EP4136415A1 - Befestigungsvorrichtung für einen sensor - Google Patents

Befestigungsvorrichtung für einen sensor

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Publication number
EP4136415A1
EP4136415A1 EP20719426.7A EP20719426A EP4136415A1 EP 4136415 A1 EP4136415 A1 EP 4136415A1 EP 20719426 A EP20719426 A EP 20719426A EP 4136415 A1 EP4136415 A1 EP 4136415A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
fastening device
sensor
container
mechanical
fastening
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP20719426.7A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Florian KRÄMER
Patrick HEIZMANN
Stefan Allgaier
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Vega Grieshaber KG
Original Assignee
Vega Grieshaber KG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Vega Grieshaber KG filed Critical Vega Grieshaber KG
Publication of EP4136415A1 publication Critical patent/EP4136415A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01F—MEASURING VOLUME, VOLUME FLOW, MASS FLOW OR LIQUID LEVEL; METERING BY VOLUME
    • G01F23/00—Indicating or measuring liquid level or level of fluent solid material, e.g. indicating in terms of volume or indicating by means of an alarm
    • G01F23/22—Indicating or measuring liquid level or level of fluent solid material, e.g. indicating in terms of volume or indicating by means of an alarm by measuring physical variables, other than linear dimensions, pressure or weight, dependent on the level to be measured, e.g. by difference of heat transfer of steam or water
    • G01F23/28—Indicating or measuring liquid level or level of fluent solid material, e.g. indicating in terms of volume or indicating by means of an alarm by measuring physical variables, other than linear dimensions, pressure or weight, dependent on the level to be measured, e.g. by difference of heat transfer of steam or water by measuring the variations of parameters of electromagnetic or acoustic waves applied directly to the liquid or fluent solid material
    • G01F23/284—Electromagnetic waves
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01D—MEASURING NOT SPECIALLY ADAPTED FOR A SPECIFIC VARIABLE; ARRANGEMENTS FOR MEASURING TWO OR MORE VARIABLES NOT COVERED IN A SINGLE OTHER SUBCLASS; TARIFF METERING APPARATUS; MEASURING OR TESTING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01D11/00—Component parts of measuring arrangements not specially adapted for a specific variable
    • G01D11/24—Housings ; Casings for instruments
    • G01D11/245—Housings for sensors
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01D—MEASURING NOT SPECIALLY ADAPTED FOR A SPECIFIC VARIABLE; ARRANGEMENTS FOR MEASURING TWO OR MORE VARIABLES NOT COVERED IN A SINGLE OTHER SUBCLASS; TARIFF METERING APPARATUS; MEASURING OR TESTING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01D11/00—Component parts of measuring arrangements not specially adapted for a specific variable
    • G01D11/30—Supports specially adapted for an instrument; Supports specially adapted for a set of instruments
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01F—MEASURING VOLUME, VOLUME FLOW, MASS FLOW OR LIQUID LEVEL; METERING BY VOLUME
    • G01F15/00—Details of, or accessories for, apparatus of groups G01F1/00 - G01F13/00 insofar as such details or appliances are not adapted to particular types of such apparatus
    • G01F15/14—Casings, e.g. of special material
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01F—MEASURING VOLUME, VOLUME FLOW, MASS FLOW OR LIQUID LEVEL; METERING BY VOLUME
    • G01F15/00—Details of, or accessories for, apparatus of groups G01F1/00 - G01F13/00 insofar as such details or appliances are not adapted to particular types of such apparatus
    • G01F15/18—Supports or connecting means for meters
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01L—MEASURING FORCE, STRESS, TORQUE, WORK, MECHANICAL POWER, MECHANICAL EFFICIENCY, OR FLUID PRESSURE
    • G01L19/00—Details of, or accessories for, apparatus for measuring steady or quasi-steady pressure of a fluent medium insofar as such details or accessories are not special to particular types of pressure gauges
    • G01L19/14—Housings
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q1/00—Details of, or arrangements associated with, antennas
    • H01Q1/12—Supports; Mounting means
    • H01Q1/22—Supports; Mounting means by structural association with other equipment or articles
    • H01Q1/225—Supports; Mounting means by structural association with other equipment or articles used in level-measurement devices, e.g. for level gauge measurement
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01F—MEASURING VOLUME, VOLUME FLOW, MASS FLOW OR LIQUID LEVEL; METERING BY VOLUME
    • G01F23/00—Indicating or measuring liquid level or level of fluent solid material, e.g. indicating in terms of volume or indicating by means of an alarm
    • G01F23/22—Indicating or measuring liquid level or level of fluent solid material, e.g. indicating in terms of volume or indicating by means of an alarm by measuring physical variables, other than linear dimensions, pressure or weight, dependent on the level to be measured, e.g. by difference of heat transfer of steam or water
    • G01F23/28—Indicating or measuring liquid level or level of fluent solid material, e.g. indicating in terms of volume or indicating by means of an alarm by measuring physical variables, other than linear dimensions, pressure or weight, dependent on the level to be measured, e.g. by difference of heat transfer of steam or water by measuring the variations of parameters of electromagnetic or acoustic waves applied directly to the liquid or fluent solid material
    • G01F23/296—Acoustic waves

Definitions

  • the invention relates to the fastening of sensors in an industrial environment.
  • the invention relates to a fastening device for a sensor, set up to fasten the sensor to a container, a container with a fastening device attached, a use of such a fastening device, and a method for fastening a sensor to a container.
  • Sensors in the industrial environment can be set up for level measurement, point level detection, flow measurement, pressure measurement, level and flow velocity measurement and for temperature measurement.
  • Such sensors can be designed for attachment to or in an opening of a container. Fastening takes place either by means of a flange fastening or a screw-in fastening.
  • the senor for example a level measuring device or a limit level sensor, has a plate-shaped flange which surrounds the antenna neck of the device in a flange-like manner in order to be screwed to a corresponding mating flange in the area of the opening of the container.
  • the antenna neck itself is equipped with an external thread so that the sensor can be screwed into a corresponding internal thread in a container opening via the external thread.
  • a first aspect of the present disclosure relates to a fastening device for a sensor, which is designed to fasten the sensor on or in a container.
  • the fastening device has a first mechanical interface which is set up to fasten the fastening device to a corresponding first mechanical counter-interface of the container.
  • it has a second mechanical interface which is set up to attach the fastening device to a corresponding second mechanical counter-interface of the container.
  • the fastening device is set up to accommodate the sensor.
  • the receiving device of the sensor can be set up in such a way that the sensor can also be removed again from the fastening device.
  • the sensor can, however, also be firmly integrated in the fastening device, movable or immovable.
  • first mechanical interface and “second mechanical interface” or, in general, “mechanical interface” are to be interpreted broadly.
  • the fastening device can have more than two mechanical interfaces.
  • the mechanical interfaces are suitable and set up for the detachable or non-detachable attachment of the fastening device (and thus also of the sensor) to a container wall or a container opening.
  • Examples of mechanical interfaces are internal or external threads, flange mountings, ceiling mounts, pipe mounts or brackets. Provision can be made for an adapter flange to be screwed onto the existing thread and thus used. Other fastening options, such as a pipe clamp, can also be mounted on the thread as an add-on.
  • the fastening device can be designed in the form of a housing into which the sensor can be inserted or integrated.
  • the mechanical interfaces are thus arranged around the sensor, for example.
  • the sensor can therefore be located in the middle of the fastening device.
  • the mechanical interfaces of the fastening device can be designed to be exchangeable or can be fixedly attached to the base body of the fastening device.
  • the fastening device is made in one piece. However, it can also be provided that the individual mechanical interfaces are screwed into the fastening device.
  • the base body of the fastening device is cube-shaped or cuboid, with, for example, round recesses in two or more of the side surfaces which have a mechanical counter-interface, such as an internal thread, into which corresponding mechanical interfaces can be screwed.
  • the sensor can be designed for process automation in an industrial environment.
  • process automation in an industrial environment can be understood as a sub-area of technology that includes all measures for operating machines and systems without human involvement.
  • One goal of process automation is to improve the interaction between individual components of a plant, for example in the areas of chemistry, food, pharmaceuticals, petroleum, Automate paper, cement, shipping or mining.
  • a large number of sensors can be used for this, which are particularly adapted to the specific requirements of the process industry, such as mechanical stability, insensitivity to contamination, extreme temperatures and extreme pressures. Measured values from these sensors are usually transmitted to a control room, in which process parameters such as level, limit level, flow rate, pressure or density can be monitored and settings for the entire plant can be changed manually or automatically.
  • a sub-area of process automation in the industrial environment relates to logistics automation.
  • processes within a building or within a single logistics system are automated in the field of logistics automation.
  • Typical applications are, for example, systems for logistics automation in the area of baggage and freight handling at airports, in the area of traffic monitoring (toll systems), in trade, parcel distribution or in the area of building security (access control).
  • ToF time of flight
  • the mechanical interfaces are different interfaces.
  • the first mechanical interface has an external thread with a first diameter and the second mechanical interface has an external thread with a second, different diameter.
  • the first mechanical interface is a flange fastening and the second mechanical interface is a clip fastening, or an adhesive surface, set up for adhering the fastening device to the wall of the container.
  • the first mechanical interface and the second mechanical interface are arranged in mutually opposite regions of the fastening device.
  • the actual sensor is located between these two areas and can measure through the first mechanical interface and / or the second mechanical interface.
  • the fastening device is made of metal or a plastic. In the latter case, it is permeable to radar measurement signals, so that if necessary a penetration described further below is not necessary, since the sensor can measure through the fastening device.
  • the senor is integrated into the fastening device during its manufacture, e.g. B. is encapsulated.
  • the fastening device is manufactured in an injection molding process.
  • the first mechanical interface has a first thread and / or the second mechanical interface has a second thread.
  • the thread diameters can be different or identical. The latter in particular when the fastening device is intended to provide an attachment inside or outside the container or a container opening or on a side wall of the container and the ceiling of the container.
  • Both Threads are, for example, threads of types G, NPT, NPTF and / or R.
  • the fastening device is set up for optional fastening to a side wall of the container or to the ceiling of the container, the orientation of the fastening device being identical when fastening to the side wall and when fastening to the ceiling.
  • the two mechanical interfaces are not located opposite one another, but rather have an angle of 90 degrees to one another.
  • the fastening device has two, three, four or more further mechanical interfaces.
  • the interfaces can be designed to be exchangeable, e.g. by means of a bayonet lock or screw-in thread.
  • the main body e.g. by means of a bayonet lock or screw-in thread.
  • the cube has six bayonet locks so that the appropriate interface can be installed in the desired installation position.
  • all mechanical interfaces are arranged opposite one another in pairs, like the side surfaces of a cube.
  • the fastening device has a base body which is designed to hold the sensor and to which the mechanical interfaces are attached.
  • the fastening device enables the sensor to be installed in all four or six positions.
  • the base body has a cube-like shape.
  • the base body has a passage or a recess or bore through which the measurement signal of the sensor can be emitted.
  • the base body has a spherical or otherwise configured mounting which is set up for movably mounting the sensor arranged in the base body.
  • the base body (or the sensor mounting) has a locking element, set up to fix the sensor in the mounting.
  • the sensor and mounting can be designed in such a way that the sensor aligns itself via gravity so that it always shines vertically downwards, regardless of the orientation of the fastening device.
  • the base body or the bearing has an alignment element, set up to align the sensor. The alignment of the sensor can be provided manually or automatically.
  • the fastening device has a sensor arranged therein.
  • the senor is a level measuring device, for example a level radar device, a limit level sensor, a pressure sensor or a flow sensor.
  • Another aspect of the present disclosure relates to the use of a fastening device described above and below for fastening a Sensor either on a side wall of a container or on the top of the container. In both cases, after the sensor has been attached and aligned, the sensor points downwards in the direction of the medium to be measured or in a different "measuring direction".
  • Another aspect of the present disclosure relates to a container with a fastening device, as described above and below, attached thereto.
  • Another aspect of the further disclosure relates to a method for attaching a sensor to a container, wherein the sensor is first attached to or in a fastening device and then the fastening device is optionally attached to a first mechanical counter-interface of the container or to a second mechanical counter-interface of the container .
  • the sensor is aligned in the measuring direction after or during the fastening, it being possible for the measuring direction to be identical in both fastening positions (from the side wall or on the ceiling).
  • FIG. 1 shows a fastening device with a sensor mounted therein according to one embodiment.
  • Fig. 2 shows a fastening device according to a further embodiment.
  • Fig. 3 shows a fastening device according to a further embodiment.
  • 4 shows a container with two fastening devices attached thereto according to an embodiment.
  • FIG. 5 shows a flow diagram of a method according to an embodiment.
  • Fig. 6 shows a fastening device which has a cube shape.
  • FIG. 1 shows a sensor 200 installed in a fastening device 100.
  • the sensor 200 can be screwed laterally into the fastening device or pushed into it and, for example, clamps firmly therein.
  • the fastening device 100 has four or more mechanical interfaces 101, 102, 103, 104, each on one side of the cube-shaped base body
  • the base body and mechanical interfaces can be made in one piece. However, it can also be provided that one or more of the mechanical interfaces are releasably attached to the base body.
  • the fastening device 100 can be set up in the manner of a sensor housing, so that it protects the sensor 200 from mechanical damage.
  • the fastening device 100 can have mechanical interfaces in the form of internal or external threads, flanges, ceiling mounts, pipe mounts or clamps (so-called clamp connections).
  • the fastening device can be designed in such a way that it enables the sensor 200 to be inserted in the four different orientations or positions (vertical / horizontal and in each case sensor orientation top / bottom).
  • the mechanical interfaces 104, 102 can be used to fasten the fastening device to a side wall or an opening in a side wall of the container, or to a ceiling.
  • the mechanical interfaces 101, 103 serve to fasten the fastening device inside or outside to a ceiling or ceiling opening of the container. With all four mechanical interfaces, the fastening device can be mounted from the side or from above. With the help of the horizontal and vertical inserts, the sensor can then always be attached in an appropriately aligned manner.
  • Fig. 2 shows a fastening device 100 in which the sensor 200 is slidingly mounted in the bearing 107, which can be designed in the form of a round piece. It can be provided that the sensor 200 aligns itself via gravity.
  • the sensor 200 is a radar sensor with an antenna which emits the measurement signal (see arrow) vertically downwards in the direction of the product surface.
  • the sensor can automatically align itself to the measuring point.
  • Fig. 3 shows a further embodiment, which also enables a sensor alignment.
  • the sensor 200 is here fixedly arranged in the round piece 109. That Round piece 109 is rotatably mounted in the spherical bearing 107.
  • the sensor 200 can be aligned manually.
  • a lever 110 is provided for alignment, which can be operated from the outside.
  • a locking element 108 in the form of a set screw or as a spring-loaded locking element in the form of a pin is provided in order to lock the aligned sensor.
  • the term locking element is to be interpreted broadly. Likewise the term alignment element.
  • the sensor 200 can be encapsulated and has, for example, a completely closed plastic housing which cannot be opened non-destructively and only has wireless interfaces to the outside.
  • the sensor can in particular be an autarkic sensor with its own energy supply.
  • Autonomous sensors can be made medium-tight and pressure-resistant. The measuring point could thus be flooded.
  • the seal can be achieved by using a sealing system, e.g. B. O-ring or flange seal, be guaranteed at the process connection.
  • the thread of the respective mechanical interface can also be designed to be self-sealing.
  • the fastening device can advantageously be used for self-sufficient sensors that are to be used temporarily at various measuring points / fastening options.
  • An adapter system can also be provided on which different process connections can be mounted, e.g. in the form of a bayonet lock on the fastening device, on which different threaded connectors can be mounted.
  • adapter flanges are provided that can be mounted on the threaded connectors that are on the fastening device. It is also possible for the threads / process connections on the adapter system to be designed to be exchangeable in order to provide an even greater variance.
  • the adapter system can be attached using an external or internal thread.
  • FIG. 4 shows a container 300 in which a filling material 305 is located.
  • the side walls of the container have openings in the form of mechanical counter-interfaces 303, 304, as does the top of the container (see interfaces 301, 302).
  • a first fastening device 100 is arranged on the mechanical counter-interface 303 and a second fastening device 100 is arranged on the mechanical counter-interface 301.
  • a sensor is located in each of the two.
  • Fastening device can be attached to the inside or outside of the container.
  • step 501 a sensor is attached to or in a fastening device.
  • step 502 the fastening device is fastened to a first mechanical counter-interface of the container.
  • step 503 it is removed from this interface and attached to a second mechanical counter interface of the container.
  • the sensor can be aligned accordingly so that it measures in the same direction in each case, although the housing is in different orientations.
  • FIG. 6 shows a fastening device 100 which has a cube shape and can have up to six mechanical interfaces 101, 102, 103, 104, 120 through a door 121 which can be pivoted by means of a hinge 122. Due to the cubic structure of the installation space, which is located within the fastening device, it is sufficient that the sensor receptacle only has one installation position of the sensor 200.

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Abstract

Befestigungsvorrichtung für einen Sensor, eingerichtet zur Befestigung des Sensors an einem Behälter, aufweisend eine erste mechanische Schnittstelle und eine zweite mechanische Schnittstelle, zur Befestigung der Befestigungsvorrichtung an verschiedenen Prozessanschlüssen.

Description

Befestigungsvorrichtung für einen Sensor Gebiet der Erfindung
Die Erfindung betrifft die Befestigung von Sensoren im industriellen Umfeld. Insbesondere betrifft die Erfindung eine Befestigungsvorrichtung für einen Sensor, eingerichtet zur Befestigung des Sensors an einem Behälter, einen Behälter mit einer daran angebrachten Befestigungsvorrichtung, eine Verwendung einer derartigen Befestigungsvorrichtung, sowie ein Verfahren zum Befestigen eines Sensors an einem Behälter.
Hintergrund
Sensoren im industriellen Umfeld können zur Füllstandmessung, Grenzstanderfassung, Durchflussmessung, Druckmessung, Pegel- und Strömungsgeschwindigkeitsmessung und zur Temperaturmessung eingerichtet sein. Derartige Sensoren können zur Anbringung an oder in einer Öffnung eines Behälters ausgeführt sein. Die Befestigung erfolgt entweder mittels einer Flanschbefestigung oder einer Einschraubbefestigung.
Bei der Flanschbefestigung weist der Sensor, beispielsweise ein Füllstandmessgerät oder ein Grenzstandsensor, einen tellerförmigen Flansch auf, welcher den Antennenhals des Geräts flanschartig umgibt, um mit einem entsprechenden Gegenflansch im Bereich der Öffnung des Behälters verschraubt zu werden. Bei der Einschraubbefestigung ist der Antennenhals selbst mit einem Außengewinde ausgestattet, sodass der Sensor über das Außengewinde in ein entsprechendes Innengewinde in einer Behälteröffnung eingeschraubt werden kann.
Darüber hinaus besteht die Möglichkeit, Sensoren mittels Montageklammern, Bajonettverschlüssen oder Klammerbügeln am Behälter zu befestigen.
Zusammenfassung
Es ist eine Aufgabe der Erfindung, eine alternative Befestigung von Sensoren an einem Behälter bereitzustellen.
Diese Aufgabe wird durch den Gegenstand der unabhängigen Patentansprüche gelöst. Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen und der folgenden Beschreibung von Ausführungsformen.
Ein erster Aspekt der vorliegenden Offenbarung betrifft eine Befestigungsvorrichtung für einen Sensor, welche zur Befestigung des Sensors an oder in einem Behälter eingerichtet ist. Die Befestigungsvorrichtung weist eine erste mechanische Schnittstelle auf, die eingerichtet ist zur Befestigung der Befestigungsvorrichtung an einer entsprechenden ersten mechanischen Gegenschnittstelle des Behälters. Darüber hinaus weist sie eine zweite mechanische Schnittstelle auf, die eingerichtet ist zur Befestigung der Befestigungsvorrichtung an einer entsprechenden zweiten mechanischen Gegenschnittstelle des Behälters. Die Befestigungsvorrichtung ist zur Aufnahme des Sensors eingerichtet. Die Aufnahmeeinrichtung des Sensors kann derart eingerichtet sein, dass sich der Sensor auch wieder aus der Befestigungsvorrichtung entfernen lässt. Der Sensor kann aber auch fest in der Befestigungsvorrichtung integriert sein, beweglich oder unbeweglich.
Die Begriffe „erste mechanische Schnittstelle“ und „zweite mechanische Schnittstelle“ bzw. allgemein „mechanische Schnittstelle“ sind breit auszulegen. Insbesondere kann die Befestigungsvorrichtung mehr als zwei mechanische Schnittstellen aufweisen. Die mechanischen Schnittstellen sind geeignet und eingerichtet zur lösbaren oder nicht-lösbaren Befestigung der Befestigungsvorrichtung (und damit auch des Sensors) an einer Behälterwand oder einer Behälteröffnung. Beispiele für mechanische Schnittstellen sind Innen- oder Außengewinde, Flanschbefestigungen, Deckenhalterungen, Rohrhalterungen oder Klammern. Es kann vorsehen sein, dass ein Adapterflansch auf das vorhandene Gewinde geschraubt und somit verwendet werden kann. Auch weitere Befestigungsmöglichkeiten, wie z.B. eine Rohrschelle, können als Zusatz auf die Gewinde montiert werden.
Die Befestigungsvorrichtung kann in Form eines Gehäuses ausgeführt sein, in welches der Sensor eingelegt oder integriert werden kann. Die mechanischen Schnittstellen sind somit beispielsweise um den Sensor herum angeordnet. Der Sensor kann sich also in der Mitte der Befestigungsvorrichtung befinden. Die mechanischen Schnittstellen der Befestigungsvorrichtung können auswechselbar ausgeführt sein oder fest an dem Grundkörper der Befestigungsvorrichtung angebracht sein. Beispielsweise ist die Befestigungsvorrichtung einstückig ausgeführt. Es kann aber auch vorgesehen sein, dass die einzelnen mechanischen Schnittstellen in die Befestigungsvorrichtung eingeschraubt werden.
Beispielsweise ist der Grundkörper der Befestigungsvorrichtung Würfel- oder quaderförmig, mit beispielsweise runden Aussparungen in zwei oder mehr der Seitenflächen, die eine mechanische Gegenschnittstelle, wie ein Innengewinde aufweisen, in welche entsprechende mechanische Schnittstellen eingeschraubt werden können.
Der Sensor kann zur Prozessautomatisierung im industriellen Umfeld ausgeführt sein. Unter dem Begriff „Prozessautomatisierung im industriellen Umfeld“ kann ein T eilgebiet der T echnik verstanden werden, welches alle Maßnahmen zum Betrieb von Maschinen und Anlagen ohne Mitwirkung des Menschen beinhaltet. Ein Ziel der Prozessautomatisierung ist es, das Zusammenspiel einzelner Komponenten einer Werksanlage beispielsweise in den Bereichen Chemie, Lebensmittel, Pharma, Erdöl, Papier, Zement, Schifffahrt oder Bergbau zu automatisieren. Hierzu können eine Vielzahl an Sensoren eingesetzt werden, welche insbesondere an die spezifischen Anforderungen der Prozessindustrie, wie bspw. mechanische Stabilität, Unempfindlichkeit gegenüber Verschmutzung, extremen Temperaturen und extremen Drücken, angepasst sind. Messwerte dieser Sensoren werden üblicherweise an eine Leitwarte übermittelt, in welcher Prozessparameter wie Füllstand, Grenzstand, Durchfluss, Druck oder Dichte überwacht und Einstellungen für die gesamte Werksanlage manuell oder automatisiert verändert werden können.
Ein Teilgebiet der Prozessautomatisierung im industriellen Umfeld betrifft die Logistikautomation. Mit Hilfe von Distanz- und Winkelsensoren werden im Bereich der Logistikautomation Abläufe innerhalb eines Gebäudes oder innerhalb einer einzelnen Logistikanlage automatisiert. Typische Anwendungen finden z.B. Systeme zur Logistikautomation im Bereich der Gepäck- und Frachtabfertigung an Flughäfen, im Bereich der Verkehrsüberwachung (Mautsysteme), im Handel, der Paketdistribution oder aber auch im Bereich der Gebäudesicherung (Zutrittskontrolle). Gemein ist den zuvor aufgezählten Beispielen, dass eine Präsenzerkennung in Kombination mit einer genauen Vermessung der Größe und der Lage eines Objektes von der jeweiligen Anwendungsseite gefordert wird. Hierfür können Sensoren auf Basis optischer Messverfahren mittels Laser, LED, 2D-Kameras oder 3D-Kameras, die nach dem Laufzeitprinzip (time of flight, ToF) Abstände erfassen, verwendet werden.
Ein weiteres Teilgebiet der Prozessautomatisierung im industriellen Umfeld betrifft die Fabrik-/Fertigungsautomation. Anwendungsfälle hierzu finden sich in den unterschiedlichsten Branchen wie Automobilherstellung, Nahrungsmittelherstellung, Pharmaindustrie oder allgemein im Bereich der Verpackung. Ziel der Fabrikautomation ist, die Herstellung von Gütern durch Maschinen, Fertigungslinien und/oder Roboter zu automatisieren, d. h. ohne Mitwirkung des Menschen ablaufen zu lassen. Die hierbei verwendeten Sensoren und spezifischen Anforderungen im Hinblick auf die Messgenauigkeit bei der Erfassung der Lage und Größe eines Objektes sind mit denen der im vorigen Beispiel der Logistikautomation vergleichbar. Gemäß einer Ausführungsform sind die mechanischen Schnittstellen unterschiedliche Schnittstellen. Beispielsweise weist die erste mechanische Schnittstelle ein Außengewinde mit einem ersten Durchmesser auf und die zweite mechanische Schnittstelle ein Außengewinde mit einem zweiten, unterschiedlichen Durchmesser. Es kann aber auch sein, dass die erste mechanische Schnittstelle eine Flanschbefestigung ist und die zweite mechanische Schnittstelle eine Klammerbefestigung, oder eine Klebefläche, eingerichtet zum Ankleben der Befestigungsvorrichtung an die Wand des Behälters.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform sind die erste mechanische Schnittstelle und die zweite mechanische Schnittstelle in einander gegenüberliegenden Bereichen der Befestigungsvorrichtung angeordnet. Beispielsweise befindet sich der eigentliche Sensor zwischen diesen beiden Bereichen und kann durch die erste mechanische Schnittstelle und/oder die zweite mechanische Schnittstelle hindurchmessen.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist die Befestigungsvorrichtung aus Metall oder aus einem Kunststoff. Im letzteren Fall ist sie durchlässig für Radarmesssignale, sodass gegebenenfalls ein weiter unten beschriebener Durchgriff nicht erforderlich ist, da der Sensor durch die Befestigungsvorrichtung hindurchmessen kann.
Insbesondere kann im letzteren Fall vorgesehen sein, dass der Sensor an die Befestigungsvorrichtung bei deren Herstellung integriert wird, z. B. umspritzt ist.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist die Befestigungsvorrichtung in einem Spritzgussverfahren gefertigt.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform weist die erste mechanische Schnittstelle ein erstes Gewinde auf und/oder die zweite mechanische Schnittstelle ein zweites Gewinde. Die Gewindedurchmesser können unterschiedlich oder identisch sein. Letzteres insbesondere dann, wenn die Befestigungsvorrichtung eine Anbringung innen oder außen am Behälter bzw. einer Behälteröffnung bzw. an einer Seitenwand des Behälters und der Decke des Behälters bereitstellen soll. Bei den Gewinden handelt es sich beispielsweise um Gewinde der Typen G, NPT, NPTF und/oder R.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist die Befestigungsvorrichtung zur wahlweisen Befestigung an einer Seitenwand des Behälters oder an der Decke des Behälters eingerichtet, wobei die Orientierung der Befestigungsvorrichtung bei der Befestigung an der Seitenwand und bei der Befestigung an der Decke identisch ist. In diesem Falle befinden sich die beiden mechanischen Schnittstellen nicht einander gegenüberliegend, sondern weisen einen Winkel von 90 Grad zueinander auf.
Gemäß einerweiteren Ausführungsform weist die Befestigungsvorrichtung zwei, drei, vier oder mehr weitere mechanische Schnittstellen auf.
Die Schnittstellen können wechselbar ausgeführt sein, z.B. mittels eines Bajonettverschlusses oder Einschraubgewindes. Zum Beispiel weist der Grundkörper
(der „Würfel“) sechs Bajonettverschlüsse auf, so dass jeweils die passende Schnittstelle in der gewünschten Einbaulage montiert werden kann.
Beispielsweise sind sämtliche mechanischen Schnittstellen jeweils paarweise gegenüberliegend angeordnet, wie die Seitenflächen eines Würfels.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform weist die Befestigungsvorrichtung einen Grundkörper auf, der zum Halten des Sensors eingerichtet ist und an dem die mechanischen Schnittstellen angebracht sind.
Die Befestigungsvorrichtung ermöglicht gemäß einer Ausführungsform den Einbau des Sensors in allen vier bzw. sechs Lagen.
Es kann vorgesehen sein, dass sich eine oder mehrere der mechanischen Schnittstellen auswechseln lassen, indem sie mit dem Grundkörper verschraubt oder anderweitig lösbar daran befestigt sind. Gemäß einer weiteren Ausführungsform weist der Grundkörper eine würfelartige Form auf.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform weist der Grundkörper einen Durchgriff bzw. eine Aussparung oder Bohrung auf, durch welche das Messsignal des Sensors abgestrahlt werden kann.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform weist der Grundkörper eine kugelförmige oder anderweitig gestaltete Lagerung auf, die eingerichtet ist zum beweglichen Lagern des im Grundkörper angeordneten Sensors.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform weist der Grundkörper (bzw. die Sensorlagerung) ein Arretierelement auf, eingerichtet zum Fixieren des Sensors in der Lagerung.
Sensor und Lagerung können so ausgestaltet sein, dass sich der Sensor über die Schwerkraft selber ausrichtet, sodass er stets senkrecht nach unten strahlt, unabhängig von der Orientierung der Befestigungsvorrichtung. Gemäß einer weiteren Ausführungsform weist der Grundkörper bzw. die Lagerung ein Ausrichtungselement auf, eingerichtet zum Ausrichten des Sensors. Die Ausrichtung des Sensors kann manuell oder automatisch erfovorgesehen sein.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform weist die Befestigungsvorrichtung einen darin angeordneten Sensor auf.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform handelt es sich bei dem Sensor um ein Füllstandmessgerät, beispielsweise ein Füllstandradargerät, einen Grenzstand sensor, einen Drucksensor oder einen Durchflusssensor.
Ein weiterer Aspekt der vorliegenden Offenbarung betrifft die Verwendung einer oben und im Folgenden beschriebenen Befestigungsvorrichtung zur Befestigung eines Sensors wahlweise an einer Seitenwand eines Behälters oder der Decke des Behälters. In beiden Fällen weist nach der Befestigung und der Ausrichtung des Sensors der Sensor nach unten in Richtung dem zu vermessenden Medium bzw. in eine andere „Messrichtung“.
Ein weiterer Aspekt der vorliegenden Offenbarung betrifft einen Behälter mit einer oben und im Folgenden beschriebenen daran angebrachten Befestigungs vorrichtung. Ein weiterer Aspekt der weiteren Offenbarung betrifft ein Verfahren zum Befestigen eines Sensors an einen Behälter, wobei zunächst der Sensor an oder in einer Befestigungsvorrichtung angebracht wird und danach die Befestigungsvorrichtung wahlweise an einer ersten mechanischen Gegenschnittstelle des Behälters oder an einer zweiten mechanischen Gegenschnittstelle des Behälters befestigt wird. Gemäß einer weiteren Ausführungsform erfolgt nach oder während der Befestigung ein Ausrichten des Sensors in Messrichtung, wobei die Messrichtung bei beiden Befestigungspositionen (von der Seitenwand bzw. an der Decke) identisch sein kann.
Im Folgenden werden mit Verweis auf die Figuren weitere Ausführungsformen beschrieben. Die Darstellungen in den Figuren sind schematisch und nicht maßstäblich. Werden in der folgenden Figurenbeschreibung die gleichen Bezugszeichen verwendet, so bezeichnen diese gleiche oder ähnliche Elemente.
Kurze Beschreibung der Figuren
Fig. 1 zeigt eine Befestigungsvorrichtung mit einem darin angebrachten Sensor gemäß einer Ausführungsform.
Fig. 2 zeigt eine Befestigungsvorrichtung gemäß einerweiteren Ausführungsform.
Fig. 3 zeigt eine Befestigungsvorrichtung gemäß einerweiteren Ausführungsform. Fig. 4 zeigt einen Behälter mit zwei daran angebrachten Befestigungsvorrichtungen gemäß einer Ausführungsform.
Fig. 5 zeigt ein Flussdiagramm eines Verfahrens gemäß einer Ausführungsform.
Fig. 6 zeigt eine Befestigungsvorrichtung, die eine Würfelform aufweist.
Detaillierte Beschreibung von Ausführungsformen Fig. 1 zeigt einen Sensor 200, der in einer Befestigungsvorrichtung 100 eingebaut ist. Der Sensor 200 kann seitlich in die Befestigungsvorrichtung eingeschraubt oder darin eingeschoben werden und klemmt beispielsweise darin fest.
Die Befestigungsvorrichtung 100 weist vier oder mehr mechanische Schnittstellen 101, 102, 103, 104 auf, die jeweils an einer Seite des würfelförmigen Grundkörpers
105 der Befestigungsvorrichtung 100 angeordnet sind. Grundkörper und mechanische Schnittstellen können einstückig ausgeführt sein. Es kann aber auch vorgesehen sein, dass eine oder mehrere der mechanischen Schnittstellen lösbar an dem Grundkörper befestigt sind.
Es sind mehrere Durchgriffe 106 vorgesehen, durch welche der Sensor 200 hindurchmessen kann. Durch diese „Universalbefestigung“ für Sensoren, die verschiedene Befestigungsmöglichkeiten zur Befestigung an einem Behälter oder einer anderen Einrichtung aufweist, kann der Aufwand der Montage, insbesondere bei wechselbaren Füll- und Grenzstandsensoren, erheblich verringert werden. Die Sensoren 200 müssen nicht mehr individual mit einem entsprechenden, geeigneten Prozessanschluss gefertigt werden, da die Befestigungsvorrichtung 100 mehrere verschiedene Prozessanschlüsse zur Befestigung des Sensors bereitstellt. Durch eine integrierte Dichtung kann sichergestellt werden, dass die Messstelle weiterhin gegen den Prozess abgedichtet ist. Beispielsweise weist jede mechanische Schnittstelle eine eigene Dichtung auf. Die Befestigungsvorrichtung kann in Art eines Sensorgehäuses eingerichtet sein, sodass sie den Sensor 200 vor mechanischer Beschädigung schützt. Die Befestigungsvorrichtung 100 kann mechanische Schnittstellen in Form von Innen- oder Außengewinden, Flanschen, Deckenhalterungen, Rohrhalterungen oder Klammern (sog. Klemm-Verbindungen) aufweisen.
Beispielsweise kann die Befestigungsvorrichtung so ausgestaltet sein, dass sie es ermöglicht, dass der Sensor 200 in die vier verschiedenen Orientierungen oder Lagen eingesetzt werden kann (vertikal/horizontal und jeweils Sensor-Ausrichtung Oberseite/Unterseite).
Die mechanischen Schnittstellen 104, 102 können dazu verwendet werden, die Befestigungsvorrichtung an einer Seitenwand bzw. einer Öffnung in einer Seitenwand des Behälters zu befestigen, oder an einer Decke. Die mechanischen Schnittstellen 101, 103 dienen zur Befestigung der Befestigungsvorrichtung innen bzw. außen an einer Decke bzw. Deckenöffnung des Behälters. Mit allen vier mechanischen Schnittstellen kann die Befestigungsvorrichtung seitlich oder von oben montiert werden. Der Sensor kann mit Hilfe der waagrechten und senkrechten Einschübe dann immer entsprechend ausgerichtet befestigt werden.
Fig. 2 zeigt eine Befestigungsvorrichtung 100, bei der der Sensor 200 gleitend in der Lagerung 107, die in Form eines Rundstücks ausgeführt sein kann, gelagert ist. Es kann vorgesehen sein, dass sich der Sensor 200 über die Schwerkraft selbst ausrichtet. Im Fall der Fig. 2 handelt es sich bei dem Sensor 200 um einen Radarsensor mit einer Antenne, die das Messsignal (siehe Pfeil) senkrecht nach unten in Richtung Füllgutoberfläche abstrahlt.
Der Sensor kann sich also selbständig, automatisch zur Messstelle hin ausrichten.
Fig. 3 zeigt eine weitere Ausführungsform, die ebenfalls eine Sensorausrichtung ermöglicht. Der Sensor 200 ist hierbei fest in dem Rundstück 109 angeordnet. Das Rundstück 109 ist in der kugelförmigen Lagerung 107 drehbar gelagert. Der Sensor 200 kann manuell ausgerichtet werden. Hierfür ist ein Hebel 110 zum Ausrichten vorgesehen, der von außen bedient werden kann. Darüber hinaus ist ein Arretierelement 108 in Form einer Stellschraube oder als gefedertes Arretierelement in Form eines Stiftes vorgesehen, um den ausgerichteten Sensor zu arretieren. Der Begriff Arretierelement ist breit auszulegen. Ebenso der Begriff Ausrichtungselement.
Der Sensor 200 kann gekapselt sein und weist beispielsweise ein vollständig geschlossenes Kunststoffgehäuse auf, welches sich nicht zerstörungsfrei öffnen lässt und lediglich Drahtlosschnittstellen nach außen aufweist. Der Sensor kann insbesondere ein autarker Sensor mit einer eigenen Energieversorgung sein.
Autarke Sensoren können mediumsdicht und druckfest ausgeführt sein. Somit könnte die Messstelle überflutet werden.
Die Abdichtung kann durch Verwendung eines Dichtsystems, z. B. O-Ring oder Flanschdichtung, am Prozessanschluss gewährleistet sein. Auch kann das Gewinde der jeweiligen mechanischen Schnittstelle selbstdichtend ausgeführt sein. Die Befestigungsvorrichtung lässt sich vorteilhaft für autarke Sensoren verwenden, die temporär an verschiedenen Messstellen/Befestigungsmöglichkeiten eingesetzt werden sollen.
Auch kann ein Adaptersystem vorgesehen sein, an dem verschiedene Prozessanschlüsse montiert werden können, z.B. in Form eines Bajonett verschlusses an der Befestigungsvorrichtung, an dem verschiedene Gewindestutzen montiert werden können.
Oder es sind verschiedene Adapterflansche vorgesehen, die auf den Gewindestutzen, die an der Befestigungsvorrichtung sind, montiert werden können. Es ist auch möglich, dass an dem Adaptersystem die Gewinde / Prozessanschlüsse wechselbar ausgeführt sind, um eine noch größere Varianz bereitzustellen. Das Adaptersystem kann über ein Außen- oder Innengewinde angebracht werden.
Fig. 4 zeigt einen Behälter 300, in dem sich ein Füllgut 305 befindet. Die Seitenwände des Behälters weisen Öffnungen in Form von mechanischen Gegenschnittstellen 303, 304 auf, ebenso die Decke des Behälters (siehe Schnittstellen 301, 302).
An der mechanischen Gegenschnittstelle 303 ist eine erste Befestigungsvorrichtung 100 angeordnet und an der mechanischen Gegenschnittstelle 301 eine zweite Befestigungsvorrichtung 100. In beiden befindet sich jeweils ein Sensor. Die
Befestigungsvorrichtung kann innen oder auch außen am Behälter angebracht sein.
Fig. 5 zeigt ein Flussdiagramm eines Verfahrens gemäß einer Ausführungsform. In Schritt 501 erfolgt die Anbringung eines Sensors an oder in einer Befestigungsvorrichtung. In Schritt 502 wird die Befestigungsvorrichtung an einer ersten mechanischen Gegenschnittstelle des Behälters befestigt. In Schritt 503 wird sie von dieser Schnittstelle entfernt und an einer zweiten mechanischen Gegenschnittstelle des Behälters befestigt. In beiden Schritten 502, 504 kann der Sensor entsprechend ausgerichtet werden, sodass er jeweils in dieselbe Richtung misst, obgleich das Gehäuse sich in unterschiedlichen Orientierungen befindet.
Fig. 6 zeigt eine Befestigungsvorrichtung 100, die eine Würfelform aufweist und durch eine mittels eines Scharbiers 122 schwenkbare Tür 121 bis zu sechs mechanische Schnittstellen 101,102, 103, 104, 120 aufweisen kann. Durch den kubischen Aufbau des Einbauraums, der sich innerhalb der Befestigungsvorrichtung befindet, reicht es aus, dass die Sensoraufnahme nur noch eine Einbaulage des Sensors 200 hat.
Ergänzend sei darauf hingewiesen, dass „umfassend“ und „aufweisend“ keine anderen Elemente oder Schritte ausschließt und die unbestimmten Artikel „eine“ oder „ein“ keine Vielzahl ausschließen. Ferner sei darauf hingewiesen, dass Merkmale oder Schritte, die mit Verweis auf eines der obigen Ausführungsbeispiele beschrieben worden sind, auch in Kombination mit anderen Merkmalen oder Schritten anderer oben beschriebener Ausführungsbeispiele verwendet werden können. Bezugszeichen in den Ansprüchen sind nicht als Einschränkungen anzusehen.

Claims

Patentansprüche
1. Befestigungsvorrichtung (100) für einen Sensor (200), eingerichtet zur Befestigung des Sensors an einen Behälter (300), aufweisend: eine erste mechanische Schnittstelle (101), eingerichtet zur Befestigung der
Befestigungsvorrichtung an einer entsprechenden ersten mechanischen
Gegenschnittstelle (301) des Behälters; eine zweite mechanische Schnittstelle (102), eingerichtet zur Befestigung der Befestigungsvorrichtung an einer entsprechenden zweiten mechanischen Gegenschnittstelle (302) des Behälters; wobei die Befestigungsvorrichtung zur Aufnahme des Sensors eingerichtet ist.
2. Befestigungsvorrichtung (100) nach Anspruch 1, wobei die erste mechanische Schnittstelle (101) und die zweite mechanische Schnittstelle (102) unterschiedliche mechanische Schnittstellen sind.
3. Befestigungsvorrichtung (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die erste mechanische Schnittstelle (101) und die zweite mechanische Schnittstelle (102) in einander gegenüberliegenden Bereichen der Befestigungs- Vorrichtung angeordnet sind.
4. Befestigungsvorrichtung (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die erste mechanische Schnittstelle (101) ein erstes Gewinde aufweist und/oder wobei die zweite mechanische Schnittstelle (102) ein zweites Gewinde aufweist.
5. Befestigungsvorrichtung (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Befestigungsvorrichtung zur wahlweisen Befestigung an einer Seitenwand des Behälters (300) oder an der Decke des Behälters eingerichtet ist; wobei die Orientierung der Befestigungsvorrichtung bei der Befestigung an der
Seitenwand und bei der Befestigung an der Decke identisch ist.
6. Befestigungsvorrichtung (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Befestigungsvorrichtung zwei, drei, vier oder mehr weitere mechanische Schnittstellen (103, 104) aufweist.
7. Befestigungsvorrichtung (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die mechanischen Schnittstellen (101, 102, 103, 104) jeweils paarweise gegenüberliegend angeordnet sind.
8. Befestigungsvorrichtung (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Befestigungsvorrichtung einen Grundkörper (105) aufweist, der zum
Halten des Sensors (200) eingerichtet ist, und an dem die mechanischen Schnittstellen (101, 102) angebracht sind.
9. Befestigungsvorrichtung (100) nach Anspruch 8, wobei der Grundkörper (105) eine würfelartige Form aufweist.
10. Befestigungsvorrichtung (100) nach Anspruch 8 oder 9, wobei der Grundkörper (105) einen Durchgriff (106) aufweist, durch welchen das Messsignal des Sensors abgestrahlt wird.
11. Befestigungsvorrichtung (100) nach einem der Ansprüche 8 bis 10, wobei der Grundkörper (105) eine kugelförmige Lagerung (107) aufweist, eingerichtet zum beweglichen Lagern des Sensors (200).
12. Befestigungsvorrichtung (100) nach einem der Ansprüche 8 bis 11, wobei der Grundkörper (105) ein Arretierelement (108) aufweist, eingerichtet zum Fixieren des Sensors in der Lagerung (107).
13. Befestigungsvorrichtung (100) nach einem der Ansprüche 8 bis 12, wobei der Grundkörper (105) ein Ausrichtungselement (110) aufweist, eingerichtet zum Ausrichten des Sensors (200).
14. Befestigungsvorrichtung (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, aufweisend einen darin angeordneten Sensor (200).
15. Befestigungsvorrichtung (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei es sich bei dem Sensor (200) um ein Füllstandmessgerät, einen
Grenzstandsensor, einen Drucksensor oder einen Durchflusssensor handelt.
16. Verwendung einer Befestigungsvorrichtung (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche zur Befestigung eines Sensors (200) wahlweise an einer Seitenwand eines Behälters (300) oder der Decke des Behälters.
17. Behälter (300) mit einer daran angebrachten Befestigungsvorrichtung (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 15.
18. Verfahren zum Befestigen eines Sensors (200) an einem Behälter (300), aufweisend die Schritte:
Anbringen des Sensors an oder in einer Befestigungsvorrichtung (100); Befestigen der Befestigungsvorrichtung wahlweise an einer ersten mechanischen Gegenschnittstelle (301) des Behälters oder an einer zweiten mechanischen Gegenschnittstelle (302) des Behälters.
19. Verfahren nach Anspruch 18, weiter aufweisend den Schritt:
Ausrichten des Sensors (200).
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