ turresistenz werden sie auch von chemischen, insbeson­ dere von organischen Substanzen, nicht angegriffen. Von besonderer Bedeutung sind hier die Werkstoffe auf der Basis von Oxiden und/oder Silikaten oder Karbiden des Aluminiums, Zirkons, Magnesiums oder Siliziums, die durch Zusatz von Wasser anrührbar sind. Der mit dem oben genannten Verfahren erhaltene Gießkörper ist daher insbesondere für die Anwendung in explosionsgefährdeten Bereichen geeignet. Durch das gute Fließverhalten paßt sich der Gußkörper besonders gut in Hinterschneidungen des Metallkörpers ein, so daß auch hochdruckfeste und spaltfreie Durchführungen entstehen. Werden für die Durchführungsdrähte keramik- oder glasseideumhüllte Drähte verwendet, so vermischt sich das Vergießmaterial mit dem Isolationsgewebe, so daß Drahtdruchführungen entstehen, die Einschmelzeigenschaften aufweisen. Durch den Zusatz von Keramikfasern in dem Vergießmaterial kann die natürliche Bruchempfindlichkeit herabgesetzt werden und eine Anpassung an den Wärmeausdehnungskoef­ fizienten des umgebenden Metalls erzielt werden. Es ist auch denkbar, dem Vergießmaterial andersgeartete Fa­ sern, insbesondere organischer oder metallischer Art zuzusetzen, um besondere Dehnungseigenschaften zu er­ zielen. Insbesondere zur Optimierung der Druck- und Diffusionsdichtigkeit des Vergießmaterials können Sub­ stanzen eingesetzt werden, die zum Teil noch in dem Ma­ terial vorhandene Poren auffüllen. Hierzu sind insbe­ sondere Werkstoffe auf organischer Basis, wie zum Beispiel Silikon, oder auf anorganischer Weise, wie z. B. Kieselsäure, geeignet.

Durch die Zugabe von Kieselsäure oder vergleichbaren Substanzen, die verkieselnde Eigenschaften haben, wird bei nicht oder schlecht härtenden Mineralien eine aus­ reichende Härtung ermöglicht. Insbesondere können auch mineralische Substanzen verwendet werden, wie sie für hydraulische Bindemittel bekannt sind. Eine besonders geeignete Mischung stellt die Kombination von Titan­ dioxid und Bentonit dar, die ohne Brennvorgang Verwen­ dung findet.

Die Erfindung wird im folgenden anhand einer Zeichnung näher erläutert. Dabei zeigt:

Fig. 1 eine Schnittdarstellung eines ersten Ausführungsbeispiels, und

Fig. 2 eine Schnittdarstellung eines zwei­ ten Ausführungsbeispiels.

Der in Fig. 1 gezeigte Sicherheitsmeßfühler weist ein Meßfühlergehäuse 1 auf. Im Bereich der Anschlußdrähte 2 ist das Meßfühlergehäuse 1 geöffnet. Mit Hilfe des Gewindes 3 wird es in einen Behälter eingeschraubt. Stirnseitig weist das Meßfühlergehäuse einen zylindri­ schen Meßstift 4 auf. Innerhalb des Meßstiftes 4 ist das Meßsystem 5 eingebracht. Es ist in Harz 6 eingebet­ tet. Der Innenbereich des Meßfühlergehäuses weist zahl­ reiche Hinterschneidungen in der Metallwandung 7 auf. Der an das Harz 6 anschließende Innenbereich des Meß­ fühlergehäuses 1 ist mit Vergießmaterial 8 aufgefüllt. Durch das mineralische Vergußmaterial hindurch sind die polyimidisolierten Drähte 9 des Meßsystems hindurchgeführt. Im geöffneten Bereich 10 des Meßfühlergehäuses 1 ist eine Platine vorgesehen, an die die Anschlußdräh­ te 9 des Meßsystems 5 herangeführt sind. Auf der Plati­ ne sind Bauelemente angebracht, die der Signalverarbei­ tung des von dem Sensor gelieferten elektrischen Sig­ nals dienen. Der offene Bereich 10 des Meßfühlergehäu­ ses 1 ist durch ein Epoxidharz 6 aufgefüllt. Die An­ schlußdrähte 2 des Sicherheitsmeßfühlers sind entweder direkt durch eine Verschraubung in den Außenraum ge­ führt oder sind mit einem Steck/Klemmanschluß 12 ver­ bunden. Um die Anschlußdrähte 9 der sensorischen Funk­ tionselemente 5 innerhalb des Vergießmaterials 8 paral­ lel zueinander zu führen, wird das Meßsystem 5 zusammen mit den Anschlußdrähten 9 und einer als Abstandhalter dienenden Lochscheibe im Harz 6 eingebettet. Nach dem Durchhärten werden die Drähte parallel gespannt und die Mischung von Mineralien eingebracht. Die Entspannung erfolgt erst nach Durchhärten der Mischung.

Diese anhand von Fig. 1 beschriebene Technik ist nicht nur auf die Anwendung für Meßfühler zur Durchflußüber­ wachung beschränkt, sondern kann auch dazu verwendet werden, ein stirnseitig in einem Meßgehäuse eingebautes Meßsystem, z. B. eine Spule eines induktiven Initi­ ators, sicher vom Außenraum zu trennen, wie in Fig. 2 gezeigt. Der besondere Vorzug mineralischer Materialien besteht insbesondere auch darin, daß die Vergußlänge kürzer gewählt werden kann, als dies bei der Verwendung organischer Blöcke zulässig wäre.

Claims (10)

1. Sicherheitsmeßfühler, mit einem in eine Zonen unterschiedlicher Explosionsgefährdung trennende Wandung einschraubbaren metallischen Meßgehäuse (1), dessen stirnseitiges Gehäuseteil eine geschlossene Mem­ bran gegenüber dem explosionsgefährdeten Bereich dar­ stellt, das nur im Bereich der Zuführung der elektri­ schen Anschlußdrähte (2) des Sicherheitsmeßfühlers geöffnet ist, mit im Inneren des stirnseitigen Teils des Meßgehäuses (1) angebrachten sensorischen Funkti­ onselementen (5), die auf wärmeleitenden, induktiven oder akustischen Wirkungsprinzipien beruhen, dadurch gekennzeichnet, daß der Innenraum des Meßgehäuses (1) in einem Bereich, der sich zwischen den sensorischen Funktionselementen (5) und den von außen in das Gehäuse (1) eingeführten Anschlussdrähten (2) befindet, mit ei­ nem erhärteten Vergießmaterial ausgefüllt ist, das aus einer pulverförmigen Mischung von Mineralien, die mit Wasser angesetzt wird und dann im kalten Zustand und ohne thermische Nachbehandlung erhärtet, besteht.

2. Sicherheitsmeßfühler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Meßgehäuse (1) einstückig als Drehteil ausgefertigt ist.

3. Sicherheitsmeßfühler nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Mischung von Mineralien auf der Basis von Oxiden und/oder Silikaten oder Karbi­ den des Aluminiums, Zirkons, Magnesiums oder Siliziums hergestellt ist.

4. Sicherheitsmeßfühler nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Mischung von Mineralien 44% Silizium-Dioxid, 36% Silizium-Silikat, 16% Zirkondioxid und 4% Kieselsäure enthält.

5. Sicherheitsmeßfühler nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Mischung aus Titan­ dioxid und Bentonit besteht.

6. Sicherheitsmeßfühler nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Mischung von Mineralien mineralische oder metallische Fasern ent­ hält.

7. Sicherheitsmeßfühler nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß in das Meßgehäu­ se (1) in seinem endseitigen, die elektrischen Außenan­ schlüsse enthaltenden Teil eine in Epoxidharz (6) einge­ bettete und mit elektrischen Bauelementen versehene Platine eingebracht ist.

8. Sicherheitsmeßfühler nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die durch die Mischung von Mineralien hindurchgeführten Anschlußdräh­ te (9) mit Glasseide, Keramikseide, Polyimid oder Tef­ lon elektrisch isoliert sind.

9. Sicherheitsmeßfühler nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die sensorischen Funktionselemente (5) zusammen mit ihren Anschlußdräh­ ten (9) und einem Abstandhalter, der die Parallelfüh­ rung der Drähte zueinander sicherstellt, stirnseitig mit einem Epoxidharz (6) eingegossen sind, daß nach Durchhärten des Harzes (6) die in einen fließfähigen Zustand gebrachte Mischung von Mineralien in das Gehäu­ se eingeführt wurde, und daß die Anschlußdrähte (9) solange mit einem zweiten Abstandhalter gespannt wur­ den, bis die Härtung der Mischung von Mineralien er­ folgte.

10. Sicherheitsmeßfühler nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Befestigung des Meßgehäuses (1) mit der Wandung durch einen mit dem Sicherheitsmeßfühler verbundenen Flansch erfolgt.