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.