Die vorliegende Erfindung betrifft ein Radarfüllstandmessgerät mit einer Sicherheitseinrichtung gemäß dem Oberbegriff des Pa- tentanspruchs 1.

Radarfüllstandmessgeräte mit einer solchen Sicherheitseinrichtung sind aus dem Stand der Technik, beispielsweise aus der US 8,009,085 B2 bekannt und weisen einen Signalgenerator zur Er- zeugung elektromagnetischer Wellen und eine Antenne zum Abstrahlen der elektromagnetischen Wellen in einen Behälter sowie zum Empfangen reflektierter elektromagnetischer Wellen aus dem Behälter auf, wobei die Sicherheitseinrichtung geeignet ausgebildet ist, eine Funktionsfähigkeit des Radarfüllstand- messgerätes zu überprüfen. Die im Stand der Technik gezeigten Sicherheitseinrichtungen weisen dazu einen Reflektor und eine Versteileinrichtung auf, die geeignet ausgebildet ist, den Re ^¬ flektor wenigstens zwischen einer ersten Position, in der er die elektromagnetischen Wellen reflektiert, und einer zweiten Position, in der er die elektromagnetischen Wellen reduziert reflektiert, zu verstellen.

Die aus dem Stand der Technik bekannten Radarfüllstandmessge ^¬ räte kommen in der Regel in Behältern, die in der Regel als Tanks oder Silos, die zur Aufbewahrung von verschiedenen Materialien ausgebildet sind, zum Einsatz. In solchen Tanks oder Silos werden beispielsweise Lebensmittel, Getränke, Arzneimit ^¬ tel oder Treibstoffe aufbewahrt, sodass eine berührungslose Füllstandmessung notwendig ist. Als berührungslose Füllstand- messtechniken sind im Stand der Technik beispielsweise die er ^¬ wähnten Radarfüllstandmessgerät oder alternativ ultraschallba ^¬ sierte Füllstandmessgeräte bekannt. Aufgrund ihrer hohen Mess- genauigkeit sowie der geringen Störanfälligkeit sind Radar- füllstandmessgeräte weit verbreitet.

Die aus dem Stand der Technik bekannten Radarfüllstandmessge- räte werden in der Regel über einen Flansch im oberen Bereich eines Tanks oder Silos montiert, wobei eine Elektronik außer ^¬ halb und eine Antenne des Radarfüllstandmessgerätes innerhalb des Gehäuses angeordnet ist. Die Antenne ist geeignet ausge ^¬ richtet, elektromagnetische Wellen, das heißt insbesondere ein Radarsignal, in Richtung eines Füllgutes, das innerhalb des

Behälters aufbewahrt wird, zu senden und von dem Material re ^¬ flektierte elektromagnetische Wellen zu empfangen. Aufgrund einer Zeitdifferenz zwischen einem Aussenden des elektromagnetischen Signals und dem Empfangen des reflektierten elektro- magnetischen Signals kann dann ein Füllstand innerhalb des Be ^¬ hälters bestimmt werden. Mögliche Messsysteme sind das Pulsra ^¬ dar-System, bei dem Radarimpulse in Richtung Messgut gesendet, dort reflektiert und durch LaufZeitmessung eine Füllstandsermittlung erfolgt, und das frequenzmodulierte Dauerstrichver- fahren bei dem ein frequenzmoduliertes Hochfrequenzsignal mit steigender Frequenz ausgesendet und aus einer Frequenzdiffe ^¬ renz zwischen ausgesendetem und empfangenem Signal der Füllstand bestimmt wird. Zur Funktionsüberprüfung des Radarfüllstandmessgerätes , insbe ^¬ sondere zur Überprüfung der Funktionsfähigkeit bei einem Si ^¬ cherheitsrelevanten Maximalfüllstand, einem Füllstand, bei dem ein automatisches Schutzsystem eine weitere Befüllung verhindert und gegebenenfalls weiteren relevanten Füllständen ist es notwendig, eine Sicherheitseinrichtung vorzusehen, die eine Aussage über die Funktionsfähigkeit bei diesem Maximalfüll ^¬ stand erlaubt. Aus dem Stand der Technik ist es hierfür be ^¬ kannt, bei einem Sicherheitstest einen Reflektor manuell in den Strahlengang des Radarfüllstandmessgerätes zu verbringen, um so auch bei einer geringeren Füllung des Behälters die Funktion des Messgerätes bei dem gewünschten Füllstand zu ü- berprüfen, indem der Reflektor bei diesem Füllstand in den Strahlengang des Radarfüllstandmessgerätes eingebracht und auf diese Weise eine Reflexion bei der gewünschten Füllhöhe erzeugt wird.

Bei sicherheitsrelevanten Messanwendungen ist es üblich, zur Erzeugung einer Redundanz zusätzlich weitere Sensoren zur Erfassung eines Füll- oder Grenzstandes vorzusehen. Ferner ist es üblich entsprechende Tanks zusätzlich auf deren Temperatur und/oder Druck hin zu überwachen. Bei dem aus dem Stand der Technik bekannten Anordnungen wird es dabei als ein Nachteil empfunden, dass zusätzlich zu dem bereits vorgesehenen Radar- füllstandmessgerät mit integrierter Sicherheitseinrichtung zusätzlich Montagemöglichkeiten für weitere Sensoren und Tanks vorgesehen sein müssen. Dies wird insbesondere als Nachteil erachtet, da hier die zusätzliche Montageöffnung beispielswei- se für einen Flansch die Störanfälligkeit des Gesamtsystems, beispielsweise hinsichtlich der Dichtigkeit erhöht.

Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ein aus dem Stand der Technik bekanntes Radarfüllstandmessgerät mit einer Sicherheitseinrichtung derart weiterzubilden, dass die aus dem Stand der Technik bekannten Nachteile vermieden werden.

Diese Aufgabe wird durch ein Radarafüllstandmessgerät mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst.

Ein erfindungsgemäßes Radarafüllstandmessgerät mit einem Sig ^¬ nalgenerator zur Erzeugung elektromagnetischer Wellen und einer Antenne zum Abstrahlen der elektromagnetischen Wellen in einen Behälter sowie zum Empfangen reflektierter elektromagnetischer Wellen aus dem Behälter mit einer Sicherheitseinrich- tung zum Überprüfen der Funktionsfähigkeit oder zum Verbessern der Messqualität des Radarafüllstandmessgeräts , bei dem die Sicherheitseinrichtung einen Reflektor und eine Versteileinrichtung und/oder eine Reduktionseinrichtung umfasst und geeignet ausgebildet ist, den Reflektor und/oder die Reduktions ^¬ einrichtung wenigstens zwischen einer ersten Position, in der der Reflektor die elektromagnetischen Wellen reflektiert und einer zweiten Position, in der der Reflektor die elektromagnetischen Wellen reduziert reflektiert, ausgebildet ist, zeich ^¬ net sich dadurch aus, dass die Sicherheitseinrichtung wenigstens einen zusätzlichen Sensor zur Erfassung einer Messgröße in dem Behälter aufweist. Als Reduktionseinrichtung kann bei- spielsweise ein absorbierendes Material oder ein Diffusor zum Einsatz kommen, durch das der Reflektor aus Sicht der Antenne verdeckt oder abgeschattet wird und dadurch die ausgesendeten elektromagnetischen Wellen nur reduziert reflektiert. Durch die erfindungsgemäße Anordnung wird in das Radarafüll- standmessgerät mit einer Sicherheitseinrichtung ein weiterer Sensor integriert, so dass zusätzliche Befestigungsanordnun ^¬ gen, beispielsweise Flansche und dafür nötige Öffnungen in dem Behälter vermieden werden können.

In einer besonders günstigen Ausgestaltung ist der wenigstens ein zusätzlicher Sensor an der Sicherheitseinrichtung angeordnet und/oder in diese integriert. Es wird auf diese Weise er ^¬ möglicht, dass der zusätzliche Sensor von dem Signalgenerator und der Antenne beabstandet und in einer Messhöhe angeordnet werden kann, die beispielsweise einem sicherheitsrelevanten Maximalfüllstand, einem Füllstand, bei dem ein automatisches Schutzsystem eine weitere Befüllung verhindert oder anderen relevanten Füllständen angeordnet werden kann. Ferner wird durch eine Anordnung an der Sicherheitseinrichtung oder eine Integration in die Sicherheitseinrichtung erreicht, dass im Vergleich zu vorhandenen Radarafüllstandmessgerät mit Sicher- heitseinrichtung kein zusätzlicher Platzbedarf auftritt und somit die bislang verwendeten Befestigungseinrichtungen, beispielsweise Flansche weiter verwendet werden können.

Der zusätzliche Sensor kann dabei beispielsweise als Füll- stand- und/oder Grenzstandsensor ausgebildet sein. Durch das

Vorsehen eines zusätzlichen Füllstandsensors oder eines Grenzstandsensors wird eine Redundanz für die Messwerte des Radar- füllstandmessgerätes erzeugt, so dass zumindest in einem Si ^¬ cherheitskritischen Bereich wenigstens ein zweiter Messwert für eine Plausibilitätskontrolle zur Verfügung steht.

Der zusätzliche Sensor kann dafür beispielsweise als kapazitiv arbeitender Füllstand- und/oder Grenzstandsensor ausgebildet sein. In einer besonders günstigen Ausgestaltungsform weist die Sicherheitseinrichtung dafür ein Führungsrohr auf, in dem die Versteileinrichtung aufgenommen und geführt ist, wobei das Führungsrohr als Elektrode des kapazitiven Sensors ausgebildet ist. In dieser Ausgestaltungsform ist zwischen dem Führungsrohr und der Versteileinrichtung ein Isolator angeordnet, der die Versteileinrichtung von dem Führungsrohr elektrisch isoliert .

Zusätzlich oder alternativ kann ein zusätzlicher Sensor als Vibrationssensor ausgebildet sein.

Als weitere oder alternative zusätzliche Sensoren sind ein Temperatursensor im Rohr welches eingeschwenkt wird, ein Schwimmer, eine hochfrequent arbeitende Kapazitätsmessung oder ein Ultraschallsensor im Rohr denkbar.

In einer Ausgestaltung, bei der der zusätzliche Sensor als Vibrationssensor ausgestaltet ist kann durch den zusätzlichen Sensor beispielsweise ein Grenzstand an einem unteren Ende der Sicherheitseinrichtung erfasst werden, so dass zusätzlich in der Füllhöhe, die auch für Sicherheitstests mit dem Reflektor relevant ist eine Grenzstanderfassung zur Absicherung der Messwerte des Radarfüllstandmessgerätes stattfindet.

Der zusätzliche Sensor kann beispielsweise abgewinkelt an der Sicherheitseinrichtung angeordnet sein, so dass durch den zusätzlichen Sensor keine zusätzliche Baulänge, die eine Anord- nung des zusätzlichen Sensors bei einem niedrigeren Füllstand mit sich bringen würde, notwendig ist.

Der zusätzliche Sensor kann dabei insbesondere mit der Ver ^¬ steileinrichtung gekoppelt und bevorzugt an der Verstellein- richtung angeordnet sein. Der zusätzliche Sensor kann dabei insbesondere in den Reflektor integriert sein oder ein Sensorgehäuse aufweisen, dass als Reflektor ausgebildet ist.

Wird beispielsweise ein Vibrationssensor als zusätzlicher Sen- sor eingesetzt, so kann dieser mit einem als Reflektor wirkenden Sensorgehäuse ausgebildet sein und beispielsweise in einem Winkel zwischen 45° und 90° relativ zu einer Längsachse der Sicherheitseinrichtung bzw. zu einer Hauptabstrahleinrichtung der Antenne angeordnet sein. Der zusätzliche Sensor ist damit durch die Versteileinrichtung in den Strahlengang des Radar- füllstandmessgerätes schwenkbar, so dass er für eine Sicher ^¬ heitsüberprüfung die von der Antenne ausgesendeten magnetischen Wellen reflektiert und kann gleichzeitig im Normalbe- trieb, d. h. wenn der zusätzliche Sensor aus dem Strahlengang des Radarfüllstandmessgerätes geschwenkt ist, eine Grenzstan ^¬ derfassung ermöglichen. Zusätzlich oder alternativ kann die Anordnung einen Temperatursensor und/oder einen Drucksensor aufweisen. Da sowohl die Temperatur als auch der Druck, beispielsweise bei gasförmigen (Gilt auch für flüssige) Medien von hoher Sicherheitsrelevanz sind, kann so eine zusätzliche Messsicherheit hergestellt wer- den. Das gleiche gilt auch für flüssige Medien. Die vorliegende Erfindung kann unter anderem bei TDR (time domain reflecto- netry) Systemen mit geführten Radarwellen, dem Pulsradar- System sowie dem FMCW (frequency modulated continous wave) System eingesetzt werden.

Die vorliegende Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die beigefügten Figuren eingehend erläutert. Es zeigen:

Figur 1 eine Prinzipskizze eines ersten Ausführungsbeispiels eines Radarfüllstandmessgeräts mit zusätzlichem Sen ^¬ sor und aktivierter Sicherheitseinrichtung,

Figur 2 das Radarfüllstandmessgerät aus Figur 1 mit inakti ^¬ ver Sicherheitseinrichtung,

Figur 3 ein zweites Ausführungsbeispiel eines Radarfüll- standmessgeräts mit einem als Reflektor ausgebilde ^¬ ten zusätzlichen Sensor,

Figur 4 ein drittes Ausführungsbeispiel eines Radarfüll- standmessgeräts mit einem kapazitiven Füllstandssensor .

Figur 1 zeigt ein erstes Ausführungsbeispiel eines Radarfüll- standmessgerätes 1 mit einer Sicherheitseinrichtung 5 zur Funktionsüberprüfung des Radarfüllstandmessgerätes 1 bei einem sicherheitsrelevanten Maximalfüllstand .

Das Radarfüllstandmessgerät 1 weist einen Signalgenerator und eine Antenne 3 auf, die vorliegend als Hornantenne mit einer Hauptabstrahlrichtung A ausgebildet ist. Für eine Funktions ^¬ überprüfung des Radarfüllstandmessgerätes 1 ist eine Sicher ^¬ heitseinrichtung 5 mit einem über eine Versteileinrichtung 9 schwenkbar angeordneten Reflektor 7 vorgesehen. In der in Fi- gur 1 dargestellten ersten Position I ist der Reflektor 7 in einen Strahlengang des Radarfüllstandmessgerätes 1 geschwenkt und reflektiert damit von der Antenne 3 ausgesendete elektro ^¬ magnetische Wellen zu dieser zurück, so dass ein Echo bei ei ^¬ ner zur Einbauhöhe des Reflektors 7 korrespondierenden Füllhö- he entsteht. Es kann auf diese Weise überprüft werden, ob das Radarfüllstandmessgerät 1 Füllstände in der Höhe des Reflek ^¬ tors 7 zuverlässig erfasst.

Die Sicherheitseinrichtung 5 ist in dem vorliegenden Ausfüh- rungsbeispiel mit einem rohrförmigen Gehäuse 11 ausgebildet, durch das die Versteileinrichtung 9 von außerhalb des Behälters 4 auf den Reflektor 7 wirkt. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel ist eine mechanische Kopplung des Reflektors 7 mit der Versteileinrichtung 9 gezeigt, wobei auch andere Kopplun- gen, beispielsweise über einen elektrischen Antrieb, eine pneumatische Kopplung oder eine magnetische Kopplung denkbar wären .

An dem Gehäuse 11 ist innenseitig in einer Ausrichtung paral- lel zur Hauptabstrahlrichtung A der Antenne 3 ein zusätzlicher Sensor 12, der vorliegend als Vibrationsgrenzschalter ausgebildet ist, angeordnet. Der zusätzliche Sensor 12 ist über ei ^¬ ne Anschlussleitung 15 mit einer Sensorelektronik, die vorlie- gend in einem außerhalb des Behälters 4 angeordneten Elektro ^¬ nikgehäuse untergebracht ist, verbunden, so dass eine Auswer ^¬ tung des Sensorsignals erfolgen kann. Sowohl das Radarfüllstandmessgerät 1 als auch die Sicherheits ^¬ einrichtung 5 mit dem daran angeordneten zusätzlichen Sensor 12 sind über einen gemeinsamen Befestigungsflansch 6 an dem Behälter 4, dessen Füllstand überwacht wird, angeordnet. Durch eine Flanschverbindung kann eine zuverlässige Abdichtung des Behälters 4 gegenüber der Umgebung erfolgen, so dass insbesondere bei Anwendungen mit druckbeaufschlagten und/oder toxischen Medien eine hohe Sicherheit gewährleistet ist.

In der Figur 2 ist die Anordnung aus Figur 1 in einer zweiten Position II gezeigt, in der der Reflektor 7 der Sicherheitseinrichtung 5 aus dem Strahlengang des Radarfüllstandmessgerä- tes 1 geschwenkt ist, so dass durch den Reflektor 7 keine Re ^¬ flexion der von der Antenne 3 ausgesendeten elektromagnetischen Wellen erfolgt. In dieser zweiten Position II, in der die Sicherheitseinrichtung 5 inaktiviert ist, kann der Sicherheitsrelevante Füllstand, in dem der Reflektor 7 angeordnet ist weiterhin von dem zusätzlichen Sensor 12, vorliegend dem Vibrationsgrenzschalter, überwacht werden. Es kann auf diese Weise sichergestellt werden, dass auch bei einem Ausfall des Radarfüllstandmessgeräts 1 ein zuverlässiges Messsignal in dieser sicherheitskritischen Füllhöhe erzeugt und ggf. eine weitere Befüllung des Behälters 4 verhindert wird.

In Figur 3 ist ein zweites Ausführungsbeispiel eines Radar- füllstandmessgerätes 1 mit einem zusätzlichen Sensor 12 ge ^¬ zeigt, wobei vorliegend der zusätzliche Sensor 12, der eben ^¬ falls als Vibrationsgrenzschalter ausgebildet ist, mit einem geeignet ausgebildeten Sensorgehäuse 13 gleichzeitig als Re ^¬ flektor 7 der Sicherheitseinrichtung 5 ausgebildet ist.

In dem vorliegenden Ausführungsbeispiel ist der zusätzliche Sensor 12 über die Versteileinrichtung 9 schwenkbar an dem Gehäuse 11 der Sicherheitseinrichtung 5 gelagert, so dass der zusätzliche Sensor 12 entweder in den Strahlengang des Radar- füllstandmessgerätes 1 geschwenkt oder aus diesem entfernt werden kann. Idealerweise ist der zusätzliche Sensor 12 dabei derart angeordnet, dass eine in Richtung der Antenne 3 orien ^¬ tierte Oberfläche des Sensorgehäuses 13 relativ zur Hauptab ^¬ strahlrichtung A der Antenne 3 einen Winkel zwischen 45° und 90° aufweist. Auf diese Weise kann, wenn der zusätzliche Sen ^¬ sor 12 wie in Figur 3 dargestellt, in der ersten Position I, ist in der die von der Antenne 3 ausgesendeten elektromagneti ^¬ schen Wellen reflektiert werden, ein zuverlässiges Echosignal auf der von der Sicherheitseinrichtung 5 überwachten Füllhöhe erzeugen . In Figur 4 ist ein drittes Ausführungsbeispiel eines Radar- füllstandmessgerätes 1 mit einer Sicherheitseinrichtung 5 ge ^¬ zeigt, wobei die Sicherheitseinrichtung 5 vorliegend mit einem Führungsrohr 10 ausgestaltet ist, in dem die Versteileinrichtung 9 über einen Isolator 16 isoliert geführt ist. Das Füh- rungsrohr 10 des vorliegenden Ausführungsbeispiels ist dabei als Elektrode einer kapazitiven Füllstandmesssonde ausgebil ^¬ det, wodurch in einem Bereich, in dem sich die Sicherheitseinrichtung 5 erstreckt eine kontinuierliche Füllstandmessung er ^¬ möglicht wird.

Alternativ besteht auch die Möglichkeit den Reflektor (7) als kapazitiven Grenzstandsensor auszugestalten. Hierbei wirkt das Führungsrohr ggf. mit dem Behälter als Gegenelektrode. Sämtlichen vorgenannten Ausführungsbeispielen ist gemeinsam, dass durch die dargestellte Anordnung platzsparend eine Redun ^¬ danz der Überwachung einer kritischen Füllhöhe des Behälters 4 geschaffen und damit eine erhöhte Messsicherheit erreicht wird. Wobei dieser redundanten Messeinrichtung eine Möglichkeit zur Überwachung des ersten Messergebnisses zumindest zeitweise ermöglicht.

In den gezeigten Ausführungsbeispielen ist der zweite Sensor jeweils im gleichen Flansch wie der erste Sensor angeordnet. Dieser kann aber auch lediglich im gleichen Behälter angeordnet und mit einem zusätzlichen Flansch befestigt sein. Eine Anordnung in einem einzigen Flansch wird jedoch bevorzugt.

Bezugs zeichenliste

I Radarfüllstandmessgerät

3 Antenne

4 Behälter

5 Sicherheitseinrichtung

6 Befestigungsflansch

7 Reflektor

9 Versteileinrichtung

10 Führungsrohr

II Gehäuse

12 Zusätzlicher Sensor

13 Sensorgehäuse

15 Anschlussleitung

16 Isolator

A Abstrahlrichtung

I erste Position

II zweite Position