DE4341239A1 - Sicherheitsmeßfühler - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Sicherheitsmeßfühler zur Durchflußüberwachung eines strömenden Mediums nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Meßfühler, insbesondere zur Durchflußüberwachung, sind aus den Schriften DE 32 13 902 A1 oder der DE 37 13 981 A1 bekannt. Diese Schriften befassen sich mit der Konstruktion des Meßsystems. Über besondere Konstruktionsmerkmale, wie sie z. B. für den Einsatz in explosionsgefährdeten Bereichen erforderlich sind, geben diese Schriften aber keine Hinweise.

Die Durchflußüberwachung strömender, explosiver Me­ dien erfordert besondere technische Daten und Maß­ nahmen des Explosionsschutzes. Insbesondere muß zwischen dem Sensorsystem und dem äußeren elektri­ schen Anschluß eine flammendurchschlagsichere Ein­ richtung vorhanden sein. Bei elektrischen Systemen müssen die Anschlußdrähte durch diese Sicherung hindurch in den Außenraum geführt sein.

Meßfühler der in Frage stehenden Art sind in der Regel für den Einbau in beengten Verhältnissen vorgesehen. Sie sind daher klein und gedrängt aufgebaut, und es bereitet Schwierigkeiten, die vorgeschriebenen Einrichtungen zu realisieren. Als eine bekannte technische Lösung wird als solche Einrichtung ein PTFE (Teflon)-Stab verwendet, der in das Gehäuse eingepreßt ist, und durch den die Anschlußdrähte durch Bohrungen von einer Mindestlänge von 40 mm hindurchge­ führt sind. Die Realisierung dieser Lösung ist kostenaufwendig und bei kleinen Systemen kaum zu reali­ sieren. Es sind auch Lösungen bekannt geworden, bei denen organische Gießharze, z. B. Epoxidharz, verwendet sind. Diese Harze haben jedoch den Nachteil, daß sie langwirkenden Temperatureinwirkungen nicht widerstehen, daß sie brennbare Eigenschaften haben, daß sie che­ misch angegriffen werden können und daß sie bei dem Zulassungsverfahren eine Anwendungseinschränkung für den Meßfühler mit sich bringen.

Es sind auch Lösungen bekannt, bei denen Durchführun­ gen mit Hilfe von Keramikwerkstoffen, insbesondere Glaskeramiken, realisiert wurden. Diese Lösungen haben jedoch den Nachteil, daß empfindliche sensori­ sche Systeme bei der erforderlichen Wärmenachbehand­ lung beschädigt werden können.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine flammendurchschlag­ sichere Einrichtung für einen Meßfühler nach dem Ober­ begriff des Anspruchs 1 zu realisieren, der die ge­ nannten Nachteile nicht aufweist, von der Temperatur und von der chemischen Belastbarkeit her höchste Resistenz besitzt, und der in einem einfachen Ver­ fahren in das Meßgehäuse eingebracht werden kann, ohne daß eine Wärmenachbehandlung erforderlich ist.

Diese Aufgabe wird durch die in dem Patentanspruch 1 genannten Merkmale gelöst.

Die Verwendung von Mineralstoffmischungen, die von dem pulverförmigen Zustand durch Zusatz von Wasser in den fließfähigen Zustand versetzt werden und danach ohne Wärmenachbehandlung durchhärten, erzeugen Gießkörper, die insbesondere in metallische Innenräume eingebracht, alle Anforderungen erfüllen. Neben einer hohen Temperaturresistenz werden sie auch chemisch, insbesondere von organischen Substan­ zen, nicht angegriffen. Von besonderer Bedeutung sind hier die Werkstoffe auf der Basis von Oxiden und/oder Silikaten oder Karbiden des Aluminiums, Zirkons, Magnesiums oder Siliziums, die vorzugs­ weise durch Zusatz von Wasser anrührbar sind.

Der mit dem oben genannten Verfahren erhaltene Gieß­ körper ist daher insbesondere für die Anwendung in explosionsgefährdeten Bereichen geeignet. Durch das gute Fließverhalten paßt sich der Gußkörper besonders gut in Hinterschneidungen des Metallkörpers ein, so daß auch hochdruckfeste und spaltfreie Durch­ führungen entstehen. Werden für die Durchführungs­ drähte keramik- oder glasseideumhüllte Drähte verwen­ det, so vermischt sich das keramische Gießmaterial mit dem Isolationsgewebe, so daß Drahtdurchführungen entstehen, die Einschmelzeigenschaften aufweisen. Durch den Zusatz von Keramikfasern in dem Keramik- Vergießmaterial kann die natürliche Bruchempfind­ lichkeit des Materials herabgesetzt werden und eine Anpassung an den Wärmeausdehnungskoeffizienten des umgebenden Metalls erzielt werden. Es ist auch denkbar, der Keramik-Vergießmasse andersgeartete Fasern sowie organischer, wie metallischer Art zu­ zusetzen, um besondere Dehnungseigenschaften zu erzielen. Insbesondere um die Druck- und Diffusions­ dichtigkeit des keramischen Materials zu optimieren, können Substanzen eingesetzt werden, die zum Teil noch in dem Material vorhandene Poren auffüllen. Hierzu sind ins­ besondere Werkstoffe auf organischer Basis, wie z. B. Silikon, oder auf anorganischer Basis, wie z. B. Kiesel­ säure, geeignet.

Durch die Zugabe von Kieselsäure oder vergleichbaren Sub­ stanzen, die verkieselnde Eigenschaften haben, wird bei nicht oder schlecht härtenden Mineralien eine ausreichende Härtung ermöglicht. Insbesondere können auch mineralische Substanzen verwendet werden, wie sie für hydraulische Binde­ mittel bekannt sind. Eine besondere Mischung stellt die Kombination von Titandioxid und Betonit dar, die ohne Brenn­ vorgang Verwendung findet.

Anhand eines Ausführungsbeispiels wird die Erfindung näher erläutet.

Der Sicherheitsmeßfühler besteht nach Fig. 1 aus dem Meß­ fühlergehäuse 1. Im Bereich der Anschlußdrähte 2 ist das Meßgehäuse geöffnet. Mit Hilfe des Gewindes 3 wird es in einen Behälter hineingeschraubt. Stirnseitig weist das Meß­ gehäuse einen zylindrischen Meßstift 4 auf. Innerhalb dieses Meßstiftes ist das Meßsystem 5 eingebracht. Es ist in Harz eingebettet 6. Der Innenbereich des Meßgehäuses weist zahl­ reiche Hinterschneidungen in der Metallwandung auf 7. Der an das Harz 6 anschließende Innenbereich des Meßgehäuses ist mit Vergießmaterial 8 aufgefüllt. Durch die Mineral­ stoffmischung hindurch sind die polyimidisolierten Drähte des Meßsystems 9 hindurchgeführt. Im geöffneten Bereich des Meß­ gehäuses 10 ist eine Platine vorgesehen, an die die Anschluß­ drähte des Meßsystems 5 herangeführt sind. Auf der Platine sind Bauelemente aufgebracht, die der Signalverarbeitung des von dem Sensor gelieferten elektrischen Signals dienen. Der offene Bereich des Sensorgehäuses 10 ist durch ein gefülltes Epoxidharz aufgefüllt. Die Anschlußdrähte 2 des so beschriebe­ nen Sicherheitsmeßfühlers sind entweder direkt durch eine Verschraubung in den Außenraum geführt oder sind mit einem Steck/Klemmanschluß 12 verbunden.

Um die Anschlußdrähte 9 der sensorischen Funktions­ elemente 5 innerhalb der Mineralstoffmischung parallel zueinander zu führen, wird das Meß­ system 5 zusammen mit den Anschlußdrähten 9 und einer als Abstandhalter dienenden Lochscheibe im Harz 6 eingebettet. Nach dem Durchhärten werden die Drähte parallel gespannt und die Mineralstoff­ mischung eingebracht. Die Entspannung erfolgt erst nach Durchhärten der Mischung.

Diese anhand der Fig. 1 beschriebene Technik ist nicht nur auf die Anwendung für Meßfühler zur Durch­ flußüberwachung eingeschränkt, sondern sie kann auch dazu verwendet werden, ein stirnseitig in einem Meß­ gehäuse eingebautes Meßsystem, z. B. eine Spule eines induktiven Initiators, sicher vom Außenraum zu trennen Fig. 2. Der besondere Vorzug mineralischer Vergußmaterialien besteht insbesondere auch darin, daß die Vergußlänge kürzer gewählt werden kann, als dies bei der Verwendung organischer Blöcke zulässig wäre.

Claims (9)

1. Sicherheitsmeßfühler, der aus einem vorzugsweise in eine Wandung einschraubbaren metallischen Meß­ gehäuse besteht, wobei die Wandung Zonen unterschied­ licher Explosionsgefährdung voneinander trennt, dessen stirnseitiges Gehäuseteil eine metallisch geschlossene Membran gegenüber dem explosions­ gefährdeten Bereich darstellt, das nur im Bereich der Zuführung der elektrischen Anschlußdrähte geöffnet ist, das vorzugsweise als Drehteil ein­ stückig gefertigt ist, mit sensorischen Funktions­ elementen, die im Inneren des stirnseitigen Teils des Meßgehäuses angebracht sind, die auf wärme­ leitenden, induktiven oder akustischen Wirkungs- Prinzipien beruhen, dadurch gekennzeichnet, daß der Innenraum des Meßgehäuses in dem Bereich, der sich zwischen den elektrischen Funktionsele­ menten und den von außen in das Gehäuse einge­ führten Anschlüssen befindet, mit einem Werkstoff ausgefüllt ist, der aus einer mit einer Flüssig­ keit ansetzbaren, pulverförmigen Mineralstoff­ mischung besteht, die im kalten Zustand erhärtet und die keine thermische Nachbehandlung erfordert.

2. Sicherheitsmeßfühler nach Anspruch 1, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Mineralstoffmischung auf der Basis von Oxiden, und/oder Silikaten oder Karbiden des Aluminiums, Zirkons, Magnesiums oder Siliziums hergestellt ist.

3. Sicherheitsmeßfühler nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Mineralstoff­ mischung ca. 44% Silizium-Dioxid, 36% Silizium- Silikat, 16% Zirkondioxid und 4% Kieselsäure oder mindestens ein Mineral mit Betonit enthält.

4. Sicherheitsmeßfühler nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Mineralstoff­ mischung vorzugsweise durch Zusatz von Wasser anrührbar ist.

5. Sicherheitsmeßfühler nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Mineralstoffmischung auch organische Zusätze oder Fasern, mineralische oder metalli­ sche Fasern enthält.

6. Sicherheitsmeßfühler nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß in das Meßgehäuse in seinem endseitigen, den elektrischen Außenanschlüssen enthaltenden Teil, eine vorzugsweise in Epoxidharz einge­ bettete und mit elektrischen Bauelementen versehene Platine eingebracht ist.

7. Sicherheitsmeßfühler nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die durch die Mineralstoffmischung hindurch­ geführten Anschlußdrähte mit Glasseide, Keramik­ seide, Polyimid oder Teflon elektrisch isoliert sind.

8. Sicherheitsmeßfühler nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die sensorischen Elemente zusammen mit ihren Anschlußdrähten und einem Abstandshalter, der die Parallelführung der Drähte zueinander sicherstellt, stirnseitig vorzugsweise mit einem Epoxidharz eingegossen ist, daß nach Durchhärten des Harzes die in einen fließfähigen Zustand gebrachte Mineralstoff­ mischung in das Gehäuse eingeführt ist, und die Anschlußdrähte solange mit einem zweiten Abstandshalter gespannt sind, bis die Härtung der Mineralstoffmischung erfolgt ist.

9. Sicherheitsmeßfühler nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Befestigung des Meßgehäuses mit der Wandung durch einen mit dem Sicherheitsmeßfühler zu einem Teil verbundenen Flansch besteht.