EP4728254A1 - Kabeldurchführung - Google Patents

Abstract

Kabeldurchführung, eingerichtet zum druckdichten Durchführen eines Kabels durch eine Wandung eines Gehäuses, insbesondere eines Sensorgehäuses einer Messsonde, mit einem Zackenring, der gegen ein Federelement gepresst ist, um das Federelement vorzuspannen.

Description

Kabeldurchführung

Bezugnahme auf verwandte Anmeldungen

Die vorliegende Anmeldung beansprucht die Priorität der deutschen Patentanmeldung Nr. 10 2023 205 726.3, eingereicht am 19. Juni 2023, die in vollem Umfang durch Bezugnahme in das vorliegende Dokument aufgenommen wird.

Technisches Gebiet

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Kabeldurchführung, die zum druckdichten Durchführen eines Kabels durch eine Wandung eines Sensorgehäuses einer Messsonde eingerichtet ist. Des Weiteren betrifft die vorliegende Erfindung eine Messsonde zur Prozessautomatisierung im industriellen oder privaten Umfeld, die eine derartige Kabeldurchführung aufweist, sowie die Verwendung einer solchen Kabeldurchführung für eine Messsonde, insbesondere für eine Druckmesssonde.

Hintergrund

Im Bereich der Prozessautomatisierung im industriellen oder privaten Umfeld werden Messsonden verwendet, beispielsweise Druckmesssonden, die an einem Kabel in einen Behälter eingebracht werden. Das Kabel dient dabei dem elektrischen Anschluss der Messsonden und deren mechanischer Befestigung. Besonders geeignet sind hierfür Kabel, die außen eine z. B. von einem Kunststoff umgebene metallische Abschirmung aufweisen. Versorgungs- und/oder Signalleitungen können dann im Inneren der Abschirmung von äußeren Einflüssen geschützt zur Sonde führen.

Das Kabel führt von der Sonde aus dem Behälter heraus zu einer übergeordneten Einheit, z. B. eine Energieversorgung und/oder einer weiterführenden Elektronik. Eine Anwendung ist die Füllstandmessung mittels einer Druckmesssonde. Dabei wird die Druckmesssonde an dem Kabel in einen mit einem Füllgut gefüllten Behälter eingeführt. Der von der Druckmesssonde ermittelte Druck entspricht der Höhe der Füllgutsäule oberhalb der Druckmesssonde und ist daher ein Maß für den Füllstand in dem Behälter.

Bei diesen Anwendungen kann zur Abdichtung in eine nachfolgende Elektronik und/oder übergeordnete Einheit eine Kabeldurchführung erforderlich sein, die ein Gehäuse aufweist, durch das das Kabel hindurchgeführt wird. Das Gehäuse kann dabei Bestandteil der übergeordneten Einheit sein und/oder auch Teil einer Befestigungsvorrichtung für die Sonde, indem das Gehäuse z. B. mittels eines Flansches oder eines Gewindes am Messort, z. B. auf einem Behälter, montiert wird.

Genauso kann die Kabeldurchführung an der Sonde angeordnet sein und z. B. mit der Sonde bzw. einem Sondengehäuse (im Folgenden auch Sensorgehäuse genannt) verbunden sein und sicherstellen, dass kein Füllgut in die Sonde eindringt.

Zusammenfassung

Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Offenbarung, eine Kabeldurchführung zum druckdichten Durchführen eines Kabels durch eine Wandung eines Sensorgehäuses einer Messsonde anzugeben, welche sich durch einen einfachen Aufbau und gute Dichtwirkung auszeichnet.

Diese Aufgabe wird durch die Merkmale der unabhängigen Patentansprüche gelöst. Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Ein erster Aspekt der vorliegenden Offenbarung betrifft eine Kabeldurchführung, die zum druckdichten Durchführen eines Kabels durch eine Wandung eines Sensorgehäuses einer Messsonde eingerichtet ist. Die Kabeldurchführung weist ein Gehäuse mit einer Öffnung auf, welche zum Durchführen des Kabels ins Innere des Gehäuses ausgeführt ist. Das Gehäuse der Kabeldurchführung und das Sensorgehäuse können dasselbe Gehäuse und insbesondere einstückig ausgeführt sein. Es ist aber ebenso möglich, dass das Sensorgehäuse mit dem Gehäuse der Kabeldurchführung lösbar verbunden ist, beispielsweise sind sie miteinander verschraubt, zum Beispiel mittels einer schraubbaren Steckverbindung.

Die Kabeldurchführung weist eine Formdichtung im Inneren des Gehäuses auf, die sich im Bereich vor der Öffnung befindet, um die druckdichte Durchführung des Kabels bereitzustellen. Es ist ein Federelement vorgesehen, das eingerichtet ist zum Ausüben einer Federkraft auf die Formdichtung, um die Formdichtung durch Ausübung einer Druckkraft in Richtung der Öffnung zu pressen. Zum Vorspannen des Federelements ist ein Zackenring oder dergleichen vorgesehen, der gegen das Federelement gepresst ist, sich also auf der entgegengesetzten Seite der Formdichtung im Vergleich zur Gehäuseöffnung befindet.

Gemäß eine Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung verjüngt sich das Gehäuse im Bereich der Öffnung, sodass die Formdichtung gut verpresst werden kann.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung ist das Gehäuse einstückig ausgeführt. An dem der Öffnung entgegengesetzten Ende kann eine Schnittstelle zum Sensorgehäuse der Messsonde vorgesehen sein, oder die Messsonde befindet sich im Gehäuse der Kabeldurchführung, beispielsweise an eben diesem Ende.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung ist das Gehäuse rohrförmig ausgeführt, sodass sich insbesondere daraus ein geringer Fertigungsaufwand und eine hohe Stabilität ergeben.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung weist der Zackenring eine Steckzunge zur Kontaktierung des Kabels auf.

Unter dem Begriff „Zackenring“ ist ein Haltemittel zu verstehen, welches an der Innenseite der Gehäusewand anliegt und reibschlüssig mit dieser verbunden ist, sodass es den erforderlichen Druck auf das Federelement ausüben kann. Hierunter sind mechanische Mittel zu verstehen, welche diese Funktion erfüllen, beispielsweise ein Zackenring. Es sind aber auch andere Lösungen möglich, die ein Einspreizen/Verkeilen dieses Haltemittels an der Gehäuseinnenwand ermöglichen. Der Zackenring stellt hier nur eine einfache Möglichkeit dar, diese Funktion bereitzustellen. Somit ist der Begriff „Zackenring“ breit auszulegen.

Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Offenbarung ist eine Messsonde angegeben, eingerichtet zur Prozessautomatisierung im industriellen oder privaten Umfeld, welche eine Sensoreinheit mit einem Sensorgehäuse aufweist, ein Kabel, eingerichtet zum Anschließen der Sensoreinheit an eine Energieversorgung und/oder eine Auswerteeinheit, die sich außerhalb der Messsonde befindet, sowie die oben und im Folgenden beschriebene Kabeldurchführung.

Das Sensorgehäuse kann mit dem Gehäuse der Kabeldurchführung einstückig verbunden sein oder die Sensoreinheit kann sich im Gehäuse der Kabeldurchführung befinden.

Beispielsweise handelt es sich bei der Messsonde um eine Druckmesssonde.

Unter dem Begriff „Prozessautomatisierung im industriellen Umfeld“ kann ein Teilgebiet der Technik verstanden werden, welches Maßnahmen zum Betrieb von Maschinen und Anlagen ohne Mitwirkung des Menschen beinhaltet. Ein Ziel der Prozessautomatisierung ist es, das Zusammenspiel einzelner Komponenten einer Werksanlage 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 von Anlagen und die Logistikautomation von Lieferketten. Mit Hilfe von Distanz- und Winkelsensoren werden im Bereich der Logistikautomation Abläufe innerhalb oder außerhalb 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-ZFertigungsautomation. 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.

Die in den Ansprüchen verwendeten Begriffe sollten so ausgelegt werden, dass sie die weitest mögliche vernünftige Interpretation in Übereinstimmung mit der vorstehenden Beschreibung erhalten. Zum Beispiel sollte die Verwendung des Artikels "ein" oder "der" bei der Einführung eines Elements nicht so ausgelegt werden, dass sie eine Vielzahl von Elementen ausschließt. Ebenso sollte die Erwähnung von "oder" so ausgelegt werden, dass sie eine Vielzahl von Elementen einschließt, so dass die Erwähnung von "A oder B" nicht "A und B" ausschließt, es sei denn, aus dem Kontext oder der vorangehenden Beschreibung geht klar hervor, dass nur eines von A und B gemeint ist. Ferner ist die Formulierung "mindestens eines von A, B und C" als eines oder mehrere Elemente aus einer Gruppe von Elementen zu verstehen, die aus A, B und C besteht, und nicht so auszulegen, dass mindestens eines von jedem der aufgeführten Elemente A, B und C erforderlich ist, unabhängig davon, ob A, B und C als Kategorien oder auf andere Weise miteinander verbunden sind. Darüber hinaus sollte die Erwähnung von "A, B und/oder C" oder "mindestens eines von A, B oder C" so ausgelegt werden, dass sie jede einzelne Einheit der aufgeführten Elemente, z. B. A, jede Teilmenge der aufgeführten Elemente, z. B. A und B, oder die gesamte Liste der Elemente A, B und C umfasst.

Ein weiterer Aspekt der vorliegenden Offenbarung betrifft die Verwendung einer oben und im Folgenden beschriebenen Kabeldurchführung für eine Messsonde, insbesondere für eine Druckmesssonde.

Im Folgenden werden mit Verweis auf die Figuren weitere Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung beschrieben. Werden in der folgenden Figurenbeschreibung die gleichen Bezugszeichen verwendet, so bezeichnen diese gleiche oder ähnliche Elemente. Die Darstellungen in den Figuren sind schematisch und nicht maßstäblich.

Kurze Beschreibung der Figuren

Fig. 1 zeigt eine Kabeldurchführung mit einer Messsonde gemäß einer

Ausführungsform.

Fig. 2 zeigt eine Querschnittsansicht einer Kabeldurchführung gemäß einer Ausführungsform.

Fig. 3 zeigt einen Zackenring gemäß einer Ausführungsform.

Detaillierte Beschreibung von Ausführungsformen

Fig. 1 zeigt eine Kabeldurchführung 100, an deren Ende sich eine Messsonde 200 befindet. Am anderen Ende ist eine Austrittsöffnung vorgesehen, durch welche das Kabel 101 hindurchgeführt ist.

Fig. 2 zeigt eine Querschnittsansicht einer Kabeldurchführung 100, eingerichtet zum druckdichten Durchführen eines Kabels 101 durch die Wandung des Gehäuses 102 der Kabeldurchführung. Das Kabel 101 weist eine oder mehrere Adern 109 auf, sowie einen Erdungsanschluss 110, sowie eine Kunststoffummantelung. Der Erdungsanschluss 110 ist an seinem Ende 111 an die Steckzunge 106 des Zackenrings 105 angeschlossen. Der Zackenring 105 keilt sich gegen die Innenwandung des Gehäuses 102, sodass er nicht verrutschen kann. Dabei drückt er gegen das Federelement 106. Zwischen dem Federelement 106 und dem Zackenring 105 kann sich eine Scheibe 107 befinden. Das Federelement 106 drückt im Gegenzug gegen die Formdichtung 104, die sich am verjüngenden Ende des Gehäuses 102 befindet, und somit gegen das Kabel 101 drückt, um eine gute Dichtwirkung zu erzielen. Zwischen der Formdichtung 104 und dem Federelement 106 kann ebenfalls eine Scheibe 108 angeordnet sein, um den Druck gleichmäßig auf die Formdichtung 104 zu verteilen. Das Kabel 101 verlässt die Kabeldurchführung 100 durch die Öffnung 103 am sich verjüngenden Ende.

Damit die durch Alterungsvorgänge nachlassende Dichtwirkung am Kabel 101 bzw. am Gehäuse 102 ausgeglichen werden kann, wird die eingespannte Formdichtung 104, die aus einem Elastomer gefertigt sein kann, neben der eigenen Rückstellkraft zusätzlich durch das Federelement 106, beispielsweise eine Druckfeder, angepresst. Damit die Druckfeder Kraft übertragen kann, wird die Vorspannung über den Zackenring 105 erzeugt. Eine mehrteilige Ausführung des Gehäuses 102 über eine Gewindeverbindung ist nicht erforderlich. Auch ist keine Umformung (Bördel) erforderlich. Da das Gehäuse nicht plastisch umgeformt werden muss, um die Anpresskraft (und somit eine Dichtwirkung) zu erzielen, wird der Fertigungsaufwand reduziert. Zusätzlich kann, muss aber nicht, ein Verguss vorgesehen sein, um die Dichtwirkung weiter zu erhöhen.

Das Gehäuse 102 kann als ein einteiliges Gehäuserohr mit der Funktion von Dichtbereich und Vergussbereich ausgeführt sein. Die Montage erfolgt in der Figur von der linken Seite des Gehäuses, also der Seite mit der größeren Öffnung, durch Einschieben aller Bauteile hin zur kleineren Öffnung 103.

Die Bauteile Formdichtung 104, Federelement 106 und ggf. zwei Stützscheiben 107, 108 werden zusammen mit dem Zackenring 105 in das Rohr 102 eingeschoben bzw. eingepresst. Der Zackenring 105 wird so montiert, dass dieser zuerst mit dem Bereich des kleineren Durchmessers in das Rohr eingeführt wird. Die beiden Scheiben 107, 108 sind nicht zwingend für die Funktion erforderlich, sondern dienen einer besseren bzw. gleichmäßigeren Kraftübertragung auf die Formdichtung 104, wenn eine spiralförmige Druckfeder verwendet wird.

Sobald der Zackenring 105 in das Rohr 102 eingeführt ist und die Zacken am Innendurchmesser anliegen, sorgen die schräg geformten Zacken für eine Reibhaftung an der Rohrinnenfläche. Der Zackenring 105 kann jetzt nur noch in Richtung der Formdichtung 104 bewegt werden.

Für eine Montage mit einer bestimmten Federvorspannung auf die Formdichtung 104 gibt es mehrere Möglichkeiten. Z. B. kann hierfür ein Stempel verwendet werden, um das Federelement 106 auf ein definiertes Maß zusammenzudrücken. Alternativ kann eine kraftgesteuerte Presse verwendet werden, mit welcher sich die gewünschte Presskraft einstellen lässt.

Der Zackenring 105 bewirkt, dass die Formdichtung 104 nicht zurückweichen und entspannen kann. Je nach Abmessung des Zackenrings 105 kann bei einem Nenndurchmesser von 20 mm eine Kraft von 800 Newton gehalten werden. Durch eine besondere Formgebung des Zackenrings 105, z. B. mit einer Steckzunge 106, besteht zusätzlich die Möglichkeit der Kontaktierung zwischen dem Kabel 101 und dem Gehäuse 102 für elektrische Zwecke, z. B. zur Abschirmung oder Erdanbindung.

Das Gehäuse 102 kann insbesondere einteilig ausgeführt sein und einen Vergussbereich aufweisen. Ein mehrteiliges Gehäuse ist nicht erforderlich und somit auch kein Verbindungsvorgang mittels Gewinde mit Dichtung bzw. Schweißung der beiden Gehäuseteile.

Claims

Patentansprüche

1. Kabeldurchführung (100), eingerichtet zum druckdichten Durchführen eines Kabels (101) durch eine Wandung eines Gehäuses, insbesondere eines Sensorgehäuses einer Messsonde (200), aufweisend: ein Gehäuse (102) mit einer Öffnung (103), eingerichtet zum Durchführen des Kabels; eine Formdichtung (104) im Inneren des Gehäuses im Bereich vor der Öffnung, um die druckdichte Durchführung des Kabels bereitzustellen; ein Federelement (106), eingerichtet zum Ausüben einer Federkraft auf die Formdichtung, um die Formdichtung in Richtung der Öffnung zu pressen; ein Zackenring (105), der gegen das Federelement gepresst ist, um das Federelement vorzuspannen.

2. Kabeldurchführung (100) nach Anspruch 1 , wobei sich das Gehäuse (102) im Bereich vor der Öffnung (103) verjüngt

3. Kabeldurchführung (100) nach Anspruch 1 oder 2, wobei das Gehäuse (102) einstückig ausgeführt ist.

4. Kabeldurchführung (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Gehäuse rohrförmig ausgeführt ist.

5. Kabeldurchführung (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Zackenring (105) eine Steckzunge (106) zur Kontaktierung des

Kabels aufweist.

6. Messsonde (200), eingerichtet zur Prozessautomatisierung im industriellen oder privaten Umfeld, aufweisend: eine Sensoreinheit (201) mit einem Sensorgehäuse; ein Kabel (101), eingerichtet zum Anschließen der Sensoreinheit an eine Energieversorgung und/oder eine Auswerteeinheit; eine Kabeldurchführung (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, eingerichtet zum druckdichten Durchführen des Kabels durch eine Wandung des Sensorgehäuses.

7. Messsonde (200) nach Anspruch 6, wobei die Messsonde eine Druckmesssonde ist.

8. Verwendung einer Kabeldurchführung (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 5 für eine Messsonde, insbesondere für deine Druckmesssonde.