DE102004017560B4

DE102004017560B4 - Füllstandmesser für Flaschen

Info

Publication number: DE102004017560B4
Application number: DE102004017560A
Authority: DE
Inventors: Isabell Ruf; Melanie Rauber; Clemens Hengstler; Martin Wigant; Viktor Ohm; Thorsten Heizmann
Original assignee: Vega Grieshaber KG
Current assignee: Vega Grieshaber KG
Priority date: 2003-04-10
Filing date: 2004-04-07
Publication date: 2007-03-15
Anticipated expiration: 2024-04-08
Also published as: DE102004017560A1

Abstract

Füllstandmesser mit
1.1. einem oberhalb der Oberfläche eines Füllguts (4, 14, 24) angeordneten oder anordenbaren Sender (5, 15, 25), mit welchem ein Signal (7, 17, 27) in Richtung der Oberfläche des Füllguts (4, 14, 24) aussendbar ist,
1.2. einem oberhalb der Oberfläche des Füllguts (4, 14, 24) angeordneten oder anordenbaren Empfänger (6, 16, 26), mit welchem vom Sender (5, 15, 25) ausgesandte und an der Oberfläche des Füllguts (4, 14, 24) reflektierte Signale (8, 18) detektierbar sind,
1.3. einer Steuerung für den Sender (5, 15, 25),
1.4. einer Einrichtung zur Ermittlung der Laufzeit eines vom Sender (5, 15, 25) emittierten, an der Oberfläche des Füllguts (4, 14, 24) reflektierten und im Empfänger (6, 16, 26) detektierten Signals, und
1.5. einer Auswerteeinheit zur Ermittlung des Füllstands aus dieser Lauf zeit,
dadurch gekennzeichnet, dass
der Füllstandmesser (20) auf die Öffnung von Flaschen (21) aufsetzbar ist,...

Description

Die Erfindung betrifft einen Füllstandmesser gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
In vielen privaten wie auch gewerblichen Bereichen ist es zweckmäßig, den Füllstand eines Behälters berührungslos zu messen. Hierbei finden verschiedene Füllstandmesser Verwendung.

So sind in der US 4,448,207 und der DE 100 09 406 C2 Füllstandmesser beschrieben, bei welchen über der Oberfläche eines in einem Behälter befindlichen Füllgutes ein Sender und ein Empfänger nebeneinander angeordnet sind. Während des Betriebs dieser Füllstandmesser wird von dem Sender ein Signal ausgesandt, welches an der Oberfläche des Füllgutes reflektiert wird, wobei die reflektierten Signale vom Empfänger detektiert werden. Die Bestimmung des Füllstandes in dem Behälter erfolgt durch Auswertung der Laufzeit der Signale vom Verlassen des Senders an bis zur Detektion des reflektierten Signals im Empfänger. Als weiterer Stand der Technik werden die DE 195 11 234 A1 , die DE-AS 1 150 214, die DE 101 08 218 A1 , die GB 2 357 617 A und die US 4,811,595 genannt.

Damit bei einer Nebeneinanderanordnung von Sender und Empfänger die an der Oberfläche des Füllgutes reflektierten Wellen in den Empfänger gelangen können, muss entsprechend der Abstrahlcharakteristik des Senders und der Richtcharakteristik des Empfängers ein Mindestabstand zwischen dem Sender bzw. Empfänger und der Oberfläche des Füllgutes eingehalten werden. Ist der Füllstandmesser direkt an der Oberkante des Behälters angeordnet, so hat dies zur Folge, dass der Behälter nicht vollständig gefüllt werden kann, da andernfalls der genannte Mindestabstand nicht eingehalten wäre. Zudem bedingt die Nebeneinanderanordnung von Sender und Empfänger einen relativ hohen Platzbedarf des Füllstandmessers in der Breite. Infolgedessen kann ein derartiger Füllstandmesser in engen Behälteröffnungen, z.B. engen Flaschenhälsen oder dergleichen, nicht eingesetzt werden.

Wie in der DE 100 09 406 C2 angeführt, lässt sich dieser Platzbedarf in der Breite verringern, indem nur ein Signalwandler eingesetzt wird, welcher als Sender und Empfänger dient. Da ein Sender allerdings immer eine gewisse Zeit lang nachschwingt, ist der Signalwandler nicht unmittelbar nach Aussendung des Signales in seiner Funktion als Empfänger empfangsbereit, sondern es muss zunächst das Abklingen der Nachschwingvorgänge abgewartet werden. Dies bedingt wiederum einen noch größeren Mindestabstand zwischen dem Sender bzw. Empfänger und der Oberfläche des Füllgutes als bei Nebeneinanderanordnung von getrennten Sender- und Empfängereinheiten. Bei Verwendung von in der Füllstandsmesstechnik üblichen Ultraschallsignalen ergeben sich so Mindestabstände im Bereich von einigen Dezimetern.

Der Erfindung liegt somit das Problem zugrunde, einen Füllstandmesser zur Verfügung zu stellen, bei welchem der erforderliche Mindestabstand zwischen Sender bzw. Empfänger und der Oberfläche des Füllgutes reduziert ist und welcher zudem einen geringen Platzbedarf in der Breite aufweist, so dass der Füllstandsmesser auf Flaschen aufsetzbar ist.

Dieses Problem wird erfindungsgemäß gelöst durch einen Füllstandmesser mit den Merkmalen des Anspruchs 1.

Die der Erfindung zugrunde liegende Idee besteht darin, den Sender entweder über oder unter dem Empfänger anzuordnen. Auf diese Weise ergibt sich gegenüber einem Füllstandmesser mit einem neben dem Sender angeordneten Empfänger ein verringerter Platzbedarf des Füllstandmessers in der Breite, ohne dass eine Erhöhung des Mindestabstandes zwischen Sender bzw. Empfänger und der Oberfläche des Füllgutes damit einherginge. Darüber hinaus treten weniger Störreflexionen auf, wodurch die Detektion der an der Füllgutoberfläche reflektierten Signale erleichtert ist. Somit ergibt sich im Vergleich zu Füllstandmessern mit einem neben dem Sender angeordneten Empfänger eine weitere Reduktion des Mindestabstandes zwischen Sender bzw. Empfänger und der Oberfläche des Füllgutes. Des Weiteren ist der Füllstandmesser mit einer Steuerung für den Sender versehen sowie mit einer Einrichtung zur Ermittlung der Laufzeit eines vom Sender emittierten, an der Oberfläche des Füllgutes reflektierten und vom Empfänger detektierten Signals. Die Ermittlung des konkreten Füllstandes in dem zu vermessenden Behälter erfolgt anhand der Laufzeit in einer Auswerteeinheit.

Eine Ausführungsform der Erfindung sieht vor, dass der Sender und dessen Steuerung sowie der Empfänger für die Aussendung bzw. den Empfang von Ultraschallsignalen, insbesondere von Ultraschallwellenpaketen, ausgelegt sind. In diesem Fall beträgt der Mindestabstand zwischen der Oberfläche des Füllgutes und dem im erfindungsgemäßen Füllstandmesser angeordneten Empfänger bzw. Sender, je nachdem welcher näher an der Oberfläche des Füllgutes liegt, lediglich noch etwa 3 cm.

In einer bevorzugten Ausgestaltungsvariante der Erfindung besteht die Einrichtung zur Ermittlung der Laufzeit eines vom Sender ausgesandten, an der Oberfläche des Füllgutes reflektierten und vom Empfänger detektierten Signals im Wesentlichen aus einer Zeitmessvorrichtung, bei welcher durch Aussenden eines Signals vom Sender der Zeitmessvorgang gestartet werden kann, und einem als Komparator beschalteten, mit dem Empfänger verbundenen Oparationsverstärker, welcher bei der Detektion des von der Oberfläche des Füllgutes reflektierten Signals ein Stoppsignal liefert, mit welchem der Messvorgang in der Zeitmessvorrichtung gestoppt werden kann. Des Weiteren ist es von Vorteil, wenn der ermittelte Füllstand des Behälters direkt am Füllstandmesser abgelesen werden kann. In einer bevorzugten Ausführungsvariante des erfindungsgemäßen Füllstandmessers ist daher eine Anzeige für den ermittelten Füllstand des Behälters vorgesehen.

Eine Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass die Auswerteeinheit zur Ermittlung des Füllstandes des Behälters aus der Laufzeit eines vom Sender ausgesandten, an der Oberfläche des Füllgutes reflektierten und im Empfänger detektierten Signals im Wesentlichen aus einem EPROM-Speicher besteht. In diesem wird der ermittelten Laufzeit ein Füllstand des Behälters zugeordnet. Sofern komfortablerweise eine absolute Füllmenge ermittelt werden soll, erfolgt in einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung zudem eine Einbeziehung der im EPROM-Speicher hinterlegbaren Geometriedaten des zu vermessenden Behälters.

Eine weitere Ausgestaltungsvariante der Erfindung sieht vor, dass der Sender von der Steuerung mittels Rechtecksignalen ansteuerbar ist, wobei insbesondere Rechtecksignale mit einer Frequenz von 30-45 kHz Verwendung finden, die beispielsweise aus fünf Perioden gebildet sind. Die Rechtecksignale können aber auch eine deutlich höhere Frequenz von z.B. 1 MHz oder größer aufweisen.

In einer besonderen Ausgestaltungsvariante des erfindungsgemäßen Füllstandmessers ist dieser auf die Öffnung von Flaschen aufsetzbar, sodass er mobil und flexibel eingesetzt werden kann.

Eine Weiterbildung der Erfindung sieht ferner vor, dass in der Auswerteeinheit Daten zur relativen und/oder absoluten Füllstandsermittlung für verschiedene Behälter speicherbar sind. Vorteilhafterweise ist weiterhin ein Wahlschalter oder dergleichen zur Abstimmung des Füllstandmessers auf den zu vermessenden Behälter vorgesehen, bei dessen Betätigung die geeigneten, in der Auswerteeinheit hinterlegten Daten zur Auswertung der Laufzeiten herangezogen werden. Auf diese Weise kann der Füllstandmesser flexibel bei verschiedenen Behältern eingesetzt werden.

Im Folgenden wird die Erfindung anhand von Figuren näher erläutert. Es zeigen
1a Funktionsprinzip nebeneinander angeordneter Sender und Empfänger, welches den Stand der Technik bildet,
1b erfindungsgemäße Übereinanderanordnung von Sender und Empfänger,
2 Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Füllstandmessers für flaschenartige Behälter.
1a zeigt den Stand der Technik, bei welchem sich ein Sender 5 neben einem Empfänger 6 befindet, und beide über der Oberfläche eines Füllgutes 4 angeordnet sind. Die vom Sender 5 ausgesandten Signale 7 werden an der Oberfläche des Füllgutes 4 reflektiert. Diese reflektierten Signale werden sodann vom Empfänger 6 detektiert. Wie oben angeführt bedingt diese Anordnung von Sender und Empfänger einen Mindestabstand 9 zwischen der Oberfläche des Füllgutes 4 und dem Sender 5 bzw. dem Empfänger 6.
In 1b ist eine mögliche Anordnung von Sender 15 und Empfänger 16 bei dem erfindungsgemäßen Füllstandmesser dargestellt. Der Sender 15 ist über dem Empfänger 16 angeordnet. Die vom Sender 15 in Richtung der Oberfläche des Füllgutes 14 ausgesandten Signale 17 gelangen teilweise am Empfänger 16 vorbei auf die Oberfläche des Füllgutes 14, wo sie reflektiert werden. Die an der Füllgutoberfläche reflektierten Signale 18 gelangen in den Empfänger 16, wo sie detektiert werden. Durch die Übereinanderanordnung von Sender 15 und Empfänger 16 kann der erfindungsgemäße Füllstandmesser schmaler ausgeführt werden. Zudem fällt der Mindestabstand 19 zwischen der Oberfläche des Füllgutes und dem Empfänger 16 deutlich geringer aus als im Fall nebeneinander angeordneter Sender und Empfänger. Dabei spielt es keine Rolle, ob der Sender über dem Empfänger oder der Empfänger über dem Sender angeordnet ist.
2 zeigt ein Ausführungsbeispiel der Erfindung, bei welchem der Füllstandmesser zur Bestimmung des Füllstandes in flaschenartigen Behältern ausgebildet ist. In dem Füllstandmesser für Flaschen 21 ist wiederum der Sender 25 über dem Empfänger 26 angeordnet. Die vom Sender 25 in Richtung des in der Flasche 21 befindlichen Füllguts 24 ausgesandten Signale 27 gelangen erneut teilweise an dem Empfänger 26 vorbei auf die Oberfläche des Füllgutes 24, werden dort reflektiert und gelangen in den Empfänger 26. Die reflektierten Signale sind in dieser Darstellung der Übersichtlichkeit wegen nicht wiedergegeben.
Zur Fixierung des Füllstandmessers 20 an der Flasche 21 ist dieser mit Abstützflächen 23 versehen, mit welcher sich der Füllstandmesser 20 an dem Flaschenhals 22 abstützt. Der Abstand einander gegenüberliegender Abstützflächen, bzw. bei durchgehender Abstützfläche der Durchmesser des Abstützringes, kann fix oder auch variabel ausgeführt sein, so dass der Füll-standmesser für Flaschen 21 flexibel an verschiedene Flaschenhalsdurchmesser angepasst werden kann.
Nicht in 2 dargestellt ist die Steuerung für den Sender 25, die Einrichtung zur Ermittlung der Laufzeit eines vom Sender 25 emittierten, an der Oberfläche des Füllguts 24 reflektierten und im Empfänger 26 detektierten Signals sowie die Auswerteeinheit zur Ermittlung des Füllstands im Behälter aus dieser Laufzeit.

4: Füllgut
5: Sender
6: Empfänger
7: von Sender ausgesandtes Signal
8: an Füllgutoberfläche reflektiert es Signal
9: Mindestabstand Füllstandmesser – Füllgutoberfläche
14: Füllgut
15: Sender
16: Empfänger
17: von Sender ausgesandtes Signal
18: an Füllgutoberfläche reflektiertes Signal
19: Mindestabstand Füllstandmesser – Füllgutoberfläche
20: Füllstandmesser für Flaschen
21: Behälter, Flasche
22: Flaschenhals
23: Abstützfläche
24: Füllgut
25: Sender
26: Empfänger
27: von Sender ausgesandtes Signal

Claims

Füllstandmesser mit 1.1. einem oberhalb der Oberfläche eines Füllguts (4, 14, 24) angeordneten oder anordenbaren Sender (5, 15, 25), mit welchem ein Signal (7, 17, 27) in Richtung der Oberfläche des Füllguts (4, 14, 24) aussendbar ist, 1.2. einem oberhalb der Oberfläche des Füllguts (4, 14, 24) angeordneten oder anordenbaren Empfänger (6, 16, 26), mit welchem vom Sender (5, 15, 25) ausgesandte und an der Oberfläche des Füllguts (4, 14, 24) reflektierte Signale (8, 18) detektierbar sind, 1.3. einer Steuerung für den Sender (5, 15, 25), 1.4. einer Einrichtung zur Ermittlung der Laufzeit eines vom Sender (5, 15, 25) emittierten, an der Oberfläche des Füllguts (4, 14, 24) reflektierten und im Empfänger (6, 16, 26) detektierten Signals, und 1.5. einer Auswerteeinheit zur Ermittlung des Füllstands aus dieser Lauf zeit, dadurch gekennzeichnet, dass der Füllstandmesser (20) auf die Öffnung von Flaschen (21) aufsetzbar ist, wobei der Füllstandmesser (20) Abstützflächen (23) auf weist, die derart ausgebildet sind, den Füllstandmesser (20) an einem Flaschenhals (22) abzustützen, und dass der Sender (5, 15, 25) über dem Empfänger (6, 16, 26) und in einer Draufsicht von oben der Empfänger (6, 16, 26) innerhalb der senkrechten Projektion des Senders (5, 15, 25) angeordnet ist, oder dass der Empfänger (6, 16, 26) über dem Sender (5, 15, 25) und in einer Draufsicht von oben der Sender (5, 15, 25) innerhalb der senkrechten Projektion des Empfängers (6, 16, 26) angeordnet ist.
Füllstandmesser nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Sender (5, 15, 25) und dessen Steuerung sowie der Empfänger (6, 16, 26) für die Aussendung bzw. den Empfang von Ultraschallsignalen, insbesondere von Ultraschallwellenpaketen, ausgelegt sind.
Füllstandmesser nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Einrichtung zur Ermittlung der Laufzeit im wesentlichen aus einer Zeitmessvorrichtung besteht, welche durch Aussenden eines Signals vom Sender (5, 15, 25) startbar ist, und aus einem als Komparator beschalteten, mit dem Empfänger (6, 16, 26) verbundenen Operationsverstärker, welcher bei Detektion des von der Oberfläche des Füllguts reflektierten Signals (8, 18) ein Stoppsignal liefert, mit dem die Zeitmessvorrichtung stoppbar ist.
Füllstandmesser nach einem. der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass eine Anzeige für den Füllstand vorgesehen ist.
Füllstandmesser nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Auswerteeinheit im wesentlichen aus einem EPROM-Speicher besteht.
Füllstandmesser nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Sender (5, 15, 25) von der Steuerung mittels Rechtecksignalen ansteuerbar ist, insbesondere mittels Rechtecksignalen mit einer Frequenz von 40 kHz.
Füllstandmesser nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass in der Auswerteeinheit Daten zur Füllstandermittlung für verschiedene Behälter (21) speicherbar sind.
Füllstandmesser nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass ein Wahlschalter zur Abstimmung des Füllstandmessers (20) auf den zu vermessenden Behälter (21) vorgesehen ist.
Füllstandmesser nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass Sender (5, 15, 25) und Empfänger (6, 16, 26) derart dimensioniert und angeordnet sind, dass die von dem Sender (5, 15, 25) in Richtung der Oberfläche des Füllguts (4, 14, 24) ausgesandten Signale (7, 17, 27) wenigstens teilweise am Empfänger (6, 16, 26) vorbei zur Oberfläche des Füllguts (4, 14, 24) gelangen, oder dass, die an der Oberfläche des Füllguts (4, 14, 24) reflektierten Signale (8, 18) wenigstens teilweise am Sender (5, 15, 25) vorbei zum Empfänger (6, 16, 26) gelangen.