EP4735841A1

EP4735841A1 - Radarfüllstandsmessgerät zur erfassung von füllständen in behältern

Info

Publication number: EP4735841A1
Application number: EP24732672.1A
Authority: EP
Inventors: Christian WEINZIERLE; Steffen WÄLDE
Original assignee: Vega Grieshaber KG
Current assignee: Vega Grieshaber KG
Priority date: 2023-06-30
Filing date: 2024-06-12
Publication date: 2026-05-06
Also published as: CN121399436A; WO2025002812A1; DE102023206192A1

Abstract

Radarfüllstandsmessgerät zur Erfassung von Füllständen in Behältern, umfassend: ein Primärstrahler zum Senden und Empfangen von Radarstrahlen; eine dielektrische Linse zum Senden und Empfangen der Radarstrahlen; eine Wellenleitereinheit zum Führen der Radarstrahlen zwischen dem Primärstrahler und der dielektrischen Linse; wobei die dielektrische Linse und die Wellenleitereinheit beabstandet zueinander angeordnet sind.

Description

Radarfüllstandsmessgerät zur Erfassung von Füllständen in Behältern

Bezugnahme auf verwandte Anmeldungen

Die vorliegende Anmeldung beansprucht die Priorität der deutschen Patentanmeldung Nr. 10 2023 206 192.9, eingereicht am 30. Juni 2023, die in vollem Umfang durch Bezugnahme in das vorliegende Dokument aufgenommen wird.

Gebiet der Erfindung

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Radarfüllstandsmessgerät zur Erfassung von Füllständen in Behältern sowie ein System zur Erfassung von Füllständen.

Hintergrund

Radarfüllstandsmessgeräte sind im Stand der Technik grundsätzlich bekannt und finden beispielsweise Anwendung in der Prozess- und Chemieindustrie zur Überwachung von Füllständen in Behältern.

In diesem Zusammenhang hat sich nunmehr herausgestellt, dass ein weiterer Bedarf besteht, ein Radarfüllstandsmessgerät zur Erfassung von Füllständen bereitzustellen, insbesondere besteht ein Bedarf ein effizientes, kostengünstiges und robustes Radarfüllstandsmessgerät zur Erfassung von Füllständen bereitzustellen.

Diese und andere Aufgaben, die beim Lesen der folgenden Beschreibung noch genannt werden oder vom Fachmann erkannt werden können, werden durch den Gegenstand unabhängigen Ansprüche gelöst. Die abhängigen Ansprüche bilden den zentralen Gedanken der vorliegenden Erfindung in besonders vorteilhafter Weise weiter.

Zusammenfassung der Erfindung Gemäß einem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Radarfüllstandsmessgerät zur Erfassung von Füllständen in Behältern bereitgestellt, umfassend: ein Primärstrahler zum Senden und Empfangen von Radarstrahlen; eine dielektrische Linse zum Senden und Empfangen der Radarstrahlen; eine Wellenleitereinheit zum Führen der Radarstrahlen zwischen dem Primärstrahler und der dielektrischen Linse; wobei die dielektrische Linse und die Wellenleitereinheit beabstandet zueinander angeordnet sind.

Der Begriff Primärstrahler ist vorliegend breit zu verstehen und meint ein strukturelles Element, das eingerichtet elektromagnetische Wellen, vorzugsweise Radarstrahlen, die von einer Schaltung, vorzugsweise einer Hochfrequenzschaltung im GHz Bereich, erzeugt werden, abzustrahlen und/oder reflektierte Radarstrahlen zu empfangen. Der Primärstrahler kann dabei einteilige oder mehrteilig ausgeführt sein. Der Primärstrahler kann zumindest teilweise auf der Hochfrequenzschaltung zur Erzeugung der Radarstrahlen und zur Verarbeitung reflektierter Radarstrahlen angeordnet sein.

Der Begriff dielektrische Linse ist vorliegend breit zu verstehen und meint vorzugsweise eine beidseitig gewölbte Linse aus einem dielektrischen Material, die mittelbar oder unmittelbar vom Primärstrahler emittierte Radarstrahlen empfängt und diese gerichtet weitersendet oder reflektierte Radarstrahlen empfängt und diese unmittelbar oder mittelbar an den Primärstrahler gerichtet sendet. Die dielektrische Linse kann dabei die Form bzw. Richtung der Strahlung beeinflussen. Die dielektrische Linse weist vorzugsweise eine kugelförmige Form auf. In Abhängigkeit eines Radius oder einer Wölbung ergibt sich ein Abstand in dem die von der dielektrischen Linse ausgesendete bzw. emittierte Strahlung gebündelt wird. Die dielektrische Linse umfasst vorzugsweise ein verlustfreies dielektrisches Material.

Der Begriff wellenleitereinheit ist vorliegend breit zu verstehen und meint eine Vorrichtung, die eingerichtet ist, elektromagnetische Wellen, vorzugsweise Radarstrahlen, zu führen. Die Wellenleitereinheit kann dabei einteilig oder mehrteilig sein. Die Wellenleitereinheit kann dabei als Hohlleiter (z.B. metallischer Hohlleiter) ausgeführt sein. Die Wellenleitereinheit kann dabei als dielektrischer Wellenleiter ausgeführt sein.

Der Begriff beabstandet ist vorliegend breit zu verstehen und meint, dass die Wellenleitereinheit und die dielektrische Linse so zueinander angeordnet sind, dass ein räumlicher Abstand bzw. ein freier Raumen zwischen einem Ende der Wellenleitereinheit, das der dielektrischen Linse zugewandt ist, und der dielektrischen Linse vorliegt. Die Länge dieses Abstandes hängt vorzugsweise von der Geometrie der dielektrischen Linse ab. Der freie Raum ist vorzugsweise mit Luft gefüllt.

Der Begriff Radarfüllstandsmessgerät ist vorliegend breit zu verstehen und meint vorzugsweise eine Messeinrichtung zur Erfassung von Füllständen in Behältern, wobei die Messeinrichtung nach dem Prinzip der Laufzeitmessung der Radarstrahlen die Füllstandshöhe ermittelt. Hierbei wird unter Berücksichtigung der Position des Füllstandsmessgeräts und der gemessenen Laufzeit zwischen gesendeten Radarstrahlen und empfangenen Radarstrahlen, d. h. von der Oberfläche z.B. eines Schüttgutes in einem Behälter reflektierten Radarstrahlen, ein zu messender Füllstand im Behälter ermittelt. Zur Bestimmung der Laufzeiten können unterschiedliche Verfahren eingesetzt werden, bspw. Pulsradar oder Frequenzmodulations-Dauerstrickradar.

Der Erfindung liegt die Erkenntnis zu Grunde, dass die Sensorelektronik des Radar füllstandsmessgeräts eine Temperatur von ca. 85 °C nicht übersteigen darf, wohingegen die Prozesstemperatur in den Behältern, in denen der Füllstand gemessen wird, bis zu 450 °C betragen kann. Dies führt zur Notwendigkeit einer thermischen Entkopplung von Sensorelektronik und Radarantenne. Weiterhin werden aktuell immer mehr verstärkt Radarfüllststandsmessgeräte verwendet, die im Bereich über 100 GHz arbeiten. Die thermische Entkopplung im Bereich von Radarfüllstandsmessgeräten, die im Bereich unter 100 GHz arbeiten, erfolgen zumeist durch sogenannte Hohlleiter. Die Hohlleiter sind dabei zumeist aus Metall und weisen einen Bohrungsdurchmesser von 2,5 mm bis 3,0 mm für Radarfüllstandsmessgeräte im Arbeitsbereich von 80 GHz auf. Die Hohlleiter dienen der Übertragung der Radarstrahlen vom Primärstrahler zur Antenne. Durch die Länge des Hohlleiters wird die thermische Entkopplung bereitgestellt. Mit zunehmender Frequenz verringert sich jedoch der zulässige Bohrungsdurchmesser der Hohlleiter. So bedarf es bei einer Arbeitsfrequenz von 250 GHz einem Bohrungsdurchmesser von 0,87 mm. Dieser ist aufwendig zu realisieren und führt somit zu erhöhten Kosten. Beispielsweise kann der Hohlleiter nur noch über spezielle Erodierverfahren hergestellt werden, die jedoch unwirtschaftlich sind. Im Rahmen der vorliegenden Erfindung wird das Problem der thermischen Entkopplung durch die Verwendung einer dielektrischen Linse als Antenne, sowie die Beabstandung der dielektrischen Linse von der Wellenleitereinheit, realisiert. Dadurch ist es beispielsweise möglich, weiterhin metallische Hohlleiter als Wellenleitereinheit zu verwenden, da diese nicht bis zur Antenne, die hier als dielektrische Linse ausgebildet ist, reichen müssen. Somit kann die Länge des metallischen Hohlleiters auch bei hoher Frequenz geringer sein. Weiterhin befindet sich zwischen dem Ende der Wellenleitereinheit und der dielektrischen Linse Luft, die zusätzlich als Isolator fungiert. Somit wird eine thermische Entkopplung durch die erfindungsgemäße Anordnung bewirkt. Dies kann sich vorteilhaft auf die Genauigkeit der Messung und die Robustheit des Radarfüllstandsmessgerätes auswirken. Weiterhin kann durch die Verwendung eines dielektrischen Wellenleiters, der vorzugsweise aus Kunststoff besteht, als Bestandteil der Wellenleitereinheit zusätzlich vorteilhafter Weise eine galvanische Entkopplung bzw. Potentialtrennung zwischen der Sensorelektronik und dem Behälter bzw. Behälterpotential ermöglicht werden.

Moderne Radarfüllstandmessgeräte für die Prozessindustrie und die Automatisierungstechnik erschließen mittlerweile nach und nach den Frequenzbereich oberhalb 100 GHz. Aufgrund der Entstehung neuer frequenzrechtlicher Regulierungen, immer besserer Halbleiterprozesse und genauerer Fertigungsverfahren können radarbasierte Füllstandmessgeräte bis 250 GHz entwickelt, produziert und vermarktet werden. Vorteile haben höhere Frequenzbereiche dahingehend, dass bei gleicher Antennengröße ein schmalerer Öffnungswinkel realisierbar ist. Häufig erzeugen die in Behältern eingebauten Rührwerke oder Heizwendeln Störreflektionen im Radarsignal, die jedoch mit kleinerem Öffnungswinkel der Antenne geringer werden oder sogar verschwinden.

Ebenfalls ist aus regulatorischer Sicht in höheren Frequenzbereichen eine größere Signalbandbreite zulässig, wodurch eine bessere Trennschärfe zweier benachbarter Radarziele erreichbar ist.

Ein grundlegender Unterschied zwischen Sensoren unterhalb 100 GHz und oberhalb 100 GHz besteht darin, dass das erzeugte Radarsignal oberhalb 100 GHz direkt von den signalerzeugenden Halbleitern in den Wellenleiter eingespeist wird. Hierfür befindet sich auf dem Halbleitermaterial auf dem sich die Hochfrequenzschaltung befindet gleichzeitig auch ein Strahlerelement, das in Kombination mit einer Anordnung aus Koppelelement und Resonatorelement einen Primärstrahler bilden kann. Mit einem solchen Primärstrahler kann entweder in einen dielektrischen Wellenleiter eingekoppelt oder eine dielektrische Linse direkt ausgeleuchtet werden. Das Halbleitermaterial kann auf eine Leiterplatte mittels einer Klebeschicht aufgeklebt werden.

Der Vorteil so einer Anordnung, insbesondere bei Frequenzen oberhalb von 100 GHz liegt darin, dass das Radarsignal so eine möglichst geringe Signaldämpfung erfährt. Bei Radargeräten unterhalb 100 GHz, wird das Radarsignal typischerweise erst über eine Leiterplatte, die mindestens eine Lage aus Hochfrequenzleiterplattenmaterial aufweist, geführt, bevor das Signal in einen Hohlleiter oder einen Koaxialleiter eingespeist wird. Die Hohlleiter, die bei 80 GHz-Sensoren vorwiegend verwendet werden, haben die Aufgabe das Radarsignal vom Radarmodul an die Antenne zu übertragen. Die Hohlleiter, die in diesem Fall vorwiegend als Rundhohlleiter ausgeführt sind, haben in diesem Frequenzbereich einen Durchmesser zwischen 2,5 und 3,0 mm und können vergleichsweise günstig über Tieflochbohrverfahren in einer ausreichenden Länge hergestellt werden. Die Länge des Hohlleiters ist hinsichtlich der Temperaturentkopplung zwischen dem zu überwachenden Prozess und der Sensorelektronik elementar wichtig. Die Sensorelektronik darf eine Temperatur von 85°C nicht übersteigen wohingegen die Prozesstemperatur bis zu 450°C betragen kann. Über entsprechend lange Hohlleiter wird die Temperaturentkopplung durchgeführt.

Bei größer werdenden Frequenzen werden die Hohlleiterdurchmesser zunehmend kleiner, da die Cutoff-Frequenz der Grundmode vom Hohlleiterdurchmesser abhängt. Bei einem 250 GHz Radarsignal beträgt der Hohlleiterdurchmesser nur noch 0,87mm. Bei einem solch kleinen Durchmesser wird es erheblich aufwändiger einen gleich langen Hohlleiter zu fertigen als beim Hohlleiterdurchmesser bei 80 GHz.

Die vorliegende Erfindung kann den Vorteil aufweisen, dass auch bei höheren Frequenzen metallische Hohlleiter als thermische Entkopplungselemente verwendet werden können.

In einer Ausführungsform umfasst die Wellenleitereinheit einen dielektrischen Wellenleiter. Der dielektrische Wellenleiter kann dabei aus Kunststoff sein. Beispiele hierfür sind HDPE, PVDF, FEP und PFA. Der dielektrische Wellenleiter kann dabei beliebige Geometrien als Querschnitt aufweisen. Vorzugsweise weist der dielektrische Wellenleiter einen runden Querschnitt oder einen rechteckigen Querschnitt auf. Der Kunststoff weist vorzugsweise eine niedrigere relative Permittivität und einen niedrigen Verlustfaktor auf. Dies wirkt sich insgesamt positiv auf die Signaldämpfung (i.e. geringe Signaldämpfung) aus. Beispielsweise können mittels Mikrospritzguss oder Extrusion lange dielektrische Wellenleiter einfach und kostengünstig gefertigt werden und weisen im Vergleich zu einem metallischen Hohlleiter zudem eine geringere Signaldämpfung auf. Die Kombination von Luftvolumen zwischen dielektrischer Linse und Wellenleiter sowie die Herstellung des Wellenleiters aus einem Kunststoff bringen weitere Vorteile hinsichtlich der thermischen Entkopplung mit sich.

In einer Ausführungsform umfasst die Wellenleitereinheit einen metallischen Hohlleiter. Der metallische Hohlleiter kann dabei aus Metall und/oder mit Metall beschichteten Kunststoff bestehen. Durch die beabstandete Anordnung von metallischen Hohlleiter und dielektrischer Linse, kann eine reduzierte Länge des metallischen Hohlleiters vorteilhafter Weise realisiert werden, wobei durch die Beabstandung immer noch eine thermische Entkopplung gewährleistet wird. Der metallische Hohlleiter eignet sich für Arbeitsfrequenzen unter 100 GHz, kann aber auch für Arbeitsfrequenzen über 100 GHz bei vorliegender Anordnung vorteilhafterweise verwendet werden. Dabei wird der metallische Hohlleiter idealerweise so platziert, dass sich ein Ende des metallischen Hohlleiters im Brennpunkt/Fokus der dielektrischen Linse befindet.

In einer bevorzugten Ausführungsform umfasst die Wellenleitereinheit einen dielektrischen Wellenleiter und einen metallischen Hohlleiter. Der dielektrische Wellenleiter ist vorzugsweise zwischen dem Primärstrahler und dem metallischen Hohlleiter angeordnet. Der metallische Hohlleiter ist vorzugsweise zwischen dem dielektrischen Wellenleiter und der dielektrischen Linse angeordnet.

In einer bevorzugten Ausführungsform weist der metallische Hohlleiter ein Anpasselement zur Einkopplung der Radarstrahlen und ein Strahlelement zur Aussendung der Radarstrahlen auf. Der Begriff Anpasselement ist vorliegend breit zu verstehen und meint vorzugsweise ein Strukturelement, das eine Geometrie aufweist, die mit einer Geometrie eines anderen Strukturelements (z.B. Primärstrahler oder dielektrischer Wellenleiter) derart korrespondiert, dass die Radarstrahlen übertragen werden können. Das Anpasselement ist vorzugsweise Teil des Wellenleiters, vorzugsweise des metallischen Hohlleiters oder des dielektrischen Wellenleiters. Beispielsweise weist das Anpasselement einen Innenkonus auf und die korrespondierende Geometrie des dielektrischen Wellenleiters der gemeinsamen Schnittstelle einen Außenkonus. Der Begriff Strahlelement ist vorliegend breit zu verstehen und meint ein Strukturelement, das eine Geometrie aufweist, die eingerichtet ist Radarwellen zu senden und zu empfangen, z.B. ein Innenkonus. Das Strahlelement ist vorzugweise Teil des Wellenleiters, vorzugsweise des metallischen Hohlleiters oder des dielektrischen Wellenleiters. In anderen Worten, das Strahlelement ist eingerichtet die dielektrische Linse auszuleuchten. Das Strahlelement befindet sich vorzugweise im Fokus der dielektrischen Linse. Insgesamt, wirken sich das Anpasselement und das Strahlelement vorteilhaft auf die Signalübertragung aus.

In einer bevorzugten Ausführungsform weist der dielektrische Wellenleiter ein Anpasselement zur Ankopplung der Radarstrahlen und ein Strahlelement zur Aussendung der Radarstrahlen auf. Das Anpasselement ist dabei vorzugsweise Teil des dielektrischen Wellenleiters und unterscheidet sich vom Rest des dielektrischen Wellenleiters durch die Geometrie. Die Geometrie des Anpasselement korrespondiert beispielweise mit der Geometrie des Primärstrahlers, sodass diese einen flächigen Kontakt realisieren können. Dies ermöglicht vorteilhafterweise eine gute Einkopplung der Radarstrahlen. Das Strahlelement ist vorzugweise Teil des dielektrischen Wellenleiters und unterscheidet sich vom Rest des dielektrischen Wellenleiters durch die Geometrie des Strahlelements. Das Strahlelement weist vorzugsweise eine Geometrie auf, die sich zum Senden und Empfangen von Radarstrahlen eignet, beispielsweise eine kugelförmige Form oder eine Konusform. Insgesamt, wirken sich Anpasselement und Strahlelement vorteilhaft auf die Signalübertragung aus.

In einer bevorzugten Ausführungsform befindet sich Luft zur thermischen Isolierung zwischen der Wellenleitereinheit und der dielektrischen Linse. Dies wirkt sich vorteilhaft auf die thermische Entkopplung der Messelektronik vom Prozess aus. Luft ist ein besserer Isolator als Metall. Dies kann zur Folge haben, dass der metallische Hohlleiter auch bei höheren Frequenzen kürzer und daher auch einfacher und günstiger gefertigt werden kann und trotzdem eine ausreichende thermische Entkopplung stattfinden kann.

In einer bevorzugten Ausführungsform umfasst der Primärstrahler ein Strahlerelement, ein Koppelelement und ein Resonatorelement. Das Strahlerelement ist dabei vorzugsweise direkt mit der Hochfrequenzelektronik verbunden, die die Radarstrahlung erzeugt. Das Resonatorelement ist dabei vorzugsweise zwischen Strahlerelement und Koppelelement angeordnet. Das Koppelelement besteht beispielsweise aus PEEK. Dies kann sich positiv auf die Qualität der Messung auswirken.

In einer bevorzugten Ausführungsform umfasst der dielektrische Wellenleiter ein Kunststoff. Der Kunststoff kann beispielweise einer der folgenden sein: HDPE, PVDF, FEP oder PFA. Dies kann vorteilhafter Weise eine galvanische Entkopplung zwischen der Messelektronik und dem Behälter realisieren.

In einer bevorzugten Ausführungsform wird ein Radarfüllstandsmessgerät bereitgestellt, bei dem sich ein Abstand zwischen der dielektrischen Linse und der Wellenleitereinheit aus einer Geometrie der dielektrischen Linse ableitet. Die dielektrische Linse weist beispielsweise eine Kugelform auf. Aus dieser Kugelform resultiert eine Bündelung von Radarstrahlung, die von der Linse emittiert wird, in einem bestimmten Punkt außerhalb bzw. beabstandet von der Linse. Die Anordnung der Wellenleitereinheit, Hohlleiter oder dielektrischer Leiter, in diesem Punkt, bewirkt eine vorteilhafte Erhöhung der Signalqualität bzw. Übertragungsgüte.

In einer bevorzugten Ausführungsform wird ein Radarfüllstandsmessgerät bereitgestellt, das eingerichtet ist, bei einer Frequenz oberhalb von 100 GHz zu messen. Mit zunehmender Messfrequenz reduziert sich vorteilhafter Weise der Strahlungskegel der emittierten Strahlung des Radarfüllstandsmessgerät. Dies kann sich positiv auf die Messgenauigkeit auswirken, da Störkonturen wie zum Beispiel Rührwerke oder Heizwendeln in einem Behälter nicht zur Reflektion der Radarstrahlung beitragen.

In einer bevorzugten Ausführungsform umfasst die Wellenleitereinheit ein Strahlelement, wobei das Strahlelement im Fokus der dielektrischen Linse angeordnet ist. Der Begriff Fokus meint hier den Punkt, an welchem die Radarstrahlen, die von der dielektrischen Linse emittiert werden, gebündelt werden. Dies kann sich positiv auf die Qualität der Messung auswirken.

Ein weiterer Aspekt der vorliegenden Erfindung umfasst ein System zur Erfassung von Füllständen, umfassend zumindest ein oben beschriebenes Radarfüllstandsmessgerät sowie einen Behälter zur Speicherung eines Materials. Das Material kann dabei flüssig oder fest sein oder eine Kombination davon.

In einer bevorzugten Ausführungsform weist der Behälter ein Rührwerk zum Rühren des Materials auf.

In einer bevorzugten Ausführungsform weist der Behälter ein Heizwendel zum Heizen des Materials auf.

Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen

Nachfolgend wird eine detaillierte Beschreibung der Figuren gegeben, darin zeigt

Figur 1 eine schematische Ansicht eines erfindungsgemäßen Systems zum Erfassen von Füllständen;

Figur 2 einen schematischen Ausschnitt eines erfindungsgemäßen Radarfüllstandsmessgerät; Figur 3 einen schematischen Ausschnitt eines erfindungsgemäßen Radarfüllstandsmessgerät;

Figur 4 einen schematischen Ausschnitt eines erfindungsgemäßen Radarfüllstandsmessgerät einer ersten Ausführungsform;

Figur 5 einen schematischen Ausschnitt eines erfindungsgemäßen Radarfüllstandsmessgerät einer zweiten Ausführungsform;

Figur 6 einen schematischen Ausschnitt eines erfindungsgemäßen

Radarfüllstandsmessgerät einer ersten Ausführungsform;

Figur 7 einen schematischen Ausschnitt eines erfindungsgemäßen

Radarfüllstandsmessgerät einer zweiten Ausführungsform;

Figur 1 zeigt eine schematische Ansicht eines erfindungsgemäßen Systems 100 zum Erfassen von Füllständen.

Das System 100 umfasst ein unten näher beschriebenes Radarführerstandmessgerät 101. das Radarfüllstandsmessgerät 101 weist im unteren Bereich eine dielektrische Linse 102 zum Aussenden und Empfangen von Radarstrahlen auf. In Abhängigkeit der Messfrequenz stellt sich ein Öffnungswinkel 103 der ausgesandten Radarstrahlung ein. Das System umfasst weiterhin einen Behälter 105 zur Speicherung eines Materials 104, beispielsweise eine Flüssigkeit. Der Behälter umfasst weiterhin ein Rührwerk 106. Aus der Zeichnung geht hervor, dass der Strahlungskegel, der sich durch den Öffnungswinkel 103 ergibt, nicht mit dem Rührwerk überlappt. Dies wirkt sich vorteilhaft auf die Messgenauigkeit aus, da so keine Störreflexionen auftreten. Weiterhin kann das System 100 auch eine Heizwendel (nicht dargestellt) umfassen.

Figur 2 zeigt einen schematischen Ausschnitt eines erfindungsgemäßen Radarfüllstandsmessgeräts 200. Das Radarfüllstandsmessgerät umfasst zumindest eine Trägerplatte (i.e. Leiterplatte) 207. Auf der Trägerplatte 207 ist über eine Klebeschicht 204 ein Halbleitermaterial 201 angebracht. Auf dem Halbleitermaterial befindet sich eine Hochfrequenzschaltung (nicht gezeigt) und ein Strahlerelement (nicht gezeigt). Oberhalb des Strahlerelements befindet sich ein Resonatorelement 202. Oberhalb des Resonatorelements 202 ist ein Koppelelement 203 aus Peek angeordnet. Das Koppelelement 203, das Resonatorelement 202 und das Strahlerelement bilden vorliegend den Primärstrahler 206. Das Halbleitermaterial 201 ist vorliegend über Bonddrähte 208 mit der Trägerplatte 207 elektrisch verbunden. Oberhalb des Primärstrahlers 206 ist ein dielektrische Wellenleiter 205 angeordnet. Der Primärstrahler 206 sendet die durch die Frequenzschaltung erzeugte Radarstrahlung an den dielektrischen Wellenleiter 205 bzw. empfängt die vom dielektrischen Wellenleiter 205 geführte und von der Oberfläche des Materials reflektierte Radarstrahlung.

Figur 3 zeigt einen schematischen Ausschnitt eines erfindungsgemäßen Radarfüllstandsmessgerätes 300 in der Draufsicht. Das Halbleitermaterial 304 ist auf der Trägerplatte 303 angeordnet und über die Bonddrähte 305 elektrisch mit der Trägerplatte 303 verbunden. Auf dem Halbleitermaterial 304 ist die Hochfrequenzschaltung 302 sowie das Strahlerelement 301 angeordnet. Oberhalb des Strahlerelements 301 ist das Resonatorelement 306 angeordnet. Die in der Hochfrequenzschaltungen 302 erzeugte Radarstrahlung wird an das Strahlerelement 301 weitergeleitet, um von dort aus durch das Resonatorelement 306 verstärkt zu werden. Die von der Oberfläche des Materials reflektierte Radarstrahlung und vom Radarfüllstandsmessgerät empfangene Strahlung durchläuft den gleichen Weg nur in entgegengesetzter Richtung.

Figur 4 zeigt schematischen Ausschnitt einer erfindungsgemäßen Ausführungsform eines Radarfüllstandsmessgerätes 400. Das Radarfüllstandsmessgerät 400 umfasst vorliegend einen Primärstrahler 405 zum Senden und Empfangen von Radarstrahlen. Der Primärstrahler 405 ist auf einem Halbleiterelement 406 (wie oben beschrieben) angeordnet. Das Radarfüllstandsmessgerät 400 umfasst weiter eine Wellenleitereinheit 407 zum Führen der Radarstrahlen zwischen dem Primärstrahler 405 und der dielektrischen Linse 404. Die Wellenleitereinheit 407 umfasst vorliegend einen dielektrischen Wellenleiter 408 und einen metallischen Hohlleiter 401 . Der dielektrische Wellenleiter 408 überträgt die Radarstrahlen vom Primärstrahler 405 zum metallischen Hohlleiter 401 und umgekehrt. Der metallische Hohlleiter 401 weist vorliegend ein Anpasselement 402 auf, wobei das Anpasselement 402 einen Innenkonus aufweist, der mit dem Außenkonus des dielektrischen Wellenleiters 408 korrespondiert. Vorliegend liegen das Anpasselement 402 und der dielektrische Wellenleiter 408 aufeinander auf. Das Anpasselement 402 ist Teil des metallischen Hohlleiters 401. Der metallische Hohlleiter 401 weist weiterhin ein Strahlelement 403 auf, das vorliegend als Innenkonus ausgebildet ist. Das Strahlelement 403 ist vorliegend zum Aussenden und zum Empfangen der Radarstrahlen 410 eingerichtet. Das Radarfüllstandsmessgerät 400 weist weiterhin eine dielektrische Linse 404 zum Senden und Empfangen der Radarstrahlen auf. Die dielelektrische Linse 404 und die Wellenleitereinheit 407, insbesondere das Strahlelement 403 des metallischen Hohlleiters 401 , sind beabstandet zueinander angeordnet. Der Abstand 409 ergibt sich aus der Geometrie der dielektrischen Linse 404. Der Abstand umfasst vorzugsweise die Fokuslänge der dielektrischen Linse 404. Mit anderen Worten, befindet sich das Strahlelement 403 ungefähr im Fokus der dielektrischen Linse 404. Der Raum zwischen dielektrischer Linse 404 und Strahlelement 403 ist vorliegend mit Luft gefüllt.

Figur 5 zeigt einen schematischen Ausschnitt eines erfindungsgemäßen Radarfüllstandsmessgerät 500 einer zweiten Ausführungsform. Im Gegensatz zur Ausführungsform, die in Figur 4 dargestellt, weist die Wellenleitereinheit 506 vorliegend lediglich einen dielektrischen Wellenleiter 501 auf. Der dielektrische Wellenleiter 501 ist zwischen dem Primärstrahler 505 und der dielektrischen Linse 504 angeordnet. Der dielektrische Wellenleiter 501 weist vorliegend ein Strahlelement 503 auf sowie ein Anpasselement 502. Das Strahlelement 503 des dielektrischen Wellenleiters 501 ist vorliegend beabstandet zur dielektrischen Linse 504 angeordnet. Die Beabstandung ergibt sich wiederum aus der Geometrie der dielektrischen Linse 504. Durch die Beabstandung wird vorteilhafterweise eine thermische und galvanische Entkopplung bewirkt.

Figur 6 zeigt einen schematischen Ausschnitt eines erfindungsgemäßen Radarfüllstandsmessgerätes 600 einer ersten erfindungsgemäßen Ausführungsform. Im Unterschied zu Figur 4 ist vorliegend weiter ein metallisches Gehäuse 601 des Radarfüllstandsmessgerät 600 dargestellt. Weiterhin weist das Radarfüllstandsmessgerät 600 eine Schnittstelle 603 für Energieversorgung und Datenaustausch auf, beispielsweise realisiert mit einem M12 Anschluss. Das Radarfüllstandsmessgerät 600 weist vorliegend eine Vielzahl an Trägerplatten 604, 605 und 606 auf, die für die Energieversorgung, die Steuerung und die Hochfrequenzschaltung zur Erzeugung und Verarbeitung von Radarstrahlen genutzt werden. Diese sind über Steckverbinder 607 miteinander elektrisch verbunden. Das Radarfüllstandsmessgerät 600 weist im unteren Bereich des Gehäuses 601 einen metallischen Prozessanschluss 602 auf. Im metallischen Prozessanschluss 602 ist sowohl die dielektrische Linse 608 als auch der metallische Hohlleiter 609 und zumindest teilweise der dielektrische Wellenleiter 610 angeordnet. Die Verbindung bzw. Anordnung kann beispielsweise über ein stoffschlüssiges oder mechanisches Fügeverfahren erfolgen. Beispielsweise ist der metallische Hohlleiter 609 über ein Gewinde in den metallischen Prozessanschluss 602 geschraubt. Beispielsweise ist die dielektrische Linse 608 in den metallischen Prozessanschluss 602 dichtend geklebt.

Figur 7 zeigt einen schematischen Ausschnitt eines erfindungsgemäßen Radarfüllstandsmessgerät 700 einer zweiten Ausführungsform. Das Radarfüllstandsmessgerät 700 weist wiederum ein Gehäuse 701 und ein Prozessanschluss 702 auf. Im Gegensatz zum Radarfüllstandsmessgerät 600, dass in Figur 6 gezeigt ist, weist das Radarfüllstandsmessgerät 700 lediglich eine dielektrischen Wellenleiter 703, der über eine Halterung 704 im Prozessanschluss 702 angeordnet ist. Die dielektrische Linse 705 ist wiederum im Prozessanschluss 702 dichtend angeordnet.

Referenzliste

100 System

101 , 200, 300, 400, 500, 600, 700 Radarfüllstandsmessgerät

102, 404, 504, 608, 705 dielektrische Linse

103 Öffnungswinkel

104 Material

105 Behälter

106 Rührwerk

201 , 304, 406 Halbleitermaterial

202, 306 Resonatorelement

203 Koppelelement

204 Klebeschicht

205, 408, 501 , 610, 703 dielektrische Wellenleiter

206, 405, 505 Primärstrahler

207, 303, 604, 605, 606 Trägerplatte

208, 305 Bonddrähte

301 Strahlerelement

302 Hochfrequenzschaltung

401 , 609 Hohlleiter

402, 502 Anpasselement

403, 503 Strahlelement

407, 506 Wellenleitereinheit

409 Abstand

410 Radarstrahlen

601 , 701 Gehäuse

602, 702 Prozessanschluss

603 Schnittstelle

607 Steckverbinder

704 Halterung

Claims

Ansprüche:

1. Radarfüllstandsmessgerät zur Erfassung von Füllständen in Behältern, umfassend: ein Primärstrahler zum Senden und Empfangen von Radarstrahlen; eine dielektrische Linse zum Senden und Empfangen der Radarstrahlen; eine Wellenleitereinheit zum Führen der Radarstrahlen zwischen dem Primärstrahler und der dielektrischen Linse; wobei die dielektrische Linse und die Wellenleitereinheit beabstandet zueinander angeordnet sind.

2. Radarfüllstandsmessgerät nach Anspruch 1 , wobei die Wellenleitereinheit einen dielektrischen Wellenleiter umfasst.

3. Radarfüllstandsmessgerät nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Wellenleitereinheit einen metallischen Hohlleiter umfasst.

4. Radarfüllstandsmessgerät nach Anspruch 3, wobei der metallische Hohlleiter ein Anpasselement zur Einkopplung der Radarstrahlen und ein Strahlelement zur Aussendung der Radarstrahlen aufweist.

5. Radarfüllstandsmessgerät nach Anspruch 2, wobei der dielektrische Wellenleiter ein Anpasselement zur Einkopplung der Radarstrahlen und ein Strahlelement zur Aussendung der Radarstrahlen aufweist.

6. Radarfüllstandsmessgerät nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei sich Luft zur thermischen Isolierung zwischen der Wellenleitereinheit und der dielektrischen Linse befindet.

7. Radarfüllstandsmessgerät nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei der Primärstrahler ein Strahlelement, ein Koppelelement und ein Resonatorelement umfasst.

8. Radarfüllstandsmessgerät nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei der dielektrische Wellenleiter einen Kunststoff umfasst.

9. Radarfüllstandmessgerät nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei sich ein Abstand zwischen der dielektrischen Linse und der Wellenleitereinheit aus einer Geometrie der dielektrischen Linse ableitet.

10. Radarfüllstandsmessgerät nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei das Radarfüllstandsmessgerät eingerichtet ist bei einer Frequenz oberhalb von 100GHz zu messen.

11 . Radarfüllstandmessgerät nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei die Wellenleitereinheit ein Strahlelement umfasst und wobei das Strahlelement im Fokus der dielektrischen Linse angeordnet ist.

12. System zur Erfassung von Füllständen, umfassend zumindest eine Radarfüllstandsmessgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 11 sowie einen Behälter zur Speicherung eines Materials.

13. System nach Anspruch 12, wobei der Behälter ein Rührwerk umfasst.

14. System nach Anspruch 12 oder 13, wobei der Behälter eine Heizwendel umfasst.