Als Wellenleiter können dabei sowohl ein einziger als auch zwei oder mehr parallel zueinander angeordnete Wellenleiter dienen, die sich von einem Punkt oberhalb des höchsten zu messenden Füllstandes nach unten in den Behälter hinein erstrecken. Als Wellenleiter eignen sich z. B. blanke auch als Sommerfeld-Wellenleiter bezeichnete Metalldrähte, oder mit einer Isolation versehene Metalldrähte. Letztere sind auch unter der Bezeichnung Goubau-Wellenleiter bekannt.

Eine elektronische Schaltung zur Erzeugung von elektromagnetischen Signale sowie eine Empfangs-und Auswerteschaltung zur Bestimmung eines Füllstandes ist z. B. in der EP-A 780 665 beschrieben.

Mit elektromagnetischen Signalen arbeitende Füllstandsme geräte sind in einer Vielzahl von Anwendungen, sowohl in der Lagerhaltung als auch in der verarbeitenden Industrie, z. B. in der Chemie, in der Lebensmittelindustrie und in der Ölindustrie, einsetzbar.

Das Füllstandsme gerät ist dabei häufig gro en Temperaturschwankungen ausgesetzt und auf den Wellenleiter können hohe Zug-oder Druckkräfte einwirken. Es gibt viele Anwendungen bei denen trotz dieser widrigen Bedingungen auf

keinen Fall Füllgut durch das Me gerät hindurch austreten darf.

In der EP-A 928 955 ist ein Füllstandsme gerät zur Messung eines Füllstandes eines Füllgutes in einem Behälter mittels elektromagnetischen Signalen, beschrieben, welches umfa t : -mindestens einen in den Behälter hinein ragenden Wellenleiter, --der die Signale in den Behälter hinein und an einer Füllgutoberfläche reflektierte Signale heraus führt und --der in einem auf dem Behälter montierbaren Gehäuse befestigt ist.

In dem Gehäuse sind Einsätze aus einem Dielektrikum, z. B. aus einem Thermoplast, einem Duroplast, einem Elastomer, einer Keramik, Polyehterimid (PEI), Polytetrafluorethylen (PTFE), Polyphenylsulfid (PPS), oder aus Polycarbonaten vorgesehen, durch die der Wellenleiter in dem Behälter befestigt ist. Gehäuse, Wellenleiter und Einsätze weisen konische Mantelflächen auf, die zueinander so angeordnet sind, da sie eine Bewegung der Einsätze und des Wellenleiters in den Behälter hinein verhindern. Auf einer behälter-abgewandten Seite ist das Gehäuse durch einen metallischen Einsatz, durch den eine Bewegung von Wellenleiter und Einsätzen in behälter-abgewandter Richtung verhindert ist, verschlossen. Es sind Federelemente vorgesehen, durch die der metallische Einsatz in behälter- zugewandter Richtung und die Einsätze mit dem darin eingekeilten Wellenleiter in behälter-abgewandter Richtung gepre t werden.

Zur Abdichtung sind in einem Ausführungsbeispiel 0-Ringe vorgesehen, die zwischen dem Gehäuse und einem der Einsätze und zwischen diesem Einsatz und dem Wellenleiter in Nuten angeordnet sind.

Aufgrund der Einspannung mittels Federn können sich Einsatz, Wellenleiter und Gehäuse geringfügig gegeneinander bewegen. Dadurch kann die Dichtwirkung nachteilig beeinflu t werden.

Wellenleiter, Einsatz und Gehäuse bilden einen Koaxialleiter in dem die elekromagnetische Signale geführt werden. Nuten und 0-Ringe stellen Inhomogenitäten dar an denen sich die Impedanz des Koaxialleiters sprunghaft ändert. Solche Impedanzsprünge führen zur Reflexion eines Anteils der elektromagnetischen Signale. Dieser Anteil steht nachfolgend nicht mehr zur Füllstandsmessung zur Verfügung sondern bildet Störsignale, die zu einem deutlich verschlechterten Signal-zu-Rausch Verhältnis führen.

In einem weiteren Ausführungsbeispiel ist in behälter- zugewandter Seite zwischen Wellenleiter und einem Einsatz und zwischen diesem Einsatz und dem Gehäuse jeweils eine konische Fläche vorgesehen mit der der Wellenleiter an dem Einsatz und dieser Einsatz an dem Gehäuse eng anliegt.

Hierdurch wird ebenfalls eine Dichtwirkung erzielt.

Problematisch ist generell, da alle tragenden Teile aus starren Materialien bestehen müssen, um ihre Stützfunkion zu erfüllen. Wird das Füllstandsme gerät gro en Temperaturwechseln ausgesetzt, so werden diese Teile entsprechend ihren thermischen Ausdehnungskoeffizienten schrumpfen bzw. sich ausdehnen. Während eine Ausdehnung bei Erwärmung durch die Federkonstruktion gut ausgeglichen werden kann, können bei tiefen Temperaturen Dichtheitsprobleme auftreten. Durch die temperatur-bedingte geringere Grö e der Bauteile ist die Federvorspannung geringer und es können durch Zug-und Druckkräfte Spalte zwischen im Normalzustand eng aneinander anliegenden Dichtflächen auftreten.

Es ist eine Aufgabe der Erfindung ein Füllstandsme gerät zur Messung eines Füllstandes eines Füllgutes in einem Behälter mittels entlang eines Wellenleiters in den Behälter hinein und herausgeführten elektromagnetischen Signalen anzugeben, bei dem insb. auch bei gro en Temperaturschwankungen am Me ort und bei gro en auf den Wellenleiter einwirkenden Druck oder Zugkräften eine hohe Dichtheit gewährleistet ist.

Hierzu besteht die Erfindung in einem Füllstandsme gerät zur Messung eines Füllstandes eines Füllgutes in einem Behälter mittels elektromagnetischen Signalen, welches umfa t : -mindestens einen in den Behälter hinein ragenden Wellenleiter, --der die Signale in den Behälter hinein und an einer Füllgutoberfläche reflektierte Signale heraus führt und --der in einem am Behälter montierbaren Gehäuse befestigt ist, und -ein parallel zu einer Längsachse des Wellenleiters eingespanntes elastisches Formteil, --das an dem Gehäuse und dem Wellenleiter abdichtend anliegt und --an das eine den Wellenleiter umgebende Ausnehmung angrenzt.

Gemä einer Ausgestaltung verläuft die Ausnehmung in dem Formteil.

Gemä einer weiteren Ausgestaltung weist das Formteil ausschlie lich konische oder zylindrische Mantelflächen auf.

Gemä einer Ausgestaltung -ist der Wellenleiter durch einen in dem Gehäuse befestigten ersten Einsatz hindurch in den Behälter hineingeführt ist,

-der Wellenleiter weist eine erste konische Mantelfläche auf, mit der er auf einer behälter-abgewandten formgleichen Innenfläche des Einsatzes aufliegt, -der Wellenleiter weist eine zweite konische Mantelfläche auf, auf der das Formteil mit einer behälter- zugewandten formgleichen Innenfläche aufliegt, und -es ist ein zweiter Einsatz vorgesehen, der mit einer konischen behälter-zugewandten Mantelfläche auf einer formgleichen behälter-abgewandten Mantelfläche des Formteils aufliegt, -wobei das Formteil durch den ersten und den zweiten Einsatz eingespannt ist.

Gemä einer weiteren Ausgestaltung ist die Ausnehmung durch den Wellenleiter, das Formteil und den zweiten Einsatz begrenzt.

Gemä einer anderen Ausgestaltung weist das Formteil einen Bereich auf, in dem sich ein Durchmesser des Formteils sprungartig ändert.

Gemä einer weiteren Ausgestaltung ist das Formteil ein Ringzylinder.

Die Erfindung und deren Vorteile werden nun anhand der Figuren der Zeichnung, in denen drei Ausführungsbeispiele dargestellt sind, näher erläutert ; gleiche Elemente sind in den Figuren mit denselben Bezugszeichen versehen.

Fig. 1 zeigt eine schematische Darstellung eines auf einem Behälter angeordneten Füllstandsme geräts ; Fig. 2 zeigt eine schematische Darstellung eines Füllstandsme geräts, bei dem die Ausnehmung au erhalb des Formteils an das Formteil angrenzt ;

Fig. 3 zeigt eine schematische Darstellung eines Füllstandsme geräts, bei dem die Ausnehmung innerhalb des Formteils verläuft ; und Fig. 4 zeigt eine schematische Darstellung eines Füllstandsme geräts, bei dem das Formteil einen sich sprungartig ändernden Durchmesser aufweist.

Fig. 1 zeigt eine schematische Darstellung eines auf einem Behälter 1 angeordneten Füllstandsme geräts 3. Es dient zur Messung eines Füllstandes eines Füllguts 5 in dem Behälter 1 und weist eine elektronische Schaltung 7 zur Erzeugung von elektromagnetischen Signalen S auf.

Das Füllstandsme gerät umfa t einen in den Behälter 1 hinein ragenden Wellenleiter 9 der die Signale S in den Behälter 1 hinein und an einer Füllgutoberfläche reflektierte Signale R heraus führt.

Der Wellenleiter 9 ist z. B. ein mechanisch starrer Stab oder ein mechanisch starrer Draht. Genauso ist aber auch ein gespanntes Seil einsetzbar, dessen eines Ende an einem Boden des Behälters 1 befestigt ist. Anstelle einer Befestigung des Endes am Behälterboden kann an dem anderen Ende auch ein Gewicht befestigt sein, durch das das Seil gespannt wird. Es können sowohl blanke Stäbe, Drähte oder Seile aus Metall, z. B. aus einem Edelstahl, als auch mit einer Isolation versehene Metalldrähte,-stäbe oder-seile verwendet werden. Als Isolator eignet sich z. B.

Polytetraflourethylen (PTFE).

Die reflektierten Signale R werden im Betrieb einer Empfangs-und Auswerteschaltung 10 zugeführt, die z. B. aus einer Laufzeit der Signale S bis zur Füllgutoberfläche und der reflektierten Signale R von der Füllgutoberfläche

zurück den Füllstand im Behälter 1 bestimmt. Die Ausbreitungsgeschwindigkeit der elektromagnetischen Signale S, R und die Abstände zwischen der elektronischen Schaltung 7 und dem Behälterboden und zwischen der Empfangs-und Auswerteschaltung 10 und dem Behälterboden sind entweder ohnehin bekannt oder können durch einfache Referenzmessungen erhalten werden. Mit diesen Daten ergibt sich aus der gemessenen Laufzeit die Höhe des Füllstands.

Ein Me ergebnis ist über Anschlu leitungen 11 einer weiteren Verarbeitung, Anzeige und/oder Auswertung zugänglich.

Der Wellenleiter 9 ist in einem am Behälter 1 montierbaren Gehäuse 13 befestigt. Das Gehäuse 13 besteht einem elektrisch leitfähigen Material, z. B. aus einem Metall, vorzugsweise aus einem Edelstahl. Fig. 2 zeigt einen Schnitt durch das Gehäuse 13 und den darin befestigten Wellenleiter 9.

Das Gehäuse 13 weist im wesentlichen die Form eines Hohlzylinders auf. An einem behälter-zugewandten unteren Ende des Gehäuses 13 ist au en ein Gewinde 15 angeformt, mittels dessen das Gehäuse 13 in eine Öffnung 17 in dem Behälter 1 einschraubbar ist.

In dem Gehäuse 13 ist ein erster Einsatz 19 aus einem Dielektrikum angeordnet, durch den der Wellenleiter 9 hindurch in den Behälter 1 hinein geführt ist. Der Einsatz 19 weist eine behälter-zugewandte konische äu ere Mantelfläche auf, mit der er auf einer formgleichen konischen inneren Mantelfläche 21 des Gehäuses 13 abdichtend aufliegt. Ein Innendurchmesser des Gehäuses 13 nimmt entlang der Mantelfläche 21 in behälter-zugewandter Richtung ab, so da eine Bewegung des ersten Einsatzes 19 in behälter-zugewandter Richtung unterbunden ist. An den die Mantelfläche 21 aufweisenden Abschnitt des Gehäuses 13 grenzt in behälter-zugewandter Richtung ein zylindrischer

Gehäuseabschnitt 23 an. Im Inneren dieses Gehäuseabschnitts 23 verjüngt sich der erste Einsatz 19 in behälter- zugewandter Richtung bis er an dem Wellenleiter 9 endet.

Der Wellenleiter 9 weist einen im Inneren des Gehäuses 13 angeordneten Kopf 25 mit einer behälter-zugewandten konischen ersten Mantelfläche 27, deren Au endurchmesser in behälter-zugewandter Richtung abnimmt, und einer behälter- abgewandten konischen zweiten Mantelfläche 29, deren Au endurchmesser in behälter-abgewandter Richtung abnimmt, auf. Er liegt mit der behälter-zugewandten konischen Mantelfläche 27 auf einer formgleichen Innenfläche des ersten Einsatzes 19 abdichtend auf, so da eine Bewegung des Wellenleiters 9 in behälter-zugewandter Richtung unterbunden ist.

Erfindungsgemä ist ein parallel zu einer Längsachse L des Wellenleiters 9 eingespanntes elastisches Formteil 31 vorgesehen, das an dem Gehäuse 13 und dem Wellenleiter 9 abdichtend anliegt.

In dem in Fig. 2 dargestellten Ausführungsbeispiel umgibt das Formteil 31 den Wellenleiter 9 koaxial und weist eine zu der zweiten konischen Mantelfläche 29 des Wellenleiters 9 formgleiche Innenfläche auf, mit des es auf der zweiten konischen Mantelfläche 29 aufliegt.

Das Formteil 31 weist weiter eine behälter-zugewandte konische äu ere Mantelfläche 33 auf, mit der es auf einer formgleichen inneren Mantelfläche des ersten Einsatzes 19 aufliegt. Das Formteil 31 liegt mit einer zylindrischen äu eren Mantelfläche 35 an einer formgleichen Innenwand des Gehäuses 13 an.

Zwischen einem sich in behälter-abgewandter Richtung verjüngenden behälter-abgewandten Abschnitt 39 des

Wellenleiters 9 besteht eine an das Formteil 31 angrenzende, den Wellenleiter 9 umgebende Ausnehmung 41.

Eine in behälter-abgewandter Richtung die Ausnehmung 41 begrenzende Innenfläche 43 des Formteils 41 ist zylindrisch und eine äu ere behälter-abgewandte Mantelfläche 45 des Formteils 41 ist konisch, wobei deren Au endurchmesser in behälter-abgewandter Richtung abnimmt.

Das Formteil 31 weist somit ausschlie lich konische oder zylindrische Mantelflächen auf. Dies bietet den Vorteil, da der durch den Wellenleiter 9, den Einsatz 19 und das Gehäuse 13 gebildete Koaxialleiter keine Impedanzsprünge in Ausbreitungsrichtung der elektromagnetischen Signale S, R aufweist, an denen eine Teil des Leistung reflektiert wird und somit für die Füllstandsmessung verloren ist. Es ist sogar in gewissem Umfang durch eine entsprechende Formgebung des Formteils 31 eine Impedanzanpassung möglich.

In dem Gehäuse 13 ist ein zweiter Einsatz 47 vorgesehen, der das Gehäuse 13 in behälter-abgewandter Richtung endseitig abschlie t. Der zweite Einsatz 47 ist aus Metall und ist au en zylindrisch. Er weist eine zentrale axiale Bohrung 49 auf, in die ein Fortsatz 51 des Wellenleiters 9 hineinragt. Fortsatz 51 und Bohrung 49 sind vorzugsweise so geformt, da in die Bohrung 49 von behälter-abgewandter Seite her ein Standardstecker, z. B. ein BNC-Stecker, für den Anschlu von handelsüblichen Koaxialleitungen einsteckbar ist, um den Wellenleiter 9 über dessen Fortsatz 51 und die Koaxialleitung an die elektronische Schaltung 7 anzuschlie en. Der metallische zweite Einsatz 47 und das elektrisch leitfähige Gehäuse 13 bilden eine Verlängerung eines Au enleiters der Koaxialleitung.

Der zweite Einsatz 47 weist eine konische behälter- zugewandte Mantelfläche 53 auf, deren Innendurchmesser in

behälter-zugewandter Richtung zunimmt, bis er endseitig gleich dem Innendurchmesser des Gehäuses 13 ist.

Der zweite Einsatz 47 liegt mit einem äu eren rotationssymmetrischen Abschnitt dieser Mantelfläche 53 auf der hierzu formgleichen behälter-abgewandten Mantelfläche 45 des Formteils 31 auf.

Das Formteil 31 ist durch den ersten und den zweiten Einsatz 19,47 eingespannt. Hierzu weist der zweite Einsatz 47 in dem in Fig. 2 dargestellten Ausführungsbeispiel ein Au engewinde 55 auf mit der es in ein Innengewinde des Gehäuses 13 in behälter-zugewandter Richtung eingeschraubt ist. An einem oberen, behälter-abgewandten Ende des zweiten Einsatzes 47 ist ein Anschlag 57 vorgesehen, bis zu dem der Einsatz 47 einzuschrauben ist, damit er genügend Druck auf das Formteil 31 ausübt.

Das Formteil 31 ist in axialer Richtung, parallel zur Längsachse L des Wellenleiters 9, komprimiert und entfaltet hierdurch in radialer Richtung, senkrecht zur Längsachse L des Wellenleiters 9, seine Dichtwirkung. Überschüssiges Material des Formteils 31 wird hierbei in die angrenzende Ausnehmung 41 hinein gedrückt. Die Ausnehmung 41 ist durch den Wellenleiter 9, das Formteil 31 und den zweiten Einsatz 47 begrenzt. Die Ausnehmung 41 dient bildlich gesprochen als ein Überlauf. Wenn nun bei hohen Temperaturen sich die einzelnen Bauteile aufgrund deren thermischen Ausdehnungskoeffizienten ausdehnen so steigt der Druck auf das Formteil 31 und weiteres Material des Formteils 31 wird in der Ausnehmung 41 aufgenommen. Sinkt dagegen die Temperatur erfolgt der Vorgang in umgekehrter Richtung.

Material gelangt aus der Ausnehmung 41 zurück und gewährleistet, da immer zur genügend Material unter ausreichendem Druck vorhanden ist, damit das Formteil 31 seine Dichtwirkung entfaltet. Zusätzlich ist hierdurch gewährleistet, da die Bauteile im Inneren des Gehäuses 13,

hier der Wellenleiter 9 und der erste und der zweite Einsatz 19,47 jederzeit spielfrei im Gehäuse 13 gelagert sind.

Fig. 3 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemä en Füllstandsme geräts. Aufgrund der gro en Übereinstimmung zu dem zuvor beschriebenen Ausführungsbeispiel werden nachfolgend lediglich die Unterschiede näher erläutert.

So weist bei dem in Fig. 3 dargestellten Ausführungsbeispiel das Füllstandsme gerät ein im Inneren des Gehäuses 13 angeordnetes Formteil 59 auf, in dessen Innerem eine ringförmig umlaufende Ausnehmung 61 mit ovalem Querschnitt verläuft. Diese Ausnehmung 61 eignet sich ebenfalls eine thermische Ausdehnung der umliegenden Bauteile des Füllstandsme gerät auszugleichen und somit eine ausreichende Dichtheit und eine auch bei gro en Temperaturschwankungen spielfreie Anordnung dieser Bauteile zu garantieren.

Zusätzlich ist in dem in Fig. 3 dargestellten Ausführungsbeispiel eine weitere Ausnehmung 63 vorgesehen.

Diese ist im wesentlichen formgleich zu der in Fig. 2 dargestellten Ausnehmung 41 und auch am gleichen Ort angeordnete wie diese, sie ist jedoch deutlich kleiner.

Form und Grö e der Ausnehmungen ist dabei nicht auf die beiden in den Figuren 2 und 3 dargestellten Beispiele beschränkt. Es können Ausnehmungen völlig verschiedener Form und Grö e und auch in verschiedener Anzahl vorgesehen sein. So könne z. B. auch mehrere Schlitze vorgesehen sein.

Bei der Auslegung der Ausnehmungen ist dabei lediglich zu beachten, da die Gesamtheit der Ausnehmungen zusammen ausreichend gro ist, um eine thermische Ausdehnung der sie umgebenden Bauteile auszugleichen und eine ausreichende

Dichtheit und spielfreie Anordnung der Bauteile zu gewährleisten.

Fig. 4 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel. Bei diesem Füllstandsme gerät ist ein Formteil 65 vorgesehen, das einen Bereich aufweist, in dem sich ein Durchmesser des Formteils 65 sprungartig ändert. Hierdurch wird ein gewollter Impedanzsprung bewirkt, an dem im Betrieb ein Teil der elektromagnetischen Signale reflektiert wird.

Dieser reflektierte Anteil, bzw. dessen Laufzeit kann z. B. als Referenzzeit oder Bezugspunkt für die Füllstandsmessung dienen.

In Fig. 4 ist ein Extrembeispiel eines solchen sich sprungartig ändernden Durchmessers, nämlich ein Ringzylinder, dargestellt.

Auch bei diesem Ausführungsbeispiel ist genau wie bei den zuvor beschriebenen Ausführungsbeispielen ein Gehäuse 13 vorgesehen in dem ein erster Einsatz 67 aus einem Dielektrikum, ein Wellenleiter 69 und ein zweiter Einsatz 71 aus Metall angeordnet sind. Der erste Einsatz 67, der Wellenleiter 69 und der zweite Einsatz 71 unterscheiden sich von den entsprechenden Bauteilen der voherigen Ausführungsbeispiele lediglich darin, da sie der Form nach an die ringzylindrische Form des Formteils 65 angepa t sind. So weist der Wellenleiter 69 anstelle einer konischen behälter-abgewandten Mantelfläche eine ringscheibenförmige behälter-abgewandte Fläche 73 auf, die an dem Formteil 65 anliegt, der erste Einsatz 67 weist anstelle einer konischen behälter-abgewandten Mantelfläche eine ringscheibenförmige behälter-abgewandte Fläche 75 auf, die an dem Formteil 65 anliegt, und der zweite Einsatz 71 weist anstelle einer konischen behälter-zugewandten Mantelfläche eine ringscheibenförmige behälter-zugewandte Fläche 77 auf, die an dem Formteil 65 anliegt.

Der zweite Einsatz 71 weist auch in diesem Ausführungsbeispiel eine zentrale axiale Bohrung 49 auf, in die ein zylindrischer durch das Formteil 65 hindurch geführter Fortsatz 79 des Wellenleiters 69 hinein ragt.

Über diese Bohrung 49 und den Fortsatz 79 erfolgt der elektrische Anschlu .

Zwischen dem Fortsatz 79 und dem zweiten Einsatz 71 besteht in einem an das Formteil 65 angrenzenden Bereich eine ringzylindrische Ausnehmung 81, die die gleichen Funktionen erfüllt, wie die zuvor beschriebenen Ausnehmungen.

Vorzugsweise besteht das Formteil 31,59,65 bei allen Ausführungsbeispielen aus einem Material mit einem möglichst geringen, idealerweise sogar negativen thermischen Ausdehnungkoeffizienten. Dielektrika und Metalle, wie sie für Gehäuse 13, Wellenleiter 9,69, ersten Einsatz 19,67 und zweiten Einsatz 47,71 verwendet werden, weisen einen positiven thermischen Ausdehnungs- koeffiezienten auf. Entsprechend können durch Verwendung eines Formteils 31,59,65 aus einem Material mit einem möglichst geringen, idealerweise sogar negativen thermischen Ausdehnungkoeffizienten die Ausnehmungen 41, 61,63,81 kleiner ausgebildet werden, da das Formteil 31, 59,65 bei steigenden Temperaturen, also dann, wenn die Ausnehmungen 41,61,63,81 als Überlauf dienen, selbst einen geringen Volumenzuwachs, idealerweise sogar ein geringeres Volumen, aufweist.

Als Materialien für die Formteile 31,59,65 eignen sich grundsätzlich aber auch Elastomere, z. B. Silikongummi, Naturkautschuck oder elastische Schäume, z. B.

Polyurethanschäume. Die Verwendung eines Schaums bietet grundsätzlich den Vorteil, da Schaum Poren aufweist, die ebenfalls Ausnehmungen darstellen.