Die Erfindung betrifft ein Koppelelement für eine Vorrichtung zur Bestimmung und/oder Überwachung einer Prozessgröße, insbesondere der Temperatur, des Durchflusses oder 5 der Strömungsgeschwindigkeit, eines Mediums in einem Behältnis zur Befestigung an dem Behältnis sowie eine entsprechende Vorrichtung mit einem erfindungsgemäßen Koppelelement. Bei dem Behältnis handelt es sich beispielsweise um einen Behälter oder um eine Rohrleitung.

10 Obgleich das erfindungsgemäße Koppelelement auch für andere Arten von Feldgeräten Verwendung findet, fokussiert sich die nachfolgende Beschreibung ohne Beschränkung der Allgemeinheit auf Feldgeräte in Form von Thermometern. Thermometer sind in unterschiedlichsten Ausgestaltungen aus dem Stand der Technik bekannt geworden. So gibt es Thermometer, welche zur Messung der Temperatur die Ausdehnung einer 15 Flüssigkeit, eines Gases oder eines Festkörpers mit bekanntem

Ausdehnungskoeffizienten heranziehen, oder auch solche, welche die elektrische Leitfähigkeit eines Materials oder eine davon abgeleitete Größe mit der Temperatur in Zusammenhang bringen, wie beispielsweise den elektrischen Widerstand bei Verwendung von Wderstandselementen oder den thermoelektrischen Effekt im Falle von 20 Thermoelementen. Dagegen wird bei Strahlungsthermometern, insb. Pyrometern, zur Bestimmung der Temperatur einer Substanz deren Wärmestrahlung ausgenutzt. Die jeweils zugrundeliegenden Messprinzipien sind jeweils in einer Vielzahl von Veröffentlichungen beschrieben worden.

25 Bei einem Temperatursensor in Form eines Wderstandselements sind unter anderem sogenannte Dünnschicht- und Dickschicht-Sensoren sowie sogenannte Heißleiter (auch als NTC-Thermistoren bezeichnet) bekannt geworden. Bei einem Dünnschicht-Sensor, insbesondere einem Resistance Temperature Detector (RTD), kommt beispielsweise ein mit Anschlussdrähten versehenes und auf ein Trägersubstrat aufgebrachtes 30 Sensorelement zum Einsatz, wobei die Rückseite des Trägersubstrats in der Regel metallisch beschichtet ist. Als Sensorelemente werden sogenannte Widerstandselemente, welche beispielsweise durch Platinelemente gegeben sind, verwendet, die unter anderem unter den Bezeichnungen PT10, PT100, und PT1000 auch kommerziell erhältlich sind.

35

Bei Temperatursensoren in Form von Thermoelementen wiederum wird die Temperatur durch eine Thermospannung bestimmt, die zwischen den einseitig angeschlossenen Thermodrähten aus unterschiedlichen Materialien entsteht. Zur Temperaturmessung werden üblicherweise Thermoelemente nach DIN-Norm IEC584, z.B. Thermoelemente vom Typ K, J, N, S, R, B, T oder E, als Temperaturfühler eingesetzt. Aber auch andere Materialpaare, insbesondere solche mit einem messbaren Seebeck-Effekt, sind möglich.

Die Genauigkeit der Temperaturmessung hängt empfindlich von den jeweiligen thermischen Kontakten und der jeweils vorherrschenden Wärmeleitung ab. Die

Wärmeströme zwischen dem Medium, dem Behältnis, in welchem sich das Medium befindet, dem Thermometer und der Prozessumgebung spielen hier eine entscheidende Rolle. Für eine zuverlässige Temperaturbestimmung ist es wichtig, dass der jeweilige Temperatursensor und das Medium sich zumindest für eine bestimmte Zeit, welche zur Erfassung der Temperatur erforderlich ist, im Wesentlichen im thermischen Gleichgewicht befinden. Die Zeit für eine Reaktion eines Thermometers auf eine Temperaturänderung wird auch als Ansprechzeit des Thermometers bezeichnet.

Eine hohe Messgenauigkeit lässt sich insbesondere dann erzielen, wenn der Temperatursensor in das jeweilige Medium eintaucht. So sind zahlreiche Thermometer bekannt geworden, bei denen der Temperatursensor mehr oder weniger direkt mit dem jeweiligen Medium in Kontakt gebracht wird. Auf diese Weise lässt sich eine vergleichsweise gute Kopplung zwischen dem Medium und dem Temperatursensor erzielen.

Für verschiedene Prozesse und für viele Behältnisse, insbesondere kleine Behälter oder Rohrleitungen, ist jedoch eine nicht-invasive Bestimmung der Temperatur vorteilhafter. So sind ebenfalls Thermometer bekannt geworden, die von außen/innen an dem jeweiligen Behältnis, in dem sich das Medium befindet, befestigt werden können. Solche Geräte, auch Oberflächenthermometer oder Anlegefühler genannt, sind beispielsweise aus

Dokumenten wie der DE102014118206A1 oder DE102015113237A1 bekannt geworden. Bei derartigen Messgeräten sind die Temperatursensoren nicht in direktem Kontakt mit dem jeweiligen Prozess. Dies erfordert, dass zur Sicherstellung einer guten thermischen Kopplung verschiedene zusätzliche Aspekte berücksichtigt werden müssen. So ist beispielsweise der mechanische und damit auch der thermische Kontakt zwischen Behälter und Thermometer entscheidend für die erreichbare Messgenauigkeit. Bei unzureichendem Kontakt ist eine genaue Temperaturbestimmung nicht möglich.

Als Oberflächen- oder Hautpunktthermometer werden häufig Messeinsätze mit Temperatursensoren in Form von Thermoelementen verwendet, die direkt an die

Außenfläche oder Haut des Rohres oder Behälters angeschweißt werden. In solchen Fällen kann der Austausch der Thermoelemente jedoch zu einem zeitaufwändigen und kostspieligen Prozess werden, insbesondere weil ein Austausch eine vorübergehende Abschaltung des Prozesses und/oder der Anwendung erfordern kann. Um diese Nachteile zu überwinden, sind beispielsweise aus der US5382093 oder der bisher unveröffentlichten europäischen Patentanmeldung mit dem Aktenzeichen 18198608.4 jeweils Ausgestaltungen entsprechender Thermometer bekannt geworden, die einen einfachen Austausch der Temperatursensoren ermöglichen. Darüber hinaus sind zahlreiche, unterschiedliche Ausgestaltungen von Thermometern zur nicht invasiven Temperaturmessung bekannt geworden, wie beispielsweise in den Dokumenten US2016/0047697A1 , DE102005040699B3, EP3230704B1 oder EP2038625B1 beschrieben. Eine zentrale Problematik bei der nicht-invasiven Temperaturbestimmung stellt die Wärmeableitung vom Prozess an die Umgebung dar. Diese sorgt für einen deutlich höheren Messfehler als im Falle einer direkten Einbringung des jeweiligen Temperatursensors in den Prozess. Dieselbe Problematik ergibt sich beispielsweise auch für den Fall eines auf dem thermischen Messprinzips beruhenden Durchflussmessgeräts zur Bestimmung eines Durchflusses oder einer Strömungsgeschwindigkeit eines Mediums in einer Rohrleitung. Derartige Feldgeräte umfassen typischerweise zumindest zwei Sensorelemente mit zumindest einem Temperatursensor und zumindest einem Heizelement oder beheizbaren Temperatursensor. Die Sensorelemente können sowohl in die jeweilige Rohrleitung eingebracht werden als auch in oder an ein Messrohr integriert werden (nicht-invasiver Aufbau).

Ausgehend von der beschriebenen Problematik der Wärmeableitung bei der nicht- invasiven Temperaturbestimmung liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine

Möglichkeit bereitzustellen, mit welcher die nicht-invasive Ermittlung der Temperatur eines Mediums, insbesondere die Messgenauigkeit, verbessert werden kann.

Diese Aufgabe wird gelöst durch das Koppelelement gemäß Anspruch 1 sowie durch die Vorrichtung nach Anspruch 12. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.

Hinsichtlich des Koppelelements wird die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe gelöst durch ein Koppelelement für eine Vorrichtung zur Bestimmung und/oder Überwachung einer Prozessgröße, insbesondere der Temperatur, des Durchflusses oder der Strömungsgeschwindigkeit, eines Mediums in einem Behältnis zur Befestigung an dem Behältnis, welches Koppelelement einen Grundkörper mit einer Kontaktfläche umfasst, welche derart ausgestaltet ist, dass der Grundkörper vermittels der Kontaktfläche flächig an das Behältnis anlegbar ist, wobei der Grundkörper eine Bohrung zur Aufnahme eines Sensorelements der Vorrichtung zur Bestimmung und/oder Überwachung der Prozessgröße aufweist, und wobei eine Längsachse der Bohrung tangential zu der Kontaktfläche verläuft.

Das Koppelement dient der gezielten Verteilung von Wärme aus dem Prozess zu dem Sensorelement und damit zur Verbesserung des thermischen Kontakts bzw. zur Gewährleistung eines thermischen Gleichgewichts zwischen der Wandung des Behältnisses und dem Sensorelement.

Die Bohrung ist zur Aufnahme des Sensorelements, insbesondere eines Temperatursensors, welcher vorzugsweise in einem Messeinsatz angeordnet ist, ausgestaltet. Durch das Koppelelement wird demnach das in die Bohrung einbringbare Sensorelement relativ zum Behältnis angeordnet bzw. ausgerichtet. Unter einem tangentialen Verlauf der Bohrung relativ zur Kontaktfläche seien im Folgenden unterschiedliche mögliche Anordnungen verstanden, denen gemeinsam ist, dass eine Längsachse durch die Bohrung in einer Ebene parallel zu einer Tangente an die, typischerweise gekrümmte, Wandung des Behältnisses verläuft. Dabei kann je nach Ausgestaltung beispielsweise ein Abstand zwischen einem, insbesondere gedachten Berührungspunkt der Tangente und der Längsachse der Bohrung oder auch ein Winkel zwischen der Tangente und der Längsachse der Bohrung unterschiedlich sein. Darüber hinaus sind zahlreiche weitere Varianten für die Ausgestaltung des Koppelelements, insbesondere des in die Bohrung einbringbaren Sensorelements relativ zur Wandung des Behältnisses denkbar, welche ebenfalls unter die vorliegende Erfindung fallen.

Die Prozessgröße, insbesondere die Temperatur, der Durchfluss oder die Strömungsgeschwindigkeit, des Mediums wird demnach über eine Wandung des Behältnisses indirekt bestimmt. Durch das Koppelelement, insbesondere durch Anordnung der Bohrung relativ zur Kontaktfläche bzw. relativ zur Wandung des Behältnisses wird eine Kontaktfläche zwischen dem Sensorelement und einem dem Sensorelement zugewandten Abschnitt der Wandung des Behältnisses deutlich vergrößert. Auf diese Weise wird die Wärmeleitung von dem Medium über die Wandung des Behältnisses hin zu dem Sensorelement und ggf. vorhandenen das Sensorelement kontaktierenden Anschlussleitungen deutlich erhöht. Zudem wird ein Temperaturgradient reduziert. Diese Effekte wiederum führen sämtlich zu einer verbesserten Messgenauigkeit.

Die Vermeidung von sogenannten Wärmeableitfehlern sind insbesondere ein grundsätzliches Problem im Bereich der industriellen Temperaturbestimmung, unabhängig davon, ob jeweils ein Thermometer oder ein Durchflussmessgerät verwendet wird. Im Falle von invasiven Thermometern ist in diesem Zusammenhang vielfach von der sogenannten minimalen Eintauchtiefe in den jeweiligen Prozess die Rede, welche üblicherweise mindestens das Zehnfache des Thermometerdurchmessers betragen sollte. Bei einem beispielsweise durch die Verwendung eines Schutzrohrs verschlechterten thermischen Kontakt sollte die minimale Eintauchtiefe sogar mehr als das Zehnfache des Thermometerdurchmessers betragen. Im Falle von Blockkalibratoren beträgt die minimale Eintauchtiefe üblicherweise das fünfzehnfache des Durchmessers des zur Kalibration verwendeten Referenzthermometers. Im Falle einer nicht-invasiven Temperaturbestimmung müssen dagegen, wie im Falle der vorliegenden Erfindung, andere Maßnahmen zur Gewährleistung einer homogenen Temperierung des jeweiligen Sensorelements ergriffen werden. Dies ist allerdings aufgrund des sehr inhomogenen Wärmeeintrags bei einer derartigen Messung deutlich komplexer als im Falle einer invasiven Temperaturbestimmung. Die Verwendung eines erfindungsgemäßen Koppelelements stellt in diesem Zusammenhang eine besonders effektive Maßnahme dar. Im Rahmen der vorliegenden Erfindung ist es einerseits denkbar, das Sensorelement unmittelbar in die Bohrung einzubringen. Es ist aber ebenfalls denkbar, dass das Sensorelement Teil eines, insbesondere länglichen, Messeinsatzes ist, welcher Messeinsatz in die Bohrung einbringbar ist. Das Koppelelement kann dabei über eine Bohrung oder mehrere Bohrungen verfügen, in welche ein oder mehrere Sensorelemente eingebracht werden können. Es ist ebenfalls denkbar, mehrere Sensorelemente in dieselbe Bohrung einzubringen. Darüber hinaus kann in eine Bohrung auch, gemeinsam oder getrennt von einem Sensorelement, eine Einheit zum Heizen und/oder Kühlen eines das Sensorelement umgebenden Bereichs eingebracht werden. Die Vorrichtung kann optional weiterhin über eine Elektronik verfügen. Alternativ kann die Elektronik auch eine separate, mit der Vorrichtung verbindbare, Komponente sein. Das Koppelelement kann ferner mittels allen dem Fachmann üblichen und geeigneten Befestigungsmitteln, wie z.B. Klemmen oder Rohrschellen, an dem Behältnis befestigt werden.

Im Gegensatz zu verschiedenen aus dem Stand der Technik bekannten Lösungen, bei welchen der Messeinsatz beispielsweise senkrecht zu einer Längsachse des Behältnisses auf das Behältnis aufgesetzt und entsprechend über die Stirnfläche in thermischen Kontakt kommt, wird der Messeinsatz im Falle der vorliegenden Erfindung mittels des Koppelelements tangential an einer Wandung des Behältnisses vorbeigeführt. Entsprechend erfolgt die thermische Kontaktierung zwischen dem Sensorelement und der Wandung des Behältnisses über eine Mantelfläche des Messeinsatzes. Eine derartige Anordnung bietet verschiedene Vorteile: Zum einen kann ein vergleichsweise kompakter bzw. platzsparender Aufbau erreicht werden. Zudem bewirkt das erfindungsgemäße Koppelelement eine deutlich verbesserte Wärmeleitung zwischen dem Medium und dem Sensorelement, und damit einhergehend eine deutlich verbesserte Messgenauigkeit hinsichtlich der Bestimmung der Prozessgröße, insbesondere der Temperatur des Mediums oder eine mit der Temperatur in Beziehung stehenden Größe, wie beispielsweise der Strömungsgeschwindigkeit oder dem Durchfluss. Dies wird dadurch erreicht, dass ein Abstand zwischen der Wandung des Behältnisses und dem

Sensorelement bei der erfindungsgemäßen Lösung vermittels des Koppelelements im Bereich einer Mantelfläche des Sensorelements minimal ist. Durch geeignete Ausgestaltung des Koppelelements bzw. der Anordnung der Bohrung im Grundkörper relativ zur Kontaktfläche kann der Abstand besonders einfach minimiert werden, was eine verbesserte Wärmeleitung zur Folge hat. Vorteilhaft ist es möglich, einen Abstand zu erreichen, der deutlich kleiner ist als ein entsprechender Abstand bei anderen Anordnungen des Sensorelements relativ zum Behältnis. Zudem kann durch das erfindungsgemäße Koppelelement eine flächige Kontaktierung zur Wandung des Behältnisses erreicht werden, was die Wärmeleitung vom Medium zu dem Sensorelement ebenfalls vergrößert und damit einhergehend, die Messgenauigkeit verbessert.

Eine Ausgestaltung beinhaltet, dass die Vorrichtung zumindest ein Referenzelement zur in situ Kalibrierung und/oder Validierung zumindest des Temperatursensors umfasst, welches an der äußeren Wandung des Behältnisses befestigt ist, und welches Referenzelement zumindest teilweise aus zumindest einem Material besteht, für welches Material im zur Kalibrierung des ersten Temperatursensors relevanten Temperaturbereich zumindest ein Phasenübergang bei zumindest einer vorgegebenen Phasenübergangstemperatur auftritt, für welchen Phasenübergang das Material in der festen Phase verbleibt. In dieser Hinsicht sei auf die EP02612122B1 verwiesen, auf welche im Rahmen der vorliegenden Patentanmeldung vollumfänglich Bezug genommen wird.

Eine weitere Ausgestaltung beinhaltet, dass die Kontaktfläche zu einer Oberfläche korrespondierend ausgestaltet ist. Auf diese Art und Weise kann eine passgenaue Anordnung des Koppelelements relativ zur Wandung des Behältnisses erreicht werden. Typische Behältnisse, d.h. Behälter oder Rohrleitungen, weisen gekrümmte Oberflächen auf. Im Falle einer konvexen Oberfläche einer Wandung des Behältnisses ist demnach beispielsweise eine konkave Kontaktfläche des Koppelelements von Vorteil. Noch eine Ausgestaltung beinhaltet, dass die Kontaktfläche zumindest teilweise aus einem verformbaren, insbesondere flexiblen oder duktilen, Material besteht, welches derart ausgestaltet ist, dass es an eine Kontur der äußeren Wandung des Behältnisses anpassbar ist. Die Kontaktfläche ist entsprechend an die Oberfläche der Wandung des Behältnisses anpassbar. Dies hat den Vorteil, dass geringe Nennweitenunterschiede, Formabweichungen und/oder Unebenheiten der Oberfläche der jeweiligen Wandung des Behältnisses durch das Koppelelement ausgeglichen werden können.

Eine Ausgestaltung des Koppelelements beinhaltet, dass die Bohrung in einem Endbereich geschlossen ist, welcher Endbereich sich insbesondere innerhalb eines

Volumens des Grundkörpers befindet. Es handelt sich bei der Bohrung demnach um ein Sackloch, in welches das Sensorelement einbringbar ist.

In einerweiteren Ausgestaltung umfasst das Koppelelement einen Schaft, welcher aus dem Grundkörper herausreicht und in der Bohrung mündet. Der Schaft ist parallel zur Bohrung und mit der Bohrung in einer Ebene angeordnet. Vorzugsweise handelt es sich um ein rohrförmiges, insbesondere zylindrisches Element zur Aufnahme des Messeinsatzes. Der Schaft kann an den Grundkörper angefügt oder einteilig mit dem Grundkörper hergestellt sein. Neben einer verbesserten mechanischen Stabilität und einer verbesserten thermischen Isolation gegenüber der Umgebung der Vorrichtung dient der Schaft der Verbesserung einer Wärmeleitung bzw. Wärmeführung vom Prozess zum Messeinsatz. Insbesondere kann durch die Verwendung eines Schafts erreicht werden, dass ein Bereich um den Messeinsatz herum, in welchem eine im Wesentlichen homogene Temperaturverteilung erreicht werden kann, vergrößerbar ist.

Es ist von Vorteil, wenn das Koppelelement derart ausgestaltet und/oder angeordnet ist, dass eine Längsachse des Behältnisses, insbesondere einer Rohrleitung, und eine Längsachse der Bohrung in einem vorgebbaren Winkel, insbesondere senkrecht zueinander, angeordnet sind. Eine gewinkelte Anordnung der Bohrung relativ zur Längsachse des Behältnisses erlaubt eine besonders einfache Handhabung bzw. auf einfache Art und Weise eine Montage bzw. ein Entfernen des Sensorelements in die bzw. aus der Bohrung.

In einer Ausgestaltung umfasst das Koppelelement einen Rohrleitungsabschnitt, welcher an der Kontaktfläche anliegend angeordnet ist, welcher Rohrleitungsabschnitt zum

Führen des Mediums dient. Der Rohrleitungsabschnitt und das Koppelelement können in diesem Falle einerseits nachträglich miteinander verbunden oder von vornherein einstückig gefertigt sein. Es handelt sich in diesem Fall im Prinzip um ein Koppelelement in Form eines T-Stücks für eine Rohrleitung.

Eine weitere Ausgestaltung beinhaltet, dass im Bereich der Kontaktfläche eine Einheit umfassend zumindest teilweise ein Material mit anisotroper Wärmeleitfähigkeit, vorzugsweise ein zumindest teilweise Kohlenstoff enthaltendes Material, insbesondere Graphit oder hexagonales Bornitrid, angeordnet ist, oder wobei der Grundkörper in einem der Kontaktfläche zugewandten Bereich bzw. im Bereich der Kontaktfläche aus dem Material mit anisotroper Wärmeleitfähigkeit besteht. In diesem Zusammenhang sei auf die deutsche Patentanmeldung mit dem Aktenzeichen DE102017100267A1 verwiesen, auf welche im Rahmen der vorliegenden Erfindung vollumfänglich Bezug genommen wird.

In einer Ausgestaltung des Koppelelements ist in einem der Kontaktfläche und der Bohrung abgewandten Bereich des Grundkörpers eine thermische Isolation aus einem thermisch isolierenden Material angeordnet, welche den Grundkörper zumindest teilweise umgibt, oder der Grundkörper besteht in diesem Bereich aus dem thermisch isolierenden Material. Diese Ausgestaltung beinhaltet demnach eine thermische Isolierung zu einer Umgebung des Koppelelements und des Behältnisses hin.

Eine weitere Ausgestaltung des Koppelelements beinhaltet, dass der Grundkörper in einem der Kontaktfläche und der Bohrung zugewandten Bereich aus einem thermisch leitfähigen Material besteht. Diese Maßnahme dient der weiteren Verbesserung der Wärmeleitung von dem Medium bzw. von der Wandung des Behältnisses zu dem Sensorelement.

In einer Ausgestaltung des Koppelelements ist der Grundkörper aus zumindest zwei Komponenten, insbesondere in Form einer geschichteten Struktur, aufgebaut. Es handelt sich somit um einen mehrkomponentigen bzw. mehrschichtigen Aufbau.

Eine weitere Ausgestaltung beinhaltet, dass der Grundkörper zumindest teilweise aus einem gesinterten Werkstoff oder einem Verbundwerkstoff hergestellt ist. Im Falle eines gesinterten Werkstoffes ist es ferner von Vorteil, wenn der gesinterte Werkstoff oder Verbundwerkstoff zumindest in einem Teilbereich ein Material mit anisotroper Wärmeleitfähigkeit, insbesondere ein Kohlenstoff enthaltendes Material, beispielsweise Graphit, enthält. Es ist ebenfalls denkbar, dass die Einheit, welche das Material mit der anisotropen

Wärmeleitfähigkeit umfasst, an den Grundkörper angefügt, insbesondere angesintert, ist. Insbesondere kann es sich bei dem Grundkörper auch um einen gesinterten Körper aus zwei oder mehreren Schichten handeln. Es ist ebenfalls denkbar, den Grundkörper aus einem gesinterten Werkstoff herzustellen, in welchem zumindest teilweise, insbesondere vollständig, ein zusätzliches, zweites Material eingebracht ist. Insbesondere kann dieses zusätzliche Material zumindest teilweise in die Poren des gesinterten Werkstoffes eingebracht sein. Bei diesem Material kann es sich beispielsweise um Graphit handeln, wobei das Graphit neben oder alternativ zu der oben genannten Funktion der gezielten Wärmeleitung beispielsweise als Festschmierstoff verwendet werden kann, durch weichen Festschmierstoff ein Kontaktwiderstand zwischen dem Grundkörper und dem Behältnis oder dem Grundkörper und dem Messeinsatz verringert werden kann. Es sei darauf verwiesen, dass neben Graphit auch andere Materialien, insbesondere auch als Festschmierstoff, in Betracht kommen, und ebenfalls unter die vorliegende Erfindung fallen.

Es ist von Vorteil, wenn das Koppelement einstückig ausgestaltet ist und insbesondere mittels eines generativen Fertigungsverfahrens, vorzugsweise mittels eines 3D- Druckverfahrens, hergestellt ist. Alternativ ist es denkbar, dass das Koppelement zumindest zwei, insbesondere voneinander separat gefertigte, Koppel-Komponenten aufweist.

In einerweiteren Ausgestaltung umfasst das Koppelelement schließlich Befestigungsmittel zur Befestigung des Grundkörpers an dem Behältnis. Die Befestigungsmittel sind vorzugsweise zumindest teilweise integraler Bestandteil des Koppelelements. Beispielsweise können die Befestigungsmittel Mittel zur Herstellung einer Klemmverschraubung, einer Schraubverbindung, einer Federverbindung oder ähnliches sein. Zusammenfassend sind für das erfindungsgemäße Koppelelement zahlreiche unterschiedliche Ausgestaltungen denkbar, welche einen tangentialen Verlauf der zumindest einen Bohrung relativ zur Kontaktfläche bzw. relativ zur Wandung des Behältnisses, an welcher die Kontaktfläche im an dem Behältnis befestigten Zustand anliegt, aufweisen. Einige besonders bevorzugte Varianten sind zuvor explizit beschrieben worden. Mögliche Ausgestaltungen des Koppelelements sind aber keineswegs auf die zuvor explizit benannten Varianten beschränkt. So ist beispielsweise eine schalenartige Ausgestaltung des Grundkörpers oder auch ein zumindest teilweise hohler Grundkörper denkbar. Auch hinsichtlich der Größe des Koppelelements relativ zum Durchmesser des Behältnisses beinhaltet die vorliegende Erfindung Gestaltungsraum. Das Koppelelement kann sowohl ein vergleichsweise großvolumiges Bauteil sein als auch eine kompakte, insbesondere schaftförmige oder schalenförmige Form aufweisen. Auch kann das Koppelelement, insbesondere der Grundkörper sowohl ein- als auch mehrteilig ausgestaltet sein. Es ist ein Vorteil des erfindungsgemäßen Koppelelements, dass zur Realisierung einer nicht invasiven Anordnung eines Feldgeräts keine Änderungen an das Feldgerät selbst notwendig sind. Im Falle eines Feldgeräts in Form eines Thermometers beispielsweise kann ein typischer Thermometermesseinsatz verwendet und in die Bohrung des Koppelelements eingebracht werden. Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe wird ferner gelöst durch eine Vorrichtung zur Bestimmung und/oder Überwachung einer Prozessgröße, insbesondere der Temperatur, des Durchflusses oder der Strömungsgeschwindigkeit, eines Mediums in einem Behältnis umfassend ein Sensorelement und ein Koppelelement nach zumindest einem der vorherigen Ansprüche.

Bei dem Sensorelement handelt es sich vorzugsweise um einen Temperatursensor, insbesondere in Form eines Widerstandselements oder eines Thermoelements. Das Sensorelement verfügt typischerweise ferner über Anschlussleitungen, welche ebenfalls zumindest teilweise in die Bohrung des Koppelelements einbringbar sind. Das

Sensorelement und die zumindest eine Anschlussleitung sind beispielsweise Teil eines Messeinsatzes, insbesondere Mantelelements, welcher in die Bohrung des Grundkörpers des Koppelelements eingebracht wird. Neben Vorrichtungen in Form von Thermometern kommen für die vorliegende Erfindung jedoch ebenfalls Durchflussmessgeräte in Betracht. In diesem Fall umfasst die Vorrichtung vorzugsweise zudem ein Heizelement, welches an der äußeren Wandung des Behältnisses befestigbar, insbesondere vermittels des Koppelelements befestigbar, ist. Mittels der Heizeinheit kann das Sensorelement und ein das Sensorelement umgebender Bereich auf eine vorgebbare Temperatur geheizt werden. Unter den Begriff Durchfluss fallen im Rahmen der vorliegenden Erfindung sowohl ein Volumendurchfluss als auch ein Massendurchfluss des Mediums. Ebenso kann eine Durchflussgeschwindigkeit oder Durchflussrate des Mediums ermittelt werden. Beispielsweise kann der Durchfluss auf zwei unterschiedliche Arten bestimmt werden. Gemäß einem ersten Messprinzip wird ein Sensorelement derart beheizt, dass seine Temperatur im Wesentlichen konstant bleibt. Bei bekannten, und zumindest zeitweise konstanten Mediumseigenschaften, wie der Mediumstemperatur, dessen Dichte oder auch Zusammensetzung, kann anhand der zum Halten der Temperatur auf den konstanten Wert notwendigen Heizleistung der Massedurchfluss des Mediums durch die Rohrleitung ermittelt werden. Unter der Mediumstemperatur sei dabei jene Temperatur verstanden, welche das Medium ohne einen zusätzlichen Wärmeeintrag eines Heizelements aufweist. Bei dem zweiten Messprinzip wird dagegen das Heizelement mit konstanter Heizleistung betrieben und die Temperatur des Mediums stromabwärts des Heizelements gemessen. In diesem Falle gibt die gemessene Temperatur des Mediums Aufschluss über den Massedurchfluss. Darüber hinaus sind aber auch noch andere Messprinzipien bekannt geworden, beispielsweise sogenannte transiente Verfahren, bei welchen die Heizleistung oder die Temperatur moduliert werden. WO 2022/218649 PCT/EP2022/057322

Das Heizelement kann beispielsweise in Form einer Widerstandsheizung ausgeführt sein, welche über die Umsetzung von ihnen zugeführter elektrischer Leistung, z. B. in Folge einer erhöhten Stromzufuhr, erwärmt werden. Anhand der nachfolgenden Figuren wird die Erfindung näher erläutert. Es zeigt:

Fig. 1 : ein Thermometer zur nicht invasiven Temperaturmessung nach Stand der Technik;

Fig. 2: mögliche Ausgestaltungen für ein erfindungsgemäßes Koppelelement, welches schematisch im an einer Rohrleitung befestigten Zustand dargestellt ist;

Fig. 3: mögliche Ausgestaltungen für ein erfindungsgemäßes mehrteiliges Koppelelement und mögliche Befestigungsmittel zur Befestigung des Koppelelements an einem Behältnis in Form einer Rohrleitung;

Fig. 4: eine mögliche Ausgestaltung für ein erfindungsgemäßes Koppelelement mit einer thermischen Isolation;

Fig. 5: eine erste mögliche Ausgestaltung für ein einstückig hergestelltes Koppelelement; und

Fig. 6: eine zweite mögliche Ausgestaltung für ein einstückig hergestelltes Koppelelement. In den Figuren sind gleiche Elemente jeweils mit demselben Bezugszeichen versehen.

Die Ausgestaltungen aus den verschiedenen Figuren sind ferner beliebig miteinander kombinierbar. Zudem betreffen zwar alle Figuren Behältnisse in Form von Rohrleitungen und Feldgeräte in Form von Thermometern. Jedoch ist die vorliegende Erfindung keineswegs auf Rohrleitungen oder Thermometer beschränkt. Vielmehr lassen sich die jeweiligen Überlegungen ohne Weiteres auf andere Arten von Behältnissen und Feldgeräten übertragen.

In Fig.1 ist eine schematische Abbildung eines Thermometers 1 gemäß Stand der Technik mit einem Messeinsatz 3 und einer Elektronik 4 gezeigt. Das Thermometer 1 dient der Erfassung der Temperatur T eines Mediums M, welches sich in einem Behältnis 2, hier in Form einer Rohrleitung, befindet. Zu diesem Zweck ragt das Thermometer 1 nicht in die Rohrleitung 2 hinein, sondern ist vielmehr zur nicht invasiven Temperaturbestimmung von außen auf eine Wandung W der Rohrleitung 2 aufgesetzt. Der Messeinsatz 3 umfasst ein Sensorelement in Form eines Temperatursensors 5, welcher im vorliegenden Fall ein temperatursensitives Element in Form eines Widerstandselements umfasst. Der Temperatursensor 5 ist über die Anschlussleitungen 6a, 6b elektrisch kontaktiert und mit der Elektronik 4 verbunden. Während das gezeigte Thermometer 1 in kompakter Bauweise mit integrierter Elektronik 4 ausgeführt ist, kann bei anderen Thermometern 1 die Elektronik 4 auch separat von dem Messeinsatz 3 angeordnet sein. Auch muss es sich bei dem Temperatursensor 5 nicht notwendigerweise um ein Widerstandselement handeln und die Anzahl der verwendeten Anschlussleitungen 6 muss nicht notwendigerweise zwei betragen. Vielmehr kann die Anzahl der Anschlussleitungen 6 je nach angewendetem Messprinzip und verwendetem Temperatursensor 5 passend gewählt werden.

Wie bereits dargelegt, hängt die Messgenauigkeit eines solchen Thermometers 1 in hohem Maße von den jeweiligen für das Thermometer verwendeten Materialien und von den jeweiligen, insbesondere thermischen, Kontaktierungen, insbesondere im Bereich des Temperatursensors 5, ab. Der Temperatursensor 5 steht mittelbar, d.h. über den Messeinsatz 3 und über die Wandung W des Behältnisses 2, mit dem Medium M in thermischem Kontakt. Eine große Rolle spielt in diesem Zusammenhang auch eine Wärmeableitung vom Medium M an die Umgebung, welche für einen unerwünschten Temperaturgradienten im Bereich des Temperatursensors 5 führen kann.

Um diesen Problematiken geeignet zu begegnen, wird im Rahmen der vorliegenden Erfindung eine alternative Ausgestaltung für eine nicht invasive Bestimmung einer Prozessgröße, beispielsweise mittels des Thermometer 1 vorgeschlagen, wie in den Figuren Figs. 2-6 anhand einiger bevorzugter, beispielhafter Ausgestaltungen dargestellt ist.

Der Erfindung liegt die Verwendung eines Koppelelements 7 zugrunde, wie beispielsweise in Fig. 2 dargestellt. Wie in Fig. 2c illustriert, weist das Koppelelement 7 einen Grundkörper 8 mit einer Kontaktfläche 9 auf, mittels welcher der Grundkörper 8 flächig und insbesondere passgenau an das Behältnis 2, insbesondere die Wandung W des Behältnisses 2 anlegbar ist. Die Kontaktfläche 9 ist vorzugsweise korrespondierend zu einer Oberfläche O der Wandung Wdes Behältnisses 2 ausgestaltet. Der Grundkörper 8 weist ferner eine Bohrung 10 auf, in welche das Sensorelement 5 der Vorrichtung 1 einbringbar ist, beispielsweise der Messeinsatz 3 mit dem Sensorelement 5 und den

Anschlussleitungen 6a und 6b aus Fig. 1 . Erfindungsgemäß ist eine Längsachse LK der Bohrung 10 tangential zur Kontaktfläche 9 des Koppelelements 7, d.h. in einer Ebene parallel zu einer Tangente T an die Kontaktfläche 9 bzw. Wandung W des Behältnisses 2. In Fig. 2a ist eine erste Ausgestaltung eines erfindungsgemäßen Koppelelements 7, bei welchem ein Winkel a zwischen der Längsachse LK der Bohrung 10 und einer Längsachse LB der Rohrleitung 2 bei dem links dargestellten Koppelelement 7 a=90° beträgt, also senkrecht zur Längsachse LB der Rohrleitung 2 ist. Dagegen ist bei dem rechts dargestellten Koppelelement 7 a=45°. Es ist auch denkbar, dass das

Koppelelement 2 Bohrungen 10a und 10b aufweist, welche jeweils zur Aufnahme eines Messeinsatzes 3a und 3b dienen, wie in Fig. 2b illustriert. Im Falle mehrerer Bohrungen 10a und 10b können die jeweiligen Wnkel a jeweils gleich sein, wie im Falle der Fig. 2b, oder auch zumindest teilweise unterschiedlich.

Auch für die Ausgestaltung des Grundkörpers 8 sind zahlreiche verschiedene Varianten denkbar, wie beispielsweise in den Figuren Fig. 2d-Fig. 2f skizziert. Bei der Ausgestaltung gemäß Fig. 2d ist der Grundkörper 8 schalenförmig ausgestaltet, um eine kompakte Bauweise zu ermöglichen. Bei der Ausgestaltung gemäß Fig. 2e handelt es sich um einen großvolumigen Grundkörper 8, der insbesondere Vorteile hinsichtlich einer thermischen

Isolation gegenüber einer Umgebung des Koppelelements 7 und Messeinsatzes 3 bringen kann. Zudem ist eine derartige Ausgestaltung typischerweise mechanisch robuster. Bei der Ausgestaltung gemäß Fig. 2f umfasst der ähnlich wie für den Fall der Fig. 2e ausgestaltete Grundkörper 8 zusätzlich einen Schaft 8a zur Aufnahme des Messeinsatzes 3. Der Schaft 8a hat verschiedene Funktionen, insbesondere dient er einer verbesserten Wärmeführung von der Wandung Wdes Behältnisses 2 zum Messeinsatz 3 und zu einer Vergrößerung eines Bereichs mit homogener Temperaturverteilung um den Messeinsatz 3 herum. Zudem kann der Schaft 8a zur Verbesserung der thermischen Isolation und/oder der mechanischen Stabilität der Vorrichtung 1 , bzw. des Messeinsatzes 3 in der Bohrung 10 des Grundkörpers 8 dienen.

In Fig. 3 sind verschiedene mögliche Ausgestaltungen für mehrteilige Koppelelemente 7 sowie für mögliche Befestigungsmittel 13 dargestellt. Im Falle der Fig. 3a ist der Grundkörper 8 zweiteilig und mit Schaft 8a ausgestaltet und weist zwei Koppel- Komponenten in Form von Halbschalen 11 a und 11 b auf, welche um die Rohrleitung 2 herum anordenbar sind. Die Bohrung 10 verläuft im Bereich beider Halbschalen 11 a und 11b und ist in einem Endbereich 12 verschlossen. Es sei darauf verwiesen, dass der Grundkörper 8 in anderen Ausgestaltungen auch mehr als zwei Koppel-Komponenten aufweisen kann, und dass auch im Falle von zwei Koppel-Komponenten diese nicht zwingend in Form von Halbschalen 11 a und 11 b ausgestaltet sein müssen. Vielmehr sind zahlreiche unterschiedliche Varianten denkbar, welche allesamt unter die vorliegende Erfindung fallen.

Auch zur Befestigung der Koppel-Komponenten, hier der beiden Halbschalen 11a und 11b, miteinander sowie zur Befestigung des Grundkörpers 8 an dem Behältnis 2 sind verschiedene Varianten denkbar. Im Fall der in Fig. 3b gezeigten Ausgestaltung umfasst das Koppelelement 7 Befestigungsmittel 13 zur Herstellung einer Schraubverbindung mittels zweier Schrauben, welche gleichzeitig zur Befestigung der beiden Halbschalen 11 a und 11 b miteinander und an der Rohrleitung 2 dient. Dagegen sind im Falle der in Fig. 3c dargestellten Ausgestaltung Befestigungsmittel 13 vorgesehen, welche ein Scharnier und eine Schraube umfassen. Andere Ausgestaltungen können andere Befestigungsmittel 13 umfassen, beispielsweise solche mit Verbindungselementen, Klemmen, Spannvorrichtungen, Spannbändern oder Federn. Dabei können die Befestigungsmittel 13 einerseits sowohl zur Befestigung mehrere Komponenten des Grundköpers 8 miteinander und zur Befestigung des Koppelelements 7 an der Rohrleitung 2 dienen. Es können aber für diese beiden Zwecke auch getrennte Befestigungsmittel 13 verwendet werden. Im Falle eines einteiligen Koppelelements 7 ist nur eine Befestigung am Behältnis 2 erforderlich. In Fig. 4 ist ein Koppelelement 7 mit einer Einheit 14 umfassend ein Material mit anisotroper Wärmeleitfähigkeit sowie einer thermischen Isolation 15 dargestellt. Die Einheit 14 ist in einem dem Behältnis 2 zugewandten Bereich des Grundkörpers 8 angeordnet, während die thermische Isolation 15 in einem dem Behältnis 2 abgewandten Bereich des Grundkörpers angeordnet ist und einer Isolation gegenüber einer Umgebung des Koppelelements bzw. der Vorrichtung 1 dient.

Eine erste mögliche Ausgestaltung für ein einstückig hergestelltes Koppelelement 7 ist in Fig. 5 illustriert. Das Koppelelement 7 verfügt über einen Grundkörper 8 mit einem (optionalen) Schaft 8a und einer Bohrung 10 zur Aufnahme eines Messeinsatzes 3 mit einem Sensorelement 5. Die Kontaktfläche 9 liegt flächig an der Wandung W des Behältnisses 2 an. Dabei ist die Oberfläche der Kontaktfläche 9 möglichst groß, insbesondere maximal, während eine Ausdehnung des Grundkörpers 8 senkrecht zur Kontaktfläche 9 besonders klein, insbesondere minimal, ist. Dadurch ergibt sich zum einen eine besonders kompakte Bauform. Zudem sorgt eine derartige Ausgestaltung aber auch für einen reduzierten, insbesondere minimierten, Wärmeverlust an die Umgebung.

Dieser Effekt kann noch weiter gesteigert werden durch geeignete Maßnahmen bezüglich der Ausgestaltung bzw. des Aufbaus des Grundkörpers 8, beispielsweise hinsichtlich der internen Wärmeleitung, insbesondere kann der Grundkörper 8 derart ausgestaltet sein, dass eine erhöhte Wärmeleitung von der Kontaktfläche 9 zur Bohrung 10 bzw. zum Schaft 8a erfolgt.

Während es sich im Falle der Fig. 5a bei dem Grundkörper 8 um einen massiven Körper handelt, handelt es sich bei dem in Fig. 5b dargestellten Grundkörper 8 um einen Hohlkörper. Ein Grundkörper 8 in Form eines Hohlkörpers bietet den zusätzlichen Vorteil, dass der Messeinsatz 3 in direkten Kontakt mit der Wandung W des Behältnisses 2 kommt. Dadurch verringert sich der Abstand zwischen dem Sensorelement 5, welches in dem Messeinsatz 3 angeordnet ist und der Wandung Wdes Behältnisses 2, zu welcher der Messeinsatz 3 tangential angeordnet ist, woraus wiederum eine weitere Verbesserung der Wärmeleitung vom Medium M zu dem Sensorelement 5 resultiert.

In Fig. 6 ist schließlich eine schaftartige Ausgestaltung des Grundkörpers 8 des Koppelelements 7 dargestellt. Diese Ausgestaltung stellt eine besonders kompakte und einfache Bauform dar. Auch für diese Ausgestaltung ist es sowohl denkbar, einen massiven (Fig. 6a) Grundkörper 8 als auch einen Grundkörper in Form eines Hohlköpers (Fig. 6b) zu verwenden. Neben den beiden Varianten für einen einteiligen Grundkörper 8 aus Fig. 5 und 6 sind zahlreiche weitere mögliche Ausgestaltungen für einen Grundkörper 8 eines erfindungsgemäßen Koppelelements 7 denkbar, welche ebenfalls unter die vorliegende Erfindung fallen. Insbesondere können die in den Figuren Fig. 5 und Fig. 6 gezeigten Ausgestaltungen auch beliebig miteinander kombiniert werden. Zusammenfassend ist es ein Vorteil der vorliegenden Erfindung, dass ein Standard- Messeinsatz 3, beispielsweise eines Thermometers 1 , zur Realisierung eines nicht invasiven Thermometers 1 verwendet werden kann. Zu diesem Zweck weist das erfindungsgemäße Koppelelement 7 eine Bohrung 10 zur Aufnahme des Messeinsatzes 3 auf. Eine Anpassung an die Geometrie des Behältnisses 2 erfolgt vermittels der Kontaktfläche 9 des Koppelelements 7. Im Gegensatz zu anderen, aus dem Stand der Technik bekannten Lösungen, verläuft eine Längsachse L des Messeinsatzes 3 tangential zur Wandung des Behältnisses W, wodurch eine verbesserte Wärmeleitung erreicht werden kann.

Bezugszeichenliste

1 Vorrichtung

2 Behältnis 3 Messeinsatz

4 Elektronik

5 Temperatursensor

6 Anschlussdrähte

7 Koppelelement 8 Grundkörper

9 Kontaktfläche

10 Bohrung

11 a,b Koppel-Komponenten, in Form von Halbschalen

12 Endbereich 13 Befestigungsmittel

14 Einheit mit anistroper Wärmeleitfähigkeit

15 thermische Isolation

M Medium T Temperatur

W Wandung des Behältnisses

I_B Längsachse des Behälters

LK Längsachse des Koppelelements a Winkel zwischen den Längsachsen T Tangente