DE102013009221A1 - Device for magnetostrictive position measurement - Google Patents

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Abstract

Eine Vorrichtung (1) zur magnetostriktiven Positionsmessung enthält einen aus einem Silikonmaterial gefertigten Schlauch (2), in dem ein in Längsrichtung des Schlauchs (2) verlaufender magnetostriktiver Wellerleiter durch eine Führungseinrichtung (6) zentriert geführt ist. Die Führungseinrichtung (6) ist einstückig mit dem Schlauch ausgebildet und berührt den Wellenleiter allenfalls in einer relativ kleinen Führungszone. Vorzugsweise verläuft die Führungszone entlang einer Schraubenlinie.A device (1) for magnetostrictive position measurement contains a hose (2) made of a silicone material, in which a magnetostrictive waveguide running in the longitudinal direction of the hose (2) is centered by a guide device (6). The guide device (6) is formed in one piece with the hose and touches the waveguide at most in a relatively small guide zone. The guide zone preferably runs along a helix.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur magnetostriktiven Positionsmessung (Entfernungsmessung), die insbesondere bei der magnetostriktiven Füllstandmessung zum Einsatz kommen kann.The invention relates to a device for magnetostrictive position measurement (distance measurement), which can be used in particular in the magnetostrictive level measurement.

Die magnetostriktive Positionsmessung ist seit langem eine etablierte Technik (siehe z. B. US 3898555 ), bei der die Position eines ortsbeweglichen Magneten mit Hilfe eines magnetostriktiven Wellenleiters durch den Wiedemanneffekt nachgewiesen wird. Diese Art der Positionsmessung wurde einige Jahre später auch für Füllstandmessungen angewendet, wobei der Positionsmagnet in einen Schwimmkörper eingebracht ist (z. B. US 4939457 ). Der bekannte Aufbau besteht aus einem Schutzrohr oder Schutzschlauch gegen die im Tank gelagerte Flüssigkeit, in dem ein magnetostriktiver Wellenleiter elektrisch isoliert geführt wird.Magnetostrictive position measurement has long been an established technique (see eg US 3898555 ), in which the position of a movable magnet with the aid of a magnetostrictive waveguide is detected by the Wiedemann effect. This type of position measurement was also applied some years later for level measurements, whereby the position magnet is inserted into a floating body (eg. US 4939457 ). The known structure consists of a protective tube or protective tube against the liquid stored in the tank, in which a magnetostrictive waveguide is guided electrically isolated.

Schon früh wurde erkannt ( US 4939457 , WO 98/28598 ), dass es für hohe Tanks unpraktisch ist, ein starres Schutzrohr zu verwenden, da dies zu hohen Transport- und Einbaukosten führt. In US 4939457 wird daher ein Messsystem vorgeschlagen, das einen aufwickelbaren Schlauch aufweist, der den magnetostriktiven Wellenleiter in Form eines Drahtes mit allen, zusätzlich notwendigen Komponenten enthält. Dieser Schlauch wird am Einbauort abgewickelt und durch zusammengeschraubte Rohrsegmente geschützt, so dass der Schlauch nicht mit der gelagerten Flüssigkeit in Berührung kommt. In der WO 98/28598 ist eine Weiterentwicklung dieser Konfiguration nebst vielen Detailverbesserungen vorgestellt, bei der der äußere Schutz durch einen hermetisch dichten metallischen Wellschlauch geleistet wird, der zusätzlich mit einem metallischen Gewebe umkleidet werden kann. Eine solche oder ähnliche Bauform wird derzeit von den meisten Herstellern derartiger magnetostriktiver Füllstand-Messvorrichtungen für größere Tanks angewendet.It was recognized early on US 4939457 . WO 98/28598 ) that it is impractical for high tanks to use a rigid thermowell, as this leads to high transport and installation costs. In US 4939457 Therefore, a measuring system is proposed which has a windable tube containing the magnetostrictive waveguide in the form of a wire with all the additional components necessary. This hose is unwound at the installation site and protected by screwed-together pipe segments, so that the hose does not come into contact with the stored liquid. In the WO 98/28598 is a further development of this configuration along with many details improvements presented, in which the outer protection is provided by a hermetically sealed metallic corrugated hose, which can be additionally covered with a metallic fabric. Such or similar design is currently used by most manufacturers of such larger tank magnetostrictive level gauges.

Eine Problematik besteht darin, dass die durch den Wiedemanneffekt in dem Wellenleiter erzeugte mechanische Torsionswelle gedämpft wird. Bei größeren Messlängen kann dies dazu führen, dass die Signale in der Intensität bis zur Rauschgrenze absinken. Dann ist eine zuverlässige Funktion nicht mehr gewährleistet. Die Dämpfung der mechanischen Welle setzt sich aus verschiedenen Anteilen zusammen: zum einen der intrinsischen Dämpfung in dem Wellenleitermaterial, die wiederum von dem Magnetisierungszustand des magnetostriktiven Materials abhängen kann, und zum anderen den Verlusten, die durch den Kontakt des Wellenleiters mit der elektrisch isolierenden Stützkonstruktion zum Halten des Wellenleiters hervorgerufen werden. Die letzteren Verluste können durch eine geeignete Wahl des Materials und der Formgebung der Stützkonstruktion, aber auch durch eine axiale Vorspannung des Wellenleiters beeinflusst werden.One problem is that the mechanical torsional wave generated by the Wiedemann effect in the waveguide is damped. For longer measurement lengths, this can cause the signals to drop in intensity to the noise limit. Then a reliable function is no longer guaranteed. The damping of the mechanical shaft is composed of different proportions: on the one hand, the intrinsic damping in the waveguide material, which in turn can depend on the magnetization state of the magnetostrictive material, and on the other hand, the losses caused by the contact of the waveguide with the electrically insulating support structure Holding the waveguide are caused. The latter losses can be influenced by a suitable choice of the material and the shape of the support structure, but also by an axial bias of the waveguide.

Um die unerwünschte Dämpfung zu minimieren, wurde eine Reihe von Konfigurationen zur Führung des magnetostriktiven Wellenleiters erdacht. In DE 33 43 310 ist eine Stützkonstruktion offenbart, bei der eine ringförmige Stütze ”aus geeignetem Kunststoff” mit Abstandsrohren in Position gehalten wird. Gemäß US 4939457 bzw. WO 90/13789 wird für eine aufrollbare Sonde ein wendelförmig gewickeltes Kunststoffrohr als Stütze verwendet. Dieses Kunststoffrohr enthält den zum Messen erforderlichen Rückleiter, der gleichzeitig das Kunststoffrohr gegen die Innenwandung eines aufrollbaren Schlauches drückt. Das Material des wendelförmigen Kunststoffrohres wird mit Weichgummi angegeben. In DE 197 53 805 werden verschiedene Lagerungen für den magnetostriktiven Wellenleiter angegeben. Dazu werden zwei wesentliche Gesichtspunkte angeführt, und zwar einerseits die Berührungsfläche durch Verwendung von beabstandeten Stützen zu minimieren und andererseits den Energieübertrag durch einen möglichst geringen Feststoff-zu-Luft-Anteil zu minimieren. Offenbart werden verschiedene Konfigurationen mit schaum- oder schwammähnlichem Material. In der Schrift WO 98/28598 wird eine Führung des magnetostriktiven Wellenleiters durch ein flexibles Isolierrohr mit einem gewebten Teil als Innenstütze aus hartem Material wie Keramik oder Glas vorgeschlagen, dass als Kissen wirken soll. Die US 6559636 offenbart mehrere Möglichkeiten für Stützkonstruktionen. Eine besteht aus einem Stützschlauch aus flexiblen Material (Silikon) mit Verengungen, eine andere aus Gummiringen mit Abstandshaltern. Ferner sind auch rechteckige Stützen sowie drei scharfe Spitzen als Stützen gezeigt.To minimize unwanted attenuation, a number of configurations for guiding the magnetostrictive waveguide have been devised. In DE 33 43 310 a support structure is disclosed in which an annular support "of suitable plastic" with spacer tubes is held in position. According to US 4939457 respectively. WO 90/13789 For a roll-up probe, a helically wound plastic tube is used as a support. This plastic tube contains the return required for measuring, which simultaneously presses the plastic tube against the inner wall of a roll-up tube. The material of the helical plastic tube is specified with soft rubber. In DE 197 53 805 various mounts are given for the magnetostrictive waveguide. For this purpose, two essential aspects are cited, namely on the one hand to minimize the contact area by using spaced supports and on the other hand to minimize the energy transfer by the lowest possible solids-to-air content. Disclosed are various configurations with foam or sponge-like material. In Scripture WO 98/28598 a guide of the magnetostrictive waveguide is proposed by a flexible insulating tube with a woven part as inner support made of hard material such as ceramic or glass, which should act as a cushion. The US 6559636 discloses several possibilities for support structures. One consists of a support tube of flexible material (silicone) with constrictions, another of rubber rings with spacers. Furthermore, rectangular supports and three sharp tips are shown as supports.

In der Anwendung für Hochtanks sind große Messlängen erforderlich. Hierzu ist es vorteilhaft, eine Sonde zur magnetostriktiven Positionsmessung aufrollbar zu gestalten, um die Transport- und Installationskosten gering zu halten. Für derartige große Messlängen ist es essentiell, die Dämpfung der mechanischen Welle niedrig zu halten. Weiterhin spielt auch die kostengünstige Herstellbarkeit der Stützkonstruktion und ihre Montierbarkeit eine entscheidende Rolle.In the application for high tanks, large measuring lengths are required. For this purpose, it is advantageous to make a probe for magnetostrictive position measurement rollable to keep the transport and installation costs low. For such long gauge lengths, it is essential to keep the damping of the mechanical wave low. Furthermore, the cost-effective manufacturability of the support structure and its mountability plays a crucial role.

Es ist Aufgabe der Erfindung, eine Sonde zur magnetostriktiven Positionsmessung zu schaffen, die eine möglichst große Messlänge erlaubt, kostengünstig herzustellen ist und auf einfache Weise zu ihrem Einsatzort transportiert werden kann.It is an object of the invention to provide a probe for magnetostrictive position measurement, which allows the largest possible measuring length, is inexpensive to manufacture and can be easily transported to their place of use.

Diese Aufgabe wird gelöst durch eine Vorrichtung zur magnetostriktiven Positionsmessung mit den Merkmalen des Anspruchs 1. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen. Der Anspruch 10 betrifft eine Verwendung einer derartigen Vorrichtung.This object is achieved by a device for magnetostrictive position measurement with the features of claim 1. Advantageous embodiments of the invention will become apparent from the Dependent claims. The claim 10 relates to a use of such a device.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung zur magnetostriktiven Positionsmessung weist einen aus einem Silikonmaterial gefertigten Schlauch mit einer Längsachse auf, in dem ein in Längsrichtung des Schlauchs verlaufender magnetostriktiver Wellenleiter durch eine Führungseinrichtung allgemein zentriert geführt ist. Die Führungseinrichtung ist einstückig mit dem Schlauch ausgebildet und ist dazu eingerichtet, den Wellenleiter allenfalls in einer Führungszone zu berühren, die weniger als 20% der Oberfläche des Wellenleiters ausmacht (vorzugsweise weniger als 10% oder weniger als 5% oder weniger als 2% der Oberfläche des Wellenleiters). Die Längsrichtung des Schlauchs ist auf einen abgewickelten, geradlinigen Verlauf des Schlauchs bezogen. In der Regel ist der magnetostriktive Wellenleiter als zylindrischer Metalldraht gestaltet, dessen Mantelfläche die Oberfläche des Wellenleiters ist.The device according to the invention for magnetostrictive position measurement has a tube made of a silicone material with a longitudinal axis in which a magnetostrictive waveguide running in the longitudinal direction of the tube is guided in a generally centered manner by a guide device. The guide means is integrally formed with the tube and is adapted to contact the waveguide at best in a guide zone occupying less than 20% of the surface of the waveguide (preferably less than 10% or less than 5% or less than 2% of the surface of the waveguide). The longitudinal direction of the hose is related to a developed, straight course of the hose. In general, the magnetostrictive waveguide is designed as a cylindrical metal wire whose lateral surface is the surface of the waveguide.

Die Materialwahl für den Schlauch und die einstückig mit dem Schlauch ausgebildete Führungseinrichtung (Silikon) und die geringe Fläche der Führungszone bewirken eine geringe Dämpfung.The choice of material for the hose and the integrally formed with the hose guide means (silicone) and the small surface of the guide zone cause low attenuation.

Bei bevorzugten Ausführungen der Erfindung verläuft die Führungszone entlang einer Schraubenlinie. Es ist auf kostengünstige Weise möglich, einen Schlauch aus Silikon mit einer im Innenraum des Schlauchs befindlichen und aus dem Material des Schlauchs gefertigten schraubenförmigen Führungseinrichtung in einem Arbeitsgang herzustellen. Wenn die Führungszone entlang einer Schraubenlinie verläuft, sind auch Ausführungen denkbar, bei denen die Führungszone mehr als 20% der Oberfläche des Wellenleiters ausmacht.In preferred embodiments of the invention, the guide zone extends along a helix. It is possible in a cost-effective manner to produce a hose made of silicone with a helical guide device located in the interior of the hose and made of the material of the hose in one operation. If the guide zone extends along a helix, embodiments are also conceivable in which the guide zone makes up more than 20% of the surface of the waveguide.

Bei anderen Gestaltungen weist die Führungszone eine Anzahl zueinander beabstandeter, ins Innere des Schlauchs vorragender, ringartiger Vorsprünge auf. Derartige Vorsprünge können z. B. durch Einschnürung mit Hilfe von an der Außenseite des Schlauchs angeordneten Ringen erzeugt werden.In other configurations, the guide zone has a number of spaced, projecting into the interior of the tube, ring-like projections. Such projections can, for. B. by constriction with the help of arranged on the outside of the tube rings are generated.

Bei vorteilhaften Ausführungsformen der Erfindung ist die Führungszone dazu eingerichtet, dass der magnetostriktive Wellenleiter bei exakter Ausrichtung auf der Längsachse des Schlauchs die Führungszone gar nicht (oder allenfalls ganz minimal) berühren würde. Dies wird zum Beispiel erreicht, wenn der magnetostriktive Wellenleiter einen nominal kreisförmigen Querschnitt hat und der Abstand des der Längsachse des Schlauchs am nächsten kommenden Punkts der Führungszone zu der Längsachse des Schlauchs größer ist als der Radius des magnetostriktiven Wellenleiters. In diesem Fall erfasst die Führungszone einen zylindrischen Freiraum im Bereich der Längsachse des Schlauchs nicht, in dem sich der magnetostriktive Wellenleiter befinden kann, ohne irgendwo an die Führunszone zu stoßen. In der Praxis hat der magnetostriktive Wellenleiter zwar keinen exakt geradlinigen Verlauf, sondern berührt gelegentlich die Führungszone. Messtechnisch hat die Abweichung von der geradlinigen Geometrie jedoch keinen Einfluss. Von Vorteil ist, dass wegen des geringfügigen Kontakts zwischen dem magnetostriktiven Wellenleiter und der Führungszone die Dämpfung der mechanischen Welle gering ist.In advantageous embodiments of the invention, the guide zone is adapted to the fact that the magnetostrictive waveguide would not touch the guide zone (or at most very minimal) with exact alignment on the longitudinal axis of the tube. This is achieved, for example, when the magnetostrictive waveguide has a nominally circular cross section and the distance of the point of the guide zone nearest the longitudinal axis of the tube to the longitudinal axis of the tube is greater than the radius of the magnetostrictive waveguide. In this case, the guide zone does not detect a cylindrical clearance in the region of the longitudinal axis of the tube in which the magnetostrictive waveguide can be located without encountering the guide zone. In practice, the magnetostrictive waveguide does not have an exactly rectilinear course but occasionally touches the guiding zone. However, metrologically, the deviation from the straight-line geometry has no influence. It is advantageous that because of the slight contact between the magnetostrictive waveguide and the guide zone, the damping of the mechanical shaft is low.

Vorzugsweise ist in die Wandung des Schlauchs mindestens ein Verstärkungsfaden eingebettet. Der Begriff ”Verstärkungsfaden” ist hier recht allgemein zu verstehen. Der Verstärkungsfaden ist flexibel, so dass sich der Schlauch aufwickeln lässt, muss aber nicht dünn sein und kann aus ganz unterschiedlichen Materialien bestehen, z. B. Metallen, Glasfaser oder Kunststofffasern, auch Mischmaterialien. Es kommen monofile und multifile Verstärkungsfäden in Betracht, letztere z. B. auch gezwirnt oder geflochten. Verstärkungsfäden dienen zur Zugentlastung des Schlauchs, erhöhen seine Formstabilität und können die thermische Expansion des Schlauchs erheblich herabsetzen. Die dadurch erreichte Verbesserung der Eigenschaften kann bei einer hängenden Anwendung in einem hohen Tank wesentlich sein.Preferably, at least one reinforcing thread is embedded in the wall of the tube. The term "reinforcing thread" is to be understood quite generally here. The reinforcing thread is flexible, so that the hose can be wound up, but need not be thin and can be made of very different materials, eg. As metals, glass fiber or plastic fibers, also mixed materials. There are monofilament and multifilament reinforcing threads into consideration, the latter z. B. also twisted or braided. Reinforcing threads serve to relieve strain on the hose, increase its dimensional stability and can significantly reduce the thermal expansion of the hose. The improvement in properties achieved thereby can be essential in a hanging application in a high tank.

In die Wandung des Schlauchs kann auch mindestens ein elektrischer Leiter eingebettet sein, z. B. der zur magnetostriktiven Positionsmessung neben dem Wellenleiter erforderliche Rückleiter. Der elektrische Leiter kann zusätzlich die Funktion eines Verstärkungsfadens übernehmen. Es ist auch denkbar, elektrischen Leiter und nicht leitende Verstärkungsfäden einzubetten.In the wall of the hose and at least one electrical conductor may be embedded, for. B. the magnetostrictive position measurement required next to the waveguide return. The electrical conductor can additionally assume the function of a reinforcing thread. It is also conceivable to embed electrical conductors and non-conductive reinforcing threads.

Ferner kann die Wandung des Schlauchs an ihrer Außenseite mit mindestens einer in Längsrichtung des Schlauchs verlaufenden Aussparung versehen sein, in die ein Verstärkungsfaden oder ein elektrischer Leiter eingelegt ist. Dies ermöglicht es, z. B. einen Verstärkungsfaden oder einen elektrischen Leiter der oben genannten Art mit dem Schlauch zu verbinden, ohne bereits während der Herstellung des Schlauchs eine Einbettung in die Wandung vorzunehmen. Ein Schlauch mit eingebetteten und zusätzlich von außen eingelegten Verstärkungsfäden bzw. elektrischen Leitern ist ebenfalls denkbar.Furthermore, the wall of the hose may be provided on its outside with at least one recess extending in the longitudinal direction of the hose, in which a reinforcing thread or an electrical conductor is inserted. This makes it possible, for. B. to connect a reinforcing thread or an electrical conductor of the type mentioned above with the hose without already making an embedding in the wall during the manufacture of the hose. A hose with embedded and additionally inserted from the outside reinforcing threads or electrical conductors is also conceivable.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung wird robuster, wenn der Schlauch von einem flüssigkeitsdichten Schutzschlauch umgeben ist. Der Schutzschlauch kann z. B. als Wellschlauch aus unmagnetischem Edelstahl ausgestaltet sein. Ein Schwimmer mit einem Magneten, der dem Füllstand in einem Tank folgt, lässt sich auf dem Wellschlauch führen. Ferner kann der Wellschlauch mit dem darin angeordneten Schlauch aus Silikon für Transportzwecke aufgerollt werden.The device according to the invention becomes more robust when the tube is surrounded by a liquid-tight protective tube. The protective tube can z. B. be configured as a corrugated hose made of non-magnetic stainless steel. A float with a magnet following the level in a tank can be guided on the corrugated hose. Furthermore, the corrugated hose with the therein arranged to be rolled up silicone tubing for transportation.

Wie bereits angedeutet, kann die erfindungsgemäße Vorrichtung bei einer magnetostriktiven Füllstandmessung in einem für die Lagerung einer Flüssigkeit eingerichteten Tank verwendet werden. Dabei ist die Vorrichtung von einem oberen Bereich des Tanks (z. B. einem Tankdom) ausgehend in den Tank gehängt und führt einen mit einem Magneten versehenen Schwimmer. Der magnetostriktive Wellenleiter ist an eine Messelektronik angeschlossen, wie sie grundsätzlich aus dem Stand der Technik bekannt ist. Der Schlauch mit dem darin geführten magnetostriktiven Wellenleiter und gegebenenfalls einem umgebenden Schutzschlauch wird vorzugsweise vor der Monatage in einem aufgewickelten Zustand zu dem Tank geliefert.As already indicated, the device according to the invention can be used in a magnetostrictive level measurement in a tank arranged for the storage of a liquid. In this case, the device is hung from an upper area of the tank (eg a tank dome), starting in the tank and carries a float provided with a magnet. The magnetostrictive waveguide is connected to a measuring electronics, as it is known in principle from the prior art. The tube with the guided magnetostrictive waveguide and optionally a surrounding protective tube is preferably delivered to the tank in a wound state prior to the month.

Im Folgenden wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen beschrieben. Die Zeichnungen zeigen inIn the following the invention will be described by means of exemplary embodiments. The drawings show in

1: einen schematischen Längsschnitt durch eine erste Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung mit einem Schlauch, der eine wendelförmige Führungseirichtung für einen magnetostriktiven Wellenleiter aufweist und von einem Wellschlauch umgeben ist, 1 FIG. 2 shows a schematic longitudinal section through a first embodiment of the device according to the invention with a hose which has a helical guide device for a magnetostrictive waveguide and is surrounded by a corrugated hose, FIG.

2: einen schematischen Querschnitt durch den Schlauch gemäß 1, der an seiner Außenseite mit drei Aussparungen für elektrische Leiter versehen ist, 2 a schematic cross section through the hose according to 1 which is provided on its outside with three recesses for electrical conductors,

3: einen schematischen Querschnitt durch einen Schlauch gemäß einer Variante, bei der drei Verstärkungsfäden in die Schlauchwandung eingebettet und drei Aussparungen für elektrische Leiter vorgesehen sind, 3 FIG. 2 shows a schematic cross section through a hose according to a variant, in which three reinforcing threads are embedded in the hose wall and three openings for electrical conductors are provided, FIG.

4: einen schematischen Querschnitt durch einen Schlauch gemäß einer weiteren Variante, bei der drei Verstärkungsfäden bzw. elektrische Leiter in die Schlauchwandung eingebettet sind, 4 FIG. 2 shows a schematic cross section through a hose according to a further variant, in which three reinforcing threads or electrical conductors are embedded in the hose wall, FIG.

5: einen schematischen Längsschnitt durch den Schlauch einer zweiten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung und 5 a schematic longitudinal section through the hose of a second embodiment of the device according to the invention and

6: einen schematischen Längsschnitt durch den Schlauch einer dritten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung. 6 a schematic longitudinal section through the hose of a third embodiment of the device according to the invention.

In der 1 ist eine Ausführungsform einer Vorrichtung 1 zur magnetostriktiven Positionsmessung in einem schematischen Längsschnitt dargestellt.In the 1 is an embodiment of a device 1 for magnetostrictive position measurement shown in a schematic longitudinal section.

Die Vorrichtung 1 weist einen Schlauch 2 mit einer Wandung 4 auf, die aus einem Silikonmaterial besteht und einen Innenraum 5 umgibt. Einstückig mit der Wandung 4 ist eine Führungseinrichtung 6 für einen magnetostriktiven Wellenleiter ausgebildet, der der Übersichtlichkeit halber in 1 nicht eingezeichnet ist. Die Führungseinrichtung 6, die also aus demselben Silikonmaterial wie die Wandung 4 besteht, verläuft im Ausführungsbeispiel wendelförmig, was in 1 nicht besonders gut zu erkennen ist und anhand von 2 erläutert wird.The device 1 has a hose 2 with a wall 4 on, which consists of a silicone material and an interior 5 surrounds. Integral with the wall 4 is a leadership facility 6 formed for a magnetostrictive waveguide, the sake of clarity in 1 is not shown. The management device 6 that is, the same silicone material as the wall 4 is in the exemplary embodiment helical, which in 1 not very well recognizable and by means of 2 is explained.

Der Schlauch 2 ist im Ausführungsbeispiel von einem hermetisch dichten, flexiblen Wellschlauch 8 aus einer nichtmagnetischen Edelstahllegierung umgeben, der ebenfalls Bestandteil der Vorrichtung 1 ist. Der Wellschlauch 8 schützt den Schlauch 2 vor einem Kontakt mit dem Medium in einem Tank, wenn die Vorrichtung 1 in im Wesentlichen vertikaler Ausrichtung in einem Tank eingebaut ist und zur magnetostriktiven Füllstandmessung dient. Ein mit einem Magneten versehener Schwimmer, der sich an der Flüssigkeitsoberfläche des Mediums befindet, kann dabei von dem Wellschlauch 8 geführt werden. Der Schlauch 2 und der Wellschlauch 8 können im Prinzip in beliebiger Länge hergestellt werden. In der Regel entspricht ihre Länge der Höhe des Tanks, in dem die Vorrichtung 1 montiert ist. Vor der Montage in dem Tank lässt sich der Wellschlauch 8 mit dem Schlauch 2 aufrollen, um den Transport zu erleichtern.The hose 2 is in the embodiment of a hermetically sealed, flexible corrugated hose 8th surrounded by a non-magnetic stainless steel alloy, which is also part of the device 1 is. The corrugated tube 8th protects the hose 2 before contact with the medium in a tank when the device 1 is installed in a substantially vertical orientation in a tank and used for magnetostrictive level measurement. A magnet provided with a float, which is located on the liquid surface of the medium, can from the corrugated hose 8th be guided. The hose 2 and the corrugated hose 8th can be made in principle in any length. As a rule, their length corresponds to the height of the tank in which the device 1 is mounted. Before mounting in the tank, the corrugated hose can be 8th with the hose 2 roll up to facilitate transport.

In 2 ist ein schematischer Querschnitt durch den Schlauch 2 gezeigt, und zwar in einer Ebene senkrecht zu der (in 1 der Übersichtlichkeit halber nicht eingezeichneten) Längsachse des Schlauchs 2. Die Führungseinrichtung 6 ist wendelförmig, weshalb sie in der Schnittdarstellung gemäß 2 nur an einer Stelle von der Wandung 4 in den Innenraum 5 des Schlauchs 2 vorspringt. Im Ausführungsbeispiel ist die Querschnittsfläche der Führungseinrichtung 6 weitgehend dreieckig, wie in 2 dargestellt. Wegen des wendelförmigen Verlaufs der Führungseinrichtung 6 würde sich dieses Dreieck bei einem Querschnitt durch den Schlauch 2 in einer anderen Ebene in einer anderen Winkelstellung als in 2 befinden.In 2 is a schematic cross section through the hose 2 shown, in a plane perpendicular to the (in 1 for clarity, not shown) longitudinal axis of the hose 2 , The management device 6 is helical, which is why in the sectional view according to 2 only at one point from the wall 4 in the interior 5 of the hose 2 projects. In the exemplary embodiment, the cross-sectional area of the guide device 6 largely triangular, as in 2 shown. Because of the helical course of the guide device 6 This triangle would be at a cross section through the hose 2 in another plane in a different angle than in 2 are located.

Die 2 zeigt den magnetostriktiven Wellenleiter, der entlang der Längsachse des Schlauchs 2 angeordnet, mit 10 bezeichnet und als ausgefüllter Punkt eingezeichnet ist. Im Ausführungsbeispiel besteht der magnetostriktive Wellenleiter 10 aus einem blanken Metalldraht ohne Isolierung an der Oberfläche. Der magnetostriktive Wellenleiter 10 wird durch die wendelförmige Führungseinrichtung 6 zentriert. An der Spitze des in 2 die Führungseinrichtung 6 darstellenden Dreiecks befindet sich eine Führungszone 12, an der die Führungseinrichtung 6 den magnetostriktiven Wellenleiter 10 berühren kann. In drei Dimensionen und entlang dem Schlauch 2 ist die Führungszone 12 also als schmales Band mit schraubenlinienförmigem Verlauf ausgebildet. Die Fläche der Führungszone 12 ist im Ausführungsbeispiel geringer als 20% der Oberfläche des magnetostriktiven Wellenleiters 10, kann aber grundsätzlich auch größer sein.The 2 shows the magnetostrictive waveguide along the longitudinal axis of the tube 2 arranged with 10 designated and marked as a filled point. In the exemplary embodiment, the magnetostrictive waveguide exists 10 from a bare metal wire without insulation on the surface. The magnetostrictive waveguide 10 is through the helical guide device 6 centered. At the top of the in 2 the management facility 6 representing the triangle is a leadership zone 12 at which the leadership facility 6 the magnetostrictive waveguide 10 can touch. On three Dimensions and along the tube 2 is the leading zone 12 So formed as a narrow band with a helical course. The area of the leading zone 12 in the exemplary embodiment is less than 20% of the surface of the magnetostrictive waveguide 10 , but in principle can be larger.

In 2 ist der magnetostriktive Wellenleiter 10 von einem Kreis 13 umgeben, der sich bis zu der Führungszone 12 erstreckt und einen freien Durchlass im Innenraum 5 des Schlauchs 2 symbolisiert. Dieser freie Durchlass ist wesentlich größer als die Querschnittsfläche des magnetostriktiven Wellenleiters 10, um die Berührungsflächen und die Normalkräfte zwischen Führungseinrichtung 6 und magnetostriktivem Wellenleiter 10 zu minimieren. Die Größe der tatsächlichen Berührungsstellen zwischen dem magnetostriktiven Wellenleiter 10 (der in der Praxis nicht exakt auf der Längsachse des Schlauchs 2 verläuft und die Führungszone 12 gelegentlich berührt) und der Führungszone 12 und die Größe der Normalkraft und die Materialqualität der Führungseinrichtung 6 bestimmen den Dämpfungseffekt. In der dargestellten Konfiguration ist dieser minimiert.In 2 is the magnetostrictive waveguide 10 from a circle 13 surrounded, stretching up to the leading zone 12 extends and a free passage in the interior 5 of the hose 2 symbolizes. This free passage is much larger than the cross-sectional area of the magnetostrictive waveguide 10 to the contact surfaces and the normal forces between guide device 6 and magnetostrictive waveguide 10 to minimize. The size of the actual points of contact between the magnetostrictive waveguide 10 (in practice not exactly on the longitudinal axis of the tube 2 runs and the leadership zone 12 occasionally touched) and the guiding zone 12 and the magnitude of the normal force and the material quality of the guide device 6 determine the damping effect. In the illustrated configuration, this is minimized.

Der Schlauch 2 mit der Führungseinrichtung 6 kann z. B. durch Extrusion gefertigt werden. Dabei ist es praktisch, gleichzeitig einen Zugfaden (z. B. aus Kunststoff) mit einzubringen. Nachdem der Schlauch 2 mit der Führungseinrichtung 6 in den Wellschlauch 8 eingezogen ist, kann dann mit Hilfe dieses Zugfadens der magnetostriktive Wellenleiter 10 in den Innenraum des Schlauchs 2 gezogen werden, so er von der Führungseinrichtung 6 zentriert gehalten wird. Dies bietet den großen Vorteil, dass der empfindliche Wellenleiter 10 nicht der Gefahr von Knicken ausgesetzt wird. Abschließend wird der magnetostriktive Wellenleiter 10 an beiden Enden elektrisch kontaktiert.The hose 2 with the guide device 6 can z. B. be made by extrusion. At the same time, it is convenient to bring in a drawstring (eg made of plastic). After the hose 2 with the guide device 6 in the corrugated hose 8th is retracted, then with the help of this drawstring magnetostrictive waveguide 10 in the interior of the hose 2 he is drawn by the management body 6 is kept centered. This offers the great advantage of being the sensitive waveguide 10 not exposed to the risk of kinking. Finally, the magnetostrictive waveguide 10 electrically contacted at both ends.

In dem in 2 dargestellten Ausführungsbeispiel sind an der Außenseite 14 des Schlauchs 2 drei in Längsrichtung des Schlauchs 2 verlaufende Aussparungen 16 vorgesehen, die zur Führung von elektrischen Leitern 18 (dargestellt als schwarze Punkte) dienen. Die Aussparungen 16 ermöglichen eine reproduzierbare Montage der Rückführungsleitung für den magnetostriktiven Wellenleiter 10 und z. B. von Zuführungen für Temperatursensoren. Je nach Anforderung kann der Fachmann auch eine andere Anzahl von Aussparungen 16 vorsehen, oder es können Aussparungen 16 frei bleiben, d. h. nicht mit Leitern belegt werden. Dadurch, dass die elektrischen Leiter 18 in den Aussparungen 16 fixiert sind, ist das Einführen der Anordnung in den Wellschlauch 8 sehr viel leichter und reproduzierbarer als ohne die Aussparungen 16. Weiterhin wird eine unerwünschte seitlich Auslenkung des Schlauchs 2 vermindert, die wegen der dadurch verursachten Zunahme der Normalkräfte eine Zunahme der Dämpfung bewirken würde.In the in 2 illustrated embodiment are on the outside 14 of the hose 2 three in the longitudinal direction of the hose 2 running recesses 16 provided for the guidance of electrical conductors 18 (shown as black dots). The recesses 16 allow a reproducible assembly of the return line for the magnetostrictive waveguide 10 and Z. B. of feeders for temperature sensors. Depending on the requirement, the person skilled in the art can also use a different number of recesses 16 Provide, or it may be recesses 16 remain free, ie not be occupied with ladders. Because of the electrical conductors 18 in the recesses 16 are fixed, is the introduction of the arrangement in the corrugated tube 8th much easier and more reproducible than without the recesses 16 , Furthermore, an undesirable lateral deflection of the hose 2 diminished, which would cause an increase in damping due to the increase in the normal forces caused thereby.

Die 3 ist eine Darstellung ähnlich wie 2, aber für eine Variante der Vorrichtung. Hierbei ist der Schlauch mit 2' bezeichnet, während die übrigen Bezugszeichen beibehalten sind. Bei dem Schlauch 2' sind zusätzlich drei Verstärkungsfäden 20 (dargestellt als schwarze Punkte) in das Silikonmaterial der Wandung 4 eingebracht, was während der Fertigung erfolgen kann. Die Verstärkungsfäden 20 können z. B. aus Kunststoff, Glas oder auch Metall bestehen und dienen zur Versteifung und Zugentlastung.The 3 is a representation similar to 2 but for a variant of the device. Here is the hose with 2 ' while maintaining the remaining reference numerals. At the hose 2 ' are additionally three reinforcing threads 20 (shown as black dots) in the silicone material of the wall 4 introduced what can be done during manufacture. The reinforcing threads 20 can z. B. made of plastic, glass or metal and serve to stiffen and strain relief.

Ferner begrenzen die Verstärkungsfäden 20 die Wärmeausdehnung des Silikonmaterials auf einen Bruchteil der natürlichen Dehnung. Die Begrenzung der Ausdehnungsunterschiede ist wichtig, da es bei einem langen Schlauch 2 (entsprechend einer großen Messlänge) zu starken. temperaturabhängigen Ausdehnungen und Kontraktionen kommen würde, die unter Umständen einen Ausfall der Vorrichtung hervorrufen könnten. Der magnetostriktive Wellenleiter 10 könnte bei tiefen Temperaturen sogar freigelegt werden, wenn sich der Schlauch 2 zusammengezogen hat, und es könnte zu Kurzschlüssen oder auch zu erhöhten Dämpfungseffekten kommen. Für die Verstärkungsfäden kommen z. B. Glasfasern oder Glasfasergeflecht oder Kunststofffasern oder -geflechte in Frage.Furthermore, the reinforcing threads limit 20 the thermal expansion of the silicone material to a fraction of the natural elongation. Limiting the expansion differences is important as it is with a long hose 2 (corresponding to a large gauge length) too strong. temperature-dependent expansions and contractions would occur, which could possibly cause a failure of the device. The magnetostrictive waveguide 10 could even be exposed at low temperatures when the hose is 2 has contracted, and it could lead to short circuits or increased damping effects. For the reinforcing threads come z. As glass fibers or glass fiber braid or plastic fibers or braids in question.

Die 4 zeigt eine weitere Variante in einem schematischen Querschnitt. Der Schlauch ist hier mit 2'' bezeichnet, während die übrigen Bezugszeichen wiederum beibehalten sind. In diesem Ausführungsbeispiel sind drei elektrische Leiter 22 direkt in das Silikonmaterial der Wandung 4 eingebracht, was während der Herstellung des Schlauchs 2'' erfolgen kann, während an der Außenseite 14 des Schlauchs 2'' keine elektrischen Leiter vorgesehen sind.The 4 shows a further variant in a schematic cross section. The hose is here with 2 '' designated, while the remaining reference numerals are retained again. In this embodiment, three electrical conductors 22 directly into the silicone material of the wall 4 introduced what during the manufacture of the hose 2 '' can be done while on the outside 14 of the hose 2 '' no electrical conductors are provided.

Die elektrischen Leiter 22 bestehen aus Litze oder Draht und wirken zusätzlich wie Stabilisierungsfäden, die auch die Wärmeausdehnung des Silikonmaterials begrenzen. Allerdings ist bei dieser Variante die Konfektionierung der elektrischen Anschlüsse an die Enden der in das Silikonmaterial eingebrachten elektrischen Leiter 22 schwieriger.The electrical conductors 22 consist of strand or wire and also act as stabilizing threads, which also limit the thermal expansion of the silicone material. However, in this variant, the assembly of the electrical connections to the ends of the introduced into the silicone material electrical conductor 22 more difficult.

In der 5 ist in einem schematischen Längsschnitt eine weitere Ausführungsform eines Schlauchs für eine Vorrichtung zur magnetostriktiven Positionsmessung dargestellt.In the 5 is shown in a schematic longitudinal section, a further embodiment of a hose for a device for magnetostrictive position measurement.

Der mit 32 bezeichnete Schlauch aus einem Silikonmaterial weist eine Wandung 34 auf, an der außen in periodischen Abständen Verengungen 35 angeordnet sind, denen gegenüberliegend an der Innenseite des Schlauchs 32 ringartige Vorsprünge 36 entsprechen. Diese Ausführungsform ist besonders einfach herzustellen, indem die Verengungen 35 durch einen Quetschvorgang von außen hervorgerufen werden, z. B. indem ein jeweiliger Drahtring von geeigneter Größe von außen aufgebracht wird (in 5 nicht eingezeichnet), wodurch an der Innenseite ein ringartiger Vorsprung 36 entsteht. Ein in 5 nicht eingezeichneter magnetostriktiver Wellenleiter wird von den als Führungseinrichtung dienenden ringartigen Vorsprüngen 36 auf der Längsachse des Schlauchs 32 gehalten.The one with 32 designated hose made of a silicone material has a wall 34 on, at the outside at periodic intervals constrictions 35 are arranged, which are opposite to the inside of the hose 32 ring-like projections 36 correspond. This embodiment is particularly easy to manufacture by the constrictions 35 be caused by a squeezing from the outside, z. B. by a respective wire ring of suitable size is applied from the outside (in 5 not shown), whereby on the inside a ring-like projection 36 arises. An in 5 not shown magnetostrictive waveguide is used by the serving as a guide ring-like projections 36 on the longitudinal axis of the hose 32 held.

Bei dieser Ausführungsform können ebenfalls Aussparungen für elektrische Leiter und/oder Verstärkungsfäden vorgesehen sein, und elektrische Leiter und/oder Verstärkungsfäden können auch in die Wandung 34 eingebettet sein.In this embodiment, recesses for electrical conductors and / or reinforcing threads may also be provided, and electrical conductors and / or reinforcing threads may also be in the wall 34 be embedded.

Die 6 zeigt einen schematischen Längsschnitt durch eine weitere Ausführungsform eines Schlauchs für eine Vorrichtung zur magnetostriktiven Positionsmessung.The 6 shows a schematic longitudinal section through a further embodiment of a hose for a device for magnetostrictive position measurement.

Der mit 42 bezeichnete Schlauch aus einem Silikonmaterial hat eine Wandung 44, die an ihrer Außenseite glatt und die innen mit ringartigen Vorsprüngen 46 versehen ist. Die ringartigen Vorsprünge 46 dienen als Führungseinrichtung für einen in 6 nicht dargestellten magnetostriktiven Wellenleiter. An der Außenseite können längs verlaufende Aussparungen in der Wandung 44 zur Aufnahme von elektrischen Leitern und/oder Verstärkungsfäden vorgesehen sein.The one with 42 designated hose made of a silicone material has a wall 44 Slippery on the outside and inside with ring-like projections 46 is provided. The ring-like projections 46 serve as a guide for an in 6 not shown magnetostrictive waveguide. On the outside can longitudinal recesses in the wall 44 be provided for receiving electrical conductors and / or reinforcing threads.

Der Schlauch 42 ist beispielsweise durch eine segmentierte Vulkanisierungstechnologie herstellbar. Hierbei wird in einer Form ein Abschnitt vorgegebener Länge (z. B. mit einem oder mit wenigen ringartigen Vorsprüngen) vulkanisiert. Die weiteren Abschnitte werden dann jeweils anvulkanisiert. Auf diese Weise ist ein Silikonschlauch hoher Qualität herstellbar.The hose 42 can be produced for example by a segmented vulcanization technology. In this case, a section of predetermined length (eg with one or a few ring-like projections) is vulcanized in a mold. The other sections are then vulcanized. In this way, a silicone tube of high quality can be produced.

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Claims (11)

Vorrichtung zur magnetostriktiven Positionsmessung, mit einem aus einem Silikonmaterial gefertigten Schlauch (2; 2'; 2''; 32; 42) mit einer Längsachse, in dem ein in Längsrichtung des Schlauchs verlaufender magnetostriktiver Wellenleiter (10) durch eine Führungseinrichtung (6; 36; 46) allgemein zentriert geführt ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Führungseinrichtung (6; 36; 46) einstückig mit dem Schlauch (2; 2'; 2''; 32; 42) ausgebildet ist und dazu eingerichtet ist, den Wellenleiter (10) allenfalls in einer Führungszone (12) zu berühren, die weniger als 20% der Oberfläche des Wellenleiters (10) ausmacht.Device for magnetostrictive position measurement, with a tube made of a silicone material ( 2 ; 2 '; 2 ''; 32 ; 42 ) having a longitudinal axis in which a magnetostrictive waveguide (15) extending in the longitudinal direction of the tube ( 10 ) by a guide device ( 6 ; 36 ; 46 ) is guided generally centered, characterized in that the guide means ( 6 ; 36 ; 46 ) in one piece with the hose ( 2 ; 2 '; 2 ''; 32 ; 42 ) and is adapted to the waveguide ( 10 ) at best in a leadership zone ( 12 ), which are less than 20% of the surface of the waveguide ( 10 ). Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Führungszone (12) entlang einer Schraubenlinie verläuft.Device according to claim 1, characterized in that the guiding zone ( 12 ) runs along a helical line. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Führungszone eine Anzahl zueinander beabstandete, ins Innere des Schlauchs vorragende, ringartige Vorsprünge (36; 46) aufweist.Apparatus according to claim 1, characterized in that the guide zone comprises a number of spaced apart, projecting into the interior of the tube, annular projections ( 36 ; 46 ) having. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der magnetostriktive Wellenleiter (10) einen nominal kreisförmigen Querschnitt hat und der Abstand des der Längsachse des Schlauchs (2; 2'; 2''; 32; 42) am nächsten kommenden Punkts der Führungszone (12) zu der Längsachse des Schlauchs (2; 2'; 2''; 32; 42) größer ist als der Radius des magnetostriktiven Wellenleiters (10).Device according to one of claims 1 to 3, characterized in that the magnetostrictive waveguide ( 10 ) has a nominal circular cross-section and the distance of the longitudinal axis of the hose ( 2 ; 2 '; 2 ''; 32 ; 42 ) at the closest point of the leading zone ( 12 ) to the longitudinal axis of the hose ( 2 ; 2 '; 2 ''; 32 ; 42 ) is greater than the radius of the magnetostrictive waveguide ( 10 ). Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass in die Wandung (4; 34) des Schlauchs (2; 2'; 32) mindestens ein Verstärkungsfaden (20) eingebettet ist.Device according to one of claims 1 to 4, characterized in that in the wall ( 4 ; 34 ) of the hose ( 2 ; 2 '; 32 ) at least one reinforcing thread ( 20 ) is embedded. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass in die Wandung (4; 34) des Schlauchs (2''; 32) mindestens ein elektrischer Leiter (22) eingebettet ist.Device according to one of claims 1 to 5, characterized in that in the wall ( 4 ; 34 ) of the hose ( 2 ''; 32 ) at least one electrical conductor ( 22 ) is embedded. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Wandung (4; 34; 44) des Schlauchs (2; 2'; 32; 42) an ihrer Außenseite (14) mit mindestens einer in Längsrichtung des Schlauchs verlaufenden Aussparung (16) versehen ist, in die ein Verstärkungsfaden oder ein elektrischer Leiter (18) eingelegt ist.Device according to one of claims 1 to 6, characterized in that the wall ( 4 ; 34 ; 44 ) of the hose ( 2 ; 2 '; 32 ; 42 ) on its outside ( 14 ) with at least one longitudinal recess in the tube extending recess ( 16 ) into which a reinforcing thread or an electrical conductor ( 18 ) is inserted. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Schlauch (2; 2'; 32; 42) von einem flüssigkeitsdichten Schutzschlauch (8) umgeben ist.Device according to one of claims 1 to 7, characterized in that the hose ( 2 ; 2 '; 32 ; 42 ) of a liquid-tight protective tube ( 8th ) is surrounded. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Schutzschlauch als Wellschlauch (8) aus unmagnetischem Edelstahl ausgestaltet ist.Apparatus according to claim 8, characterized in that the protective hose as corrugated hose ( 8th ) is made of non-magnetic stainless steel. Verwendung der Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9 zur magnetostriktiven Füllstandmessung in einem für die Lagerung einer Flüssigkeit eingerichteten Tank, wobei die Vorrichtung (1) von einem oberen Bereich des Tanks ausgehend in den Tank gehängt ist und einen mit einem Magneten versehenen Schwimmer führt und wobei der magnetostriktive Wellenleiter (10) an eine Messelektronik angeschlossen ist.Use of the device according to one of claims 1 to 9 for the magnetostrictive level measurement in a tank arranged for the storage of a liquid, wherein the device ( 1 ) is suspended in the tank from an upper region of the tank and carries a float provided with a magnet, and wherein the magnetostrictive waveguide ( 10 ) is connected to a measuring electronics. Verwendung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Schlauch (2; 2'; 32; 42) mit dem darin geführten magnetostriktiven Wellenleiter (10) in einem aufgewickelten Zustand zu dem Tank lieferbar ist.Use according to claim 10, characterized in that the hose ( 2 ; 2 '; 32 ; 42 ) with the magnetostrictive waveguide ( 10 ) is available in a wound state to the tank.
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