Die Erfindung betrifft Radarsensoren zum Einsatz im industriellen Umfeld. Insbesondere betrifft die Erfindung einen Radarsensor mit einem Sensorgehäuse, welches sich drehbar lagern lässt, eine Befestigungsvorrichtung zum drehbaren Lagern eines derartigen Sensors, die Verwendung einer solchen

Befestigungsvorrichtung zur Befestigung eines Sensors, einen Behälter mit einer daran angebrachten 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 Füllstand- messgerät 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 einen Radarsensor, eingerichtet zum Messen eines Füllstands oder eines Grenzstands eines Füllguts in einem Behälter. Der Radarsensor weist ein Sensorgehäuse, eine Elektronikeinheit und eine Antenneneinheit auf. Das Sensorgehäuse weist eine Außenkontur auf, die zumindest in einem ersten Teilbereich des Sensorgehäuses die Form eines Kugelsegments aufweist, das eingerichtet ist, den Radarsensor in einem entsprechenden Hohlkugelsegment einer Befestigungsvorrichtung drehbar zu lagern. Die Elektronikeinheit ist eingerichtet zum Erzeugen eines Messsignals und die Antenneneinheit ist eingerichtet zum Abstrahlen des Messsignals und zum Empfangen des an einer Füllgutoberfläche reflektierten Messsignals. Elektronikeinheit und Antenneneinheit sind in dem Gehäuse angeordnet. Beispielsweise ist die Außenkontur des Sensorgehäuses vollständig oder fast vollständig kugelförmig ausgeführt.

Gemäß einer Ausführungsform ist das Sensorgehäuse vollständig geschlossen.

Gemäß einer Ausführungsform ist das Sensorgehäuse nicht vollständig geschlossen und kann beispielsweise nur in dem Bereich vorgesehen sein, in welchem es in dem Hohlkugelsegment gelagert ist. Bei dem Hohlkugelsegment handelt es sich somit um eine Gelenkpfanne.

Beispielsweise besteht das Sensorgehäuse zumindest im Bereich der Antenneneinheit aus Kunststoff, sodass das Messsignal durch das Sensorgehäuse hindurch abgestrahlt werden kann. Die Antenneneinheit befindet sich somit im Inneren des Sensorgehäuses und wird durch dieses geschützt. Das Sensorgehäuse kann vollständig aus Kunststoff gefertigt sein, oder teilweise. Andere Bereiche des Gehäuses können auch aus anderen Materialien bestehen, beispielsweise Metall.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform lässt sich das Sensorgehäuse nicht zerstörungsfrei öffnen. Beispielsweise ist es im Spritzgussverfahren hergestellt, sodass die Elektronikeinheit und die Antenneneinheit beispielsweise eingegossen sind.

Gemäß einer Ausführungsform ist der Radarsensor als autarker Radarsensor (AuRa-Sensor) mit einer eigenen, internen Energieversorgung, beispielsweise in Form einer Batterie, ausgeführt.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform weist der Radarsensor eine Funkschnittstelle auf, eingerichtet zum drahtlosen Übermitteln der Radarsensordaten, die der Sensor erfasst bzw. berechnet, an einen externen Empfänger, beispielsweise ein Mobiltelefon oder einen Server. Gemäß einer weiteren Ausführungsform befindet sich der Schwerpunkt des Radarsensors unterhalb des Mittelpunkts des Kugelsegments, sodass sich der Radarsensor mittels Schwerkraft senkrecht zur Füllgutoberfläche ausrichten kann, indem er sieh in die Messposition dreht. Insbesondere können Gewichte im Unteren Bereich des Sensors vorgesehen sein, beispielsweise in Form eines Metalllrings, der im Sensorgehäuse verläuft, um die selbständige Ausrichtung des Sensors mittels Schwerkraft zu erleichtern.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform besteht ein zweiter Teilbereich des Sensorgehäuses aus einem lichtdurchlässigen Material, sodass sich ein Display des Radarsensors durch das Sensorgehäuse hindurch ablesen lässt.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist der Radarsensor zum berührungslosen Messen des Füllstands oder Grenzstands ausgeführt.

Ein weiterer Aspekt der vorliegenden Offenbarung betrifft eine Befestigungsvorrichtung, die eine Hohlkugel oder zumindest ein Hohlkugelsegment aufweist, das eingerichtet ist zum drehbaren Lagern eines oben und im Folgenden beschriebenen Radarsensors.

Gemäß einer Ausführungsform ist die Befestigungsvorrichtung als geschlossene Hohlkugel ausgeführt. Sie kann vollständig aus Kunststoff bestehen.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform besteht zumindest das Hohlkugelsegment aus undurchsichtigem Kunststoff.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform besteht die Hohlkugel bzw. die Befestigungsvorrichtung zumindest teilweise aus einem lichtdurchlässigen Material, sodass sich ein Display des Radarsensors durch die Hohlkugel hindurch ablesen lässt. Gemäß einer weiteren Ausführungsform weist die Befestigungsvorrichtung einen Befestigungsflansch zur Anbringung an der Öffnung eines Behälters auf. Die Befestigungsvorrichtung kann einstückig ausgeführt sein. Gemäß einer weiteren Ausführungsform weist die Befestigungsvorrichtung einen Haltearm und/oder ein Innengewinde zum Anbringen eines Haltearms auf.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform weist die Befestigungsvorrichtung ein Arretierelement auf, eingerichtet zum Fixieren des Sensors in der Befestigungsvorrichtung.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform weist die Befestigungsvorrichtung ein Ausrichtungselement auf, eingerichtet zum Ausrichten des Sensors in der

Befestigungsvorrichtung.

Sensor und Lagerung können so ausgeführt sein, dass sich der Sensor über die Schwerkraft selber ausrichtet, sodass er stets senkrecht nach unten strahlt, oder, alternativ, vertikal, unabhängig von der Orientierung der Befestigungsvorrichtung. Gemäß einer weiteren Ausführungsform weist die Befestigungsvorrichtung ein Ausrichtungselement auf, eingerichtet zum Ausrichten des Sensors in der

Befestigungsvorrichtung.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform weist die Befestigungsvorrichtung einen darin angeordneten Sensor auf, der darin drehbar gelagert ist.

Man könnte somit sagen, dass die Befestigungsvorrichtung das Gehäuse des Radarsensors ist. Man würde also einen z. B. kugelförmigen Sensor vorsehen, der ein Ausrichtungsmechanismus im Inneren beinhaltet, ohne weiters Umgehäuse im Inneren. Aber es wäre natürlich auch möglich, ein Radarsensor mit eigenem Gehäuse und zusätzlich eine Befestigungskugel vorzusehen. Gemäß einer weiteren Ausführungsform handelt es sich bei dem Sensor um ein Füllstandmessgerät, beispielsweise ein Füllstandradargerät, einen Grenzstandsensor, 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, beispielsweise eines oben und im Folgenden beschriebenen Sensors, wahlweise an einer Seitenwand eines Behälters oder der Decke des Behälters.

Ein weiterer Aspekt der vorliegenden Offenbarung betrifft einen Behälter mit einer daran angebrachten oben und im Folgenden beschriebenen Befestigungsvorrichtung. Ein weiterer Aspekt der vorliegenden Offenbarung betrifft ein Verfahren zum Befestigen eines Sensors an einem Behälter. Zunächst erfolgt ein Anordnen des Sensors in einer vollständig geschlossenen Befestigungsvorrichtung oder in einer zumindest teilweise geschlossenen Befestigungsvorrichtung. Danach erfolgt die Befestigung der Befestigungsvorrichtung an oder in der Nähe eines Behälters. Gleichzeitig oder danach erfolgt ein Ausrichten des Sensors. Beispielsweise erfolgt die Ausrichtung des Sensors mittels Schwerkraft, also selbstständig und ohne Hilfe eines Benutzers.

Der Radarsensor kann zur Prozessautomatisierung im industriellen Umfeld ausgeführt sein. Er kann in der Landwirtschaft eingesetzt werden, zur Überwachung von mobilen Trinkwasser- oder Futterbehältern.

Unter dem Begriff „Prozessautomatisierung im industriellen Umfeld“ kann ein Teilgebiet der Technik 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. 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 einen Messaufbau gemäß einer ersten Ausführungsform. Fig. 2 zeigt einen Messaufbau gemäß einer weiteren Ausführungsform.

Fig. 3 zeigt ein Flussdiagramm eines Verfahrens gemäß einer Ausführungsform.

Fig. 4 zeigt einen Ausschnitt eines Radarsensors mit Befestigungsvorrichtung im Bereich der Sensorlagerung.

Detaillierte Beschreibung von Ausführungsformen

Fig. 1 zeigt einen Messaufbau gemäß einer Ausführungsform. Der Messaufbau weist einen Radarsensor 100 auf, der in einer Befestigungsvorrichtung 300 derart gelagert ist, dass er sich in alle Raumrichtungen drehen kann. Die Befestigungsvorrichtung 300 ist an der Öffnung des Behälters 200 angebracht, beispielsweise mittels einer Flanschbefestigung 313. Es kann aber auch eine anderweitige Befestigung vorgesehen sein und die Erfindung ist nicht auf eine Flanschbefestigung limitiert.

Wichtig ist, dass der Radarsensor 100 drehbar in dem Gehäuse der Befestigungsvorrichtung 300 gelagert ist. Der Radarsensor, der eingerichtet ist zum Messen des Füllstands oder Grenzstands des Füllguts 201 , weist ein Sensorgehäuse 101 , eine Elektronikeinheit 105 und eine Antenneneinheit 106 auf. Das Sensorgehäuse 101 kann kugelartig ausgeführt sein oder, alternativ, einen Teilbereich aufweisen, der die Form eines Kugelsegments aufweist. In der Ausführungsform in der Fig. 1 handelt es sich um eine Vollkugel aus Kunststoff, in der sich die Elektronikeinheit 105, die Antenneneinheit 106, der Energiespeicher 110 und ein Drahtlos-Kommunikationsmodul 107 befinden.

Das Drahtlos-Kommunikationsmodul 107 kann auch als Funkschnittstelle bezeichnet werden. Auch kann ein Display 109 vorgesehen sein, welches sich beispielsweise nahe der Oberseite des Gehäuses befindet, sodass es durch die Gehäusewand hindurch ausgelesen werden kann. Hierfür ist der obere, zweite Teilbereich 108 des Gehäuses aus lichtdurchlässigem Material gefertigt, beispielsweise ein durchsichtiger Kunststoff. Da die kugelförmige Elektronikeinheit 100 vollständig in der Außenkugel 300 enthalten ist, kann der Teilbereich 108 eingespart werden und die Elektronik offen, ohne zusätzliches Gehäuse, in der Außenkugel 300 platzieren.

Der untere Bereich des Gehäuses, weiter oben als „erster Teilbereich“ 102 bezeichnet, kann ebenfalls aus Kunststoff gefertigt sein. Dieser Teilbereich muss jedoch nicht lichtdurchlässig sein; es genügt die Durchlässigkeit für Radarstrahlen, die von der Antenneneinheit 106 in Richtung Füllgut ausgesendet werden. Auch hier bräuchte die Antenne nicht innerhalb eines Gehäuses liegen. Sie würde schon durch die Außenkugel geschützt werden und könnte frei liegen, damit nur durch die Außenkugel durchgemessen werden müsste. In anderen Worten kann die Innenkugel auf ein Kugelsegment reduziert sein, das in der Gelenkpfanne der Befestigungsvorrichtung 300 angeordnet ist.

Der Radarsensor 100 befindet sich vollständig im Inneren der Befestigungsvorrichtung 300. Das Gerät kann somit zwei Teile aufweisen, eine Befestigungsvorrichtung 300 und ein separater Radarsensor 100. In einer anderen Ausführungsform stellt die Befestigungsvorrichtung 300 das Gehäuse des Radarsensors 100 dar, so dass die Einheit 100 auch als kugelförmige oder kugelsegmentförmige Elektronikeinheit ohne eigenes Gehäuse bezeichnet werden könnte. Bei der Befestigungsvorrichtung 300 kann es sich um eine Hohlkugel oder um ein Hohlkugelsegment handeln. Ähnlich wie bei dem Radarsensor kann auch das Gehäuse der Befestigungsvorrichtung 300 aus zwei unterschiedlichen Materialien bestehen: Zum einen aus einer für Radarstrahlen durchlässigen Halbkugel bzw. einem Hohlkugelsegment 301 im unteren Bereich und einem oberen Hohlkugelsegment 302 im oberen Bereich, die lösbar oder unlösbar miteinander verbunden sind. Das obere Hohlkugelsegment 302 kann aus demselben Material bestehen, wie das untere Hohlkugelsegment, oder aber aus einem anderen Material, beispielsweise einem lichtdurchlässigen Material, wie einem durchsichtigen Kunststoff.

Es kann ein Arretierelement 311 vorgesehen sein, beispielsweise in Form einer Stellschraube, die in ein durchgängiges Innengewinde durch die Wandung der Befestigungsvorrichtung 300 hindurchgeschraubt ist, um den Sensor 100 festzuklemmen.

Auch kann ein Ausrichtungselement 312 vorgesehen sein, mittels welchem sich die Orientierung des Sensors 100 manuell einstellen lässt, zum Beispiel magnetisch durch die Kunststoffwand hindurch.

Es kann vorgesehen sein, dass sich der Schwerpunkt des Sensors im Bereich der Antenneneinheit 106 befindet, jedenfalls deutlich unterhalb des Mittelpunkts des kugelförmigen Radarsensors 100, sodass sich die gelagerte „Sensorkugel“ mittels der Schwerkraft automatisch so einstellt, dass die Antenne in die gewünschte Richtung misst (im Regelfall vertikal: es kann aber auch eine horizontale Messung oder eine Messung in eine andere Richtung vorgesehen sein).

Auch kann der Radarsensor einen Neigungssensor aufweisen, der die aktuelle Orientierung des Sensors erfasst. Diese Daten können dazu beitragen, den Füllstand genauer zu erfassen bzw. zu berechnen. Es wird somit eine Befestigung des Radarsensors 100 an dem Behälter 200 bereitgestellt, welche es ermöglicht, die Antenneneinheit 106 in alle Richtungen zu drehen und zu schwenken. Die Vorrichtung ist hierbei kostengünstig herstellbar. Beispielsweise ist die Befestigungsvorrichtung 300 als zweiteilige Hohlkugel ausgeführt. Der Radarsensor 100 ist kugelförmig ausgeführt und kann damit im Hohlkugelgehäuse untergebracht werden und somit in alle Richtungen gedreht und geschwenkt werden. Der kugelförmige Radarsensor 100 kann beispielsweise durch die obere Halbschale der Hohlkugel fixiert werden. Die Radarantenne, die Teil der Elektronik ist, kann somit in alle möglichen Positionen geschwenkt und fixiert werden. Hierbei wird durch die äußere Gehäusekugel 301 , 302, die aus Kunststoff besteht, hindurchgemessen.

Die Befestigungsvorrichtung lässt sich in jedem runden Loch des Behälters platzieren, welches im Durchmesser kleiner ist als der Durchmesser der Kugel und lässt sich beispielsweise mit einer Silikonraupe festkleben. Alternativ kann die Befestigungsvorrichtung 300 am Behälter mittels einer Stange 310 (vgl. Fig. 2) oder einer Klemmeinrichtung befestigt werden, sodass sich die kugelförmige Befestigungsvorrichtung außerhalb des Behälters befindet.

Wird die obere Halbkugel 302 aus transparentem Kunststoff hergestellt, kann ein sich im Inneren befindliches Display oder eine Leuchtanzeige durch die Gehäusewand hindurch ausgelesen werden. Alternativ kann vorgesehen sein, dass der Radarsensor 100 lediglich in das halbschalenartige Gehäuseteil 301 eingelegt wird, sodass er sich einfach austauschen lässt.

Somit wird ein kugelförmiges Gerätegehäuse bereitgestellt, das einen kugelförmigen Elektronikbecher mit Antenne enthält, sodass die Antenne im kugelförmigen Gehäuse senkrecht ausgerichtet werden kann. Wird der Radarsensor 100, wie in Fig. 1 gezeigt, mit seiner hohlkugelartigen Befestigungsvorrichtung 300 auf der Behälteröffnung platziert, ragt der untere Teil der Hohlkugel in den Behälter hinein. In dieser Hohlkugel befindet sich die Elektronik mit Antenne, die ebenfalls als Kugel ausgeführt ist. Der obere Teil des Kugelgehäuses kann mit transparentem Kunststoff ausgeführt werden, damit ein eventuell vorhandenes Display im Inneren sichtbar bleibt.

Für die Kommunikation mit einer externen Einheit und insbesondere die Messwertübertragung oder Parametrierung ist eine Funkschnittstelle (Drahtlosmodul) 107 vorgesehen, das beispielsweise Bluetooth verwendet. Damit ein vollständig autarker Betrieb des Radarsensors möglich ist, kann ein Energiespeicher 110, beispielsweise ein Akku, verwendet werden.

Ist keine Öffnung im Behälter gewünscht, kann die Befestigungsvorrichtung 300 auch zum Beispiel mittels eines Stabes 310 an den Behälter montiert werden, sodass sie über dem Behälter „schwebt“ (vgl. Fig. 2).

Fig. 3 zeigt ein Flussdiagramm eines Verfahrens gemäß einer Ausführungsform. In Schritt 1 erfolgt ein Anordnen des Sensors 100 in einer vollständig oder teilweise geschlossenen Befestigungsvorrichtung 300. In Schritt 2 wird die Befestigungsvorrichtung an einem Behälter befestigt und in Schritt 3 erfolgt ein Ausrichten des Sensors, sodass er das Messsignal senkrecht zur Füllgutoberfläche aussendet. Das Ausrichten kann automatisch mittels Schwerkraft erfolgen. In Schritt 4 wird der Sensor arretiert, woraufhin dann die Füllstandmessung erfolgt.

Fig. 4 zeigt einen Ausschnitt eines Radarsensors mit Befestigungsvorrichtung im Bereich der Sensorlagerung. Hier handelt es sich um die bereits weiter oben beschriebene Ausführungsform, bei der die Befestigungsvorrichtung das „Sensorgehäuse“ darstellt und die Elektronik des Sensors beweglich in der Gelenkpfanne der Befestigungsvorrichtung gelagert ist.

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.