DE102016218162B4

DE102016218162B4 - Füllstandradargerät mit Linsenantenne mit Abtropfkante

Info

Publication number: DE102016218162B4
Application number: DE102016218162.9A
Authority: DE
Inventors: Klaus Kienzle; Christian Sum
Original assignee: Vega Grieshaber KG
Current assignee: Vega Grieshaber KG
Priority date: 2016-09-21
Filing date: 2016-09-21
Publication date: 2023-07-13
Anticipated expiration: 2036-09-22
Also published as: DE102016218162A1

Abstract

Füllstandradargerät, aufweisend:eine Hornantenne (101);eine an der Öffnung der Hornantenne (101) angeordnete Linsenvorrichtung (102) mit einer Linse (103);wobei die Linse (103) eine umlaufende Erhebung (104) aufweist, die als Abtropfkante wirkt, so dass Flüssigkeit, die sich an einer Seitenfläche des Füllstandradargeräts sammelt und in Richtung der Linse (103) läuft, an der Erhebung abtropft und nicht die Linse (103) erreicht; wobei die Linsenvorrichtung (102) einen zylindrischen Bereich (107) aufweist, der in die umlaufende Erhebung (104) mündet und welcher über die Hornantenne (101) gestülpt ist, um die Linsenvorrichtung (102) an der Hornantenne (101) zu befestigen.

Description

Gebiet der Erfindung
Die Erfindung betrifft die Füllstandmesstechnik. Insbesondere betrifft die Erfindung ein Füllstandradargerät mit einer Hornantenne, eine Linsenvorrichtung für ein Füllstandradargerät mit einer Hornantenne und eine Hornantenne für ein Füllstandradargerät.
Hintergrund
Die Antennen von Füllstandradarmessgeräten können eine fokussierende Linse aufweisen, welche am Ausgang der Antenne angeordnet ist. Diese Linse kann auch dabei helfen, zu vermeiden, dass Flüssigkeit in das Innere der Antenne gelangt. Hierdurch wird das Innere der Antenne geschützt. Allerdings kann die sich auf der Linsenoberfläche absetzende Flüssigkeit dazu führen, dass sich die Eigenschaften der Antenne und damit die Messgenauigkeit des Füllstandmessgeräts verschlechtern.
DE 10 2005 056 042 A1 beschreibt einen metallisierten Kunststoffantennentrichter für ein Füllstandradar, der einen Kunststoffantennenkörper mit einer innenseitigen Metallisierung aufweist. Am Ausgang des Antennenhorns ist eine Linse angebracht.
US 2015/0288069 A1 beschreibt eine Hornantenne mit einer Linse.
US 2015/0135827 A1 beschreibt eine beheizte Hornantenne.
Zusammenfassung der Erfindung
Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die Messgenauigkeit eines Füllstandmessgeräts mit einer mit einer Linse versehenen Hornantenne zu verbessern.
Diese Aufgabe wird durch die Merkmale der unabhängigen Patentansprüche gelöst. Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.
Ein erster Aspekt der Erfindung betrifft ein Füllstandradargerät mit einer Hornantenne. An der dem Füllgut zugewandten Öffnung der Hornantenne ist eine Linsenvorrichtung mit einer Linse angeordnet. Die Linse weist eine umlaufende Erhebung auf, die als Abtropfkante wirkt, sodass Flüssigkeit, die sich an einer Seitenfläche des Füllstandradargeräts sammelt und in Richtung der Linse läuft, an der Erhebung abtropft und nicht auf die Linse gelangt.
Die Linsenvorrichtung kann derart ausgeführt sein, dass sie das Innere der Hornantenne gegen die Außenwelt abdichtet. Hierfür kann ein Schraubgewinde in Kombination mit einem oder mehreren Dichtringen vorgesehen sein.
Bei der Linse handelt es sich beispielsweise um eine konvexe oder bikonvexe Linse, die eine nach außen gewölbte Außenfläche aufweist. Diese Außenfläche zeigt in Richtung Füllgut, wenn das Füllstandradargerät installiert ist.
Die Wölbung der Außenfläche kann derart ausgeprägt sein, dass die Linse in Bezug auf die Abtropfkante vorsteht. Da die Abtropfkante im Verhältnis zur Linse eine verhältnismäßig geringe Höhe bzw. Längserstreckung (Anmerkung: Die „Längserstreckung“ läuft in Richtung der Hauptabstrahlrichtung der Antenne) aufweist, beeinflusst sie die Abstrahlcharakteristik der Antenne nicht oder nur geringfügig.
Beispielsweise weist die umlaufende Erhebung einen spitz zulaufenden Querschnitt auf. Die innenseitigen und außenseitigen Stirnflächen der umlaufenden Erhebung können jeweils konisch ausgebildet sein. Die innenseitige Stirnfläche kann insbesondere eine Fortsetzung der konischen Innenwandung der Hornantenne ausbilden, sich also (ggf. in einem gewissen Abstand) an die Innenwandung der Hornantenne anschließen.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung weist die Linsenvorrichtung einen zylindrischen Bereich auf, der in die umlaufende Erhebung mündet (diese bildet also die „Spitze“ des zylindrischen Bereichs). Der zylindrische Bereich ist ausgeführt, über die Hornantenne gestülpt zu werden, um die Linsenvorrichtung an der Hornantenne zu befestigen. Dies kann beispielsweise über eine Schraubverbindung erfolgen, oder aber auch über eine Schnappverbindung.
Beispielsweise ist die Linsenvorrichtung einstückig hergestellt. Die Linse kann insbesondere aus Kunststoff bestehen und im Spritzgussverfahren hergestellt sein.
Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft eine Linsenvorrichtung für ein Füllstandradargerät, welche eine Linse aufweist. Wie bereits oben beschrieben weist die Linse eine umlaufende Erhebung auf, die als Abtropfkante wirkt, sodass Flüssigkeit, die sich an einer Seitenfläche des Füllstandradargeräts sammelt und in Richtung der Linse läuft, an der Erhebung abtropft und nicht die Linse erreicht.
Die Linsenvorrichtung kann darüber hinaus die oben und im Folgenden beschriebenen zusätzlichen Merkmale aufweisen.
Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft eine Hornantenne für ein Füllstandradargerät mit einer oben und im Folgenden beschriebenen Linsenvorrichtung.
Im Folgenden werden mit Verweis auf die Figuren Ausführungsbeispiele der Erfindung beschrieben. Werden in der folgenden Figurenbeschreibung die gleichen Bezugszeichen verwendet, so bezeichnen diese gleiche oder ähnliche Elemente.
Figurenliste

1 zeigt den unteren Bereich eines Füllstandradargeräts gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung.
2 zeigt eine vergrößerte Darstellung der Öffnung der Hornantenne eines Füllstandradargeräts gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung.
3 zeigt den unteren Bereich eines Füllstandradargeräts gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung.
4 zeigt den unteren Bereich eines Füllstandradargeräts gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung.
5 zeigt den unteren Bereich eines Füllstandradargeräts gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung.

Detaillierte Beschreibung von Ausführungsbeispielen
1 zeigt ein Füllstandradargerät welches insbesondere in einem Außenbereich installiert werden kann, sodass es der Witterung ausgesetzt ist. Das Füllstandradargerät ist beispielsweise für die Anwendung im K-Band ausgelegt und weist eine Hornantenne 101 auf, die aus Metall ausgeführt sein kann. Alternativ kann auch eine Kunststoffhornantenne vorgesehen sein, die eine metallische Beschichtung an ihrer Innenfläche aufweist.
Über die Hornantenne 101 ist eine Linsenvorrichtung 102 gestülpt, die sich im Wesentlichen aus einer bikonvexen Linse 103, einer umlaufenden Erhebung 104 und einem zylindrischen Bereich 107 zusammensetzt. Beispielsweise handelt es sich hierbei um ein einstückiges Bauteil, das aus einem Werkstück gedreht wird. Der zylindrische Bereich dient einerseits der Befestigung der Linsenvorrichtung am Füllstandradargerät und andererseits der Abdichtung des Inneren 111 der Hornantenne gegen die Außenwelt.
Die Linse 103 weist eine gewölbte Innenfläche 109 und eine gewölbte Außenfläche 108 auf. Es können aber auch andere Linsenformen vorgesehen sein. Beispielsweise kann die Linse eine nach unten hin kegelförmig zulaufende Form aufweisen.
Der umlaufende Rand bzw. die umlaufende Erhebung 104 weist einen dreieckigen Querschnitt mit einer innenseitigen Stirnfläche 105 und einer außenseitigen Stirnfläche 106 auf, die beispielsweise einen Winkel zwischen 45 und 90 Grad einschließen. Die innenseitige Stirnfläche 105 befindet sich auf derselben (kegelförmigen) Mantelfläche wie die kegelförmige Innenfläche 112 des Antennenhorns. Sie kann aber auch weiter außen angeordnet sei.
Im oberen Bereich des zylindrischen Bereichs 107 der Linsenvorrichtung kann ein Gewinde 120 vorgesehen sein, um die Linsenvorrichtung mit dem Gehäuse des Füllstandradargeräts zu verbinden und diese daran zu befestigen. Zur Abdichtung zwischen der Linsenvorrichtung und dem Gehäuse 115 des Füllstandradargeräts können eine oder mehrere Dichtringe 113, 114 vorgesehen sein, welche sich beispielsweise oberhalb des Gewindes 120 befinden.
Auch kann sich im unteren Bereich des konischen Bereichs ein Dichtring 115 befinden (vgl. 2). Die Hornantenne kann, insbesondere wenn sie aus Kunststoff gefertigt ist, eine metallische Beschichtung aufweisen. Sie kann aber auch aus einem konischen Metallkörper 110 gefertigt sein oder aus einem Metallblock, wie er in der 1 zu sehen ist, der eine konische Ausnehmung aufweist, um das Innere des Antennenhorns auszubilden.
Aufgrund der umlaufenden Erhebung 104 um die Linse herum können Flüssigkeiten, die am Füllstandradargerät und insbesondere an der Antenne herunterlaufen, gezielt im Außenbereich der Linse 103 zum Abtropfen gebracht werden, sodass die Antenneneigenschaften im Abstrahlbereich der Linse durch Umwelteinflüsse möglichst wenig beeinflusst werden.
Mit der umlaufenden Erhebung in Form einer Abtropfkante an der Antenne soll verhindert werden, dass Flüssigkeiten, wie beispielsweise Regenwasser oder Kondensat, über die Linse 103 ablaufen. Damit wird erreicht, dass das Abstrahl- bzw. Empfangsverhalten der Linsenantenne möglichst wenig beeinflusst wird.
Die 3 bis 5 zeigen weitere Ausführungsbeispiele der unteren Bereiche eines Füllstandradargeräts. Im Unterschied zu Ausführungsbeispiel der 1 sind die umlaufenden Erhebungen anders ausgeführt. Auch im Ausführungsbeispiel der 3 sind eine außenseitige Stirnfläche 106 und eine sich daran anschließende innenseitige Stirnfläche 105 vorgesehen, wobei die außenseitige Stirnfläche 106 in diesem Ausführungsbeispiel eine Wölbung oder einen Knick in Richtung der Spitze 302 der umlaufenden Erhebung aufweist.
Der Endabschnitt der außenseitigen Stirnfläche 106 läuft vertikal auf die Spitze 302 zu. Der Verlauf der außenseitigen Stirnfläche 106 ist jedoch zunächst schräg nach außen gerichtet, im Gegensatz zum Ausführungsbeispiel der 1, wo er schräg nach innen gerichtet ist. So fließt ein Tropfen von der Gehäuseaußenseite nach unten und wird dann durch die außenseitige Stirnfläche 106 nach außen geführt, weg von der Linse 103.
Die innenseitige Stirnfläche 105 ist wie im Ausführungsbeispiel der 1 schräg nach außen gerichtet. Im Anschluss an die innenseitige Stirnfläche 105 ist ein horizontal verlaufender, ringförmiger Abschnitt 301 vorgesehen, an den sich die Linse 103 anschließt.
Auch im Ausführungsbeispiel der 4 ist die außenseitige Stirnfläche 106 vom Gehäuse 107 ausgehend schräg nach außen gerichtet und befindet sich auf einer (virtuellen) Kegelmantelfäche. Daran schließt sich eine horizontale Fläche 303 an, die ringförmig ausgeführt ist, an welche sich eine schräge, nach innenlaufende Fläche 304 anschließt, in die Abtropfkante 302 mündet. Auf der gegenüberliegenden Seite der Fläche 304 befindet sich die innenseitige Stirnfläche 105, welche somit zusammen mit der Fläche 304 die nach unten weisende Abtropfkante 302 ausbildet.
Letztendlich sind also zwei Abtropfkanten 302, 305 vorgesehen. Die eine wird durch die zusammenlaufenden Flächen 106, 303 gebildet, und die andere durch die zusammenlaufenden Flächen 304, 105. Die Abtropfkante 302 befindet sich nach innen versetzt und unterhalb der Abtropfkante 305, so dass Wasser, welches am Gehäuse 107 nach unten läuft, zunächst an der Abtropfkante 305 abtropfen kann, und, falls dies nicht geschieht, weiter nach unten laufen kann zur Abtropfkante 302. Wie auch im Ausführungsbeispiel der 3 schließt sich an die innenseitige Stirnfläche 105 die horizontale Fläche 301 an, welche in die Linse 103 mündet.
Im Ausführungsbeispiel der 5 ist nur eine Abtropfkante 302 vorgesehen, welche durch die zusammenlaufenden Stirnflächen 106, 105 gebildet wird, wobei die außenseitige Stirnfläche 106 schräg nach außen gerichtet ist und die „innenseitige“ Stirnfläche 105 horizontal, also einen Kreisring ausbildet, an den sich die Linse 103 anschließt. Der Winkel zwischen den die Abtropfkanten ausbildenden Flächen beträgt typischer Weise um die 45 Grad, kann aber auch größer oder geringer ausfallen, beispielsweise zwischen 60 und 30 Grad.
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.

Claims

Füllstandradargerät, aufweisend: eine Hornantenne (101); eine an der Öffnung der Hornantenne (101) angeordnete Linsenvorrichtung (102) mit einer Linse (103); wobei die Linse (103) eine umlaufende Erhebung (104) aufweist, die als Abtropfkante wirkt, so dass Flüssigkeit, die sich an einer Seitenfläche des Füllstandradargeräts sammelt und in Richtung der Linse (103) läuft, an der Erhebung abtropft und nicht die Linse (103) erreicht; wobei die Linsenvorrichtung (102) einen zylindrischen Bereich (107) aufweist, der in die umlaufende Erhebung (104) mündet und welcher über die Hornantenne (101) gestülpt ist, um die Linsenvorrichtung (102) an der Hornantenne (101) zu befestigen.
Füllstandradargerät nach Anspruch 1, wobei die Linse (103) eine konvexe oder bikonvexe Linse ist, die eine nach außen gewölbte Außenfläche (108) aufweist.
Füllstandradargerät nach Anspruch 1 oder 2, wobei die umlaufende Erhebung (104) einen spitz zulaufenden Querschnitt aufweist.
Füllstandradargerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die umlaufende Erhebung (104) eine innenseitige Stirnfläche (105) und eine außenseitige Stirnfläche (106) aufweist; wobei die Hornantenne (101) eine konische Innenwandung aufweist, welche durch die innenseitige Stirnfläche der umlaufenden Erhebung fortgesetzt wird.
Füllstandradargerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Linsenvorrichtung (102) einstückig hergestellt ist.
Füllstandradargerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Linsenvorrichtung (102) im Spritzgussverfahren hergestellt ist.
Linsenvorrichtung (102) für ein Füllstandradargerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Linsenvorrichtung (102) eine Linse (103) aufweist; wobei die Linse (103) eine umlaufende Erhebung (104) aufweist, die als Abtropfkante wirkt, so dass Flüssigkeit, die sich an einer Seitenfläche des Füllstandradargeräts sammelt und in Richtung der Linse (103) läuft, an der Erhebung abtropft und nicht die Linse (103) erreicht.
Hornantenne (101) für ein Füllstandradargerät nach einem der Ansprüche 1 bis 6, mit einer an der Öffnung der Hornantenne (101) angeordneten Linsenvorrichtung (102) mit einer Linse (103); wobei die Linse (103) eine umlaufende Erhebung (104) aufweist, die als Abtropfkante wirkt, so dass Flüssigkeit, die sich an einer Seitenfläche des Füllstandradargeräts sammelt und in Richtung der Linse (103) läuft, an der Erhebung abtropft und nicht die Linse (103) erreicht.