WO2025124792A1 - Sensor, halterung und sensorsystem - Google Patents

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WO2025124792A1
WO2025124792A1 PCT/EP2024/080656 EP2024080656W WO2025124792A1 WO 2025124792 A1 WO2025124792 A1 WO 2025124792A1 EP 2024080656 W EP2024080656 W EP 2024080656W WO 2025124792 A1 WO2025124792 A1 WO 2025124792A1
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annular fastening
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Fabian Witt
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    • G01F23/00—Indicating or measuring liquid level or level of fluent solid material, e.g. indicating in terms of volume or indicating by means of an alarm
    • G01F23/80—Arrangements for signal processing
    • G01F23/802—Particular electronic circuits for digital processing equipment

Definitions

  • the present invention relates to process automation in industrial or private environments.
  • the present invention relates to a sensor for process automation in industrial or private environments, a sensor mount, and a sensor system.
  • sensors are used to measure, for example, fill levels, limit levels or pressure.
  • Such sensors are typically screwed to the container, for example via a flange connection or a screw thread on the sensor housing.
  • WO 2021/197613 A1 describes a sensor with a magnetic fastening means which is designed to fasten the sensor to a closed wall of a plastic container. Summary
  • a first aspect of the present disclosure relates to a sensor for process automation in industrial or private environments, which is configured for attachment to the inside of a closed wall of a plastic container and for detecting a measured variable of a medium in the plastic container.
  • the sensor comprises a sensor housing, a first fastening element, and a first annular fastening device.
  • the first fastening element defines a center of rotation or pivot center of the sensor, about which the sensor can rotate when attached to the container.
  • the first fastening element is designed for pivotally attaching the sensor to the closed wall of the plastic container.
  • the first annular fastening device is arranged (concentrically) around the first fastening element.
  • the first fastening element is located on the rotation axis or axis of symmetry of the first annular fastening device.
  • the first annular fastening device comprises a ferromagnetic material or consists of such a material.
  • the first annular fastening device is designed in the form of an annular band.
  • the first annular fastening device and/or the first fastening element is integrated in the sensor housing or attached to the inner wall of the sensor housing.
  • the first annular fastening device is designed in the form of a plurality of fastening elements which are arranged spaced apart from one another along a circle.
  • the sensor housing is convex, curved outwards, in the region of the first fastening element and the first annular fastening device.
  • the sensor housing has a plurality of surface segments in the region of the first fastening element and the annular fastening device, which are arranged at an angle to one another.
  • a fastening element can be located in or under each of these surface segments.
  • the first fastening element is designed to be pivotable.
  • the first fastening element comprises or consists of a ferromagnetic material.
  • the senor comprises a control unit and a wireless communication interface configured to communicate with a sensor mount for the sensor.
  • control unit is configured to detect, by evaluating the measurement data acquired by the sensor, that a bulk material cone is forming that distorts the level measurement, and, in response, to determine a new measurement point so that error-free measurement is again possible.
  • measurement points can, for example, be defined in advance and taught to the sensor during a learning and calibration process.
  • the sensor mount comprises a control unit and a wireless communication interface configured to communicate with the wireless communication interface of the sensor.
  • control unit of the sensor holder is configured to control the electromagnet arrangement in such a way as to pivot the sensor by magnetic force.
  • control unit is configured to detect, by evaluating the measurement data acquired by the sensor, that a bulk material cone is forming that distorts the level measurement, and, in response, to determine a new measurement point so that error-free measurement is again possible.
  • measurement points can, for example, be defined in advance and taught to the sensor during a learning and calibration process.
  • Another aspect of the present disclosure relates to a sensor system comprising a sensor described above and below and a sensor mount described above and below.
  • the sensor system is designed, for example, such that the first annular fastening device of the sensor corresponds to the second annular fastening device of the sensor holder. Likewise, the first fastening element of the sensor corresponds to the second fastening element of the sensor holder.
  • Process automation in an industrial environment can be understood as a branch of technology that includes measures for the operation of machines and systems without human intervention.
  • One goal of Process automation involves automating the interaction of individual components of a plant in the chemical, food, pharmaceutical, petroleum, paper, cement, shipping, or mining industries.
  • sensors can be used for this purpose, each of which is specifically tailored to the specific requirements of the process industry, such as mechanical stability, resistance to contamination, extreme temperatures, and extreme pressures. Measured values from these sensors are typically transmitted to a control room, where process parameters such as fill level, limit level, flow rate, pressure, or density are monitored, and settings for the entire plant can be changed manually or automatically.
  • a sub-area of process automation in the industrial environment concerns the logistics automation of plants and the logistics automation of supply chains.
  • processes inside or outside a building or within a single logistics facility are automated in the field of logistics automation.
  • Typical applications for logistics automation systems include baggage and freight handling at airports, traffic monitoring (toll systems), retail, parcel distribution, or even building security (access control).
  • ToF time-of-flight
  • factory-to-production automation Another sub-area of process automation in the industrial environment concerns factory-to-production automation. Applications for this can be found in a wide variety of industries, such as automotive manufacturing, food production, the pharmaceutical industry, and packaging in general.
  • the goal of factory automation is to automate the production of goods using machines, production lines, and/or robots, i.e., to run them without human intervention.
  • the sensors used here and the specific requirements regarding measurement accuracy for detecting the position and size of an object are comparable to those in the previous example of logistics automation.
  • the terms used in the claims should be construed to give them the broadest reasonable interpretation consistent with the foregoing description. For example, the use of the article "a” or "the” in introducing an element should not be construed to exclude a plurality of elements.
  • A, B and/or C or "at least one of A, B or C” should be construed to include any single unit of the listed elements, e.g., A, any subset of the listed elements, e.g., A and B, or the entire list of elements A, B and C.
  • Fig. 1 shows a container with a sensor system attached to it.
  • Fig. 2 shows a sensor holder
  • Fig. 3 shows a container with a sensor system attached to it in a tilted state.
  • Fig. 4 shows a cross-sectional view of a sensor.
  • Fig. 5 shows a cross-sectional view of a sensor according to another embodiment.
  • Fig. 1 shows a container 105 to which a sensor system is attached.
  • the sensor system consists of a sensor 100, which is attached to the container wall inside the container, and a sensor mount 200, which is located on the opposite side of the container wall.
  • the sensor mount 200 has a (second) fastening element 204 located in the center of the underside of the sensor mount 200 and, for example, integrated into the housing wall of the sensor mount 200 or attached internally thereto.
  • This second fastening element 204 is, for example, a permanent magnet or a ferromagnetic material.
  • the second fastening element 204 there is a ring of electromagnets 203, which is also referred to above as the second annular fastening device.
  • the individual electromagnets are connected to the electronics or control unit 202 of the sensor holder 200 and can be individually controlled by it.
  • the control unit 202 is connected to the wireless communication interface 209, which receives control data from a corresponding communication interface 109 of the sensor 100.
  • the sensor 100 has a sensor housing 102 in which, in addition to the wireless communication interface 109, a control unit 108 is located, which controls the measurements of the sensor 100 and generates control data for the controller 202 of the sensor holder 200, which data is then transmitted from the communication interface 109 to the communication interface 209 of the sensor holder 200.
  • the housing 102 of the sensor 100 has a convex shape in the upper area.
  • a "first" Fastening element 104 for example in the form of an electro- or permanent magnet, or a ferroelectric.
  • a first annular fastening device 107 located on top of or in the housing. Also located on top of or in the housing is a first annular fastening device 107, concentric with the axis described above, on which the first fastening element 104 is located.
  • the positions and dimensions of the first fastening element 104 and the first annular fastening device 107 correspond to the positions and dimensions of the corresponding counterparts of the sensor holder 200, namely the second fastening element 204 and the second annular fastening device 203.
  • the sensor 100 is held to the sensor holder 200 by magnetic forces acting through the container wall.
  • the sensor mount 200 has magnets and is designed to allow multiple positioning/orientations of the sensor 100.
  • the sensor mount 200 and the sensor 100 can communicate with each other via the wireless interfaces 209, 109, for example, using short-range communication (NFC, LoRa, etc.).
  • a control unit 202 integrated in the sensor holder 200 controls the electromagnets of the second annular fastening device 203.
  • the sensor 100 can have a convex upper surface, which also contains magnets or a ferromagnetic metal.
  • the electronics in the sensor holder 200 can then influence the orientation of the sensor 100 by switching certain magnets on and off.
  • the magnets in the sensor holder 200 can be switched individually.
  • first mounting element 104 for attaching the sensor 100 to the container 105.
  • This is, for example, a magnet 104.
  • the magnetic counterpart 204 can then be located in the sensor holder 200.
  • the sensor 100 can be communicatively connected to the sensor mount 200 via the wireless communication interface 109, so that control commands can be transmitted to the control unit 202 of the sensor mount 200.
  • the control unit 202 in the sensor mount 200 can then convert these commands into switching the electromagnets of the second annular fastening device 203 on or off, thus moving the sensor 100 into different orientations/positions.
  • the senor 100 can position itself in specific orientations using the sensor mount 200. These orientations can be different measuring points, for example, on a bulk material pile.
  • the sensor electronics can be so intelligent that they automatically detect when, for example, a bulk material cone forms that distorts the actual container measurement level.
  • the control unit 108 determines a new measurement point, allowing error-free measurement again.
  • These measurement points can, for example, be defined in advance and taught to the sensor during a learning and calibration process.
  • the sensor 100 can, for example, detect that the container is filled very quickly in a certain time and then move to a different measuring point accordingly by tilting itself.
  • the sensor described above can therefore independently move to predefined measuring points, detect the formation of repose cones, and react to them independently by controlling the magnetic sensor holder 200 accordingly to tilt.
  • the container wall is usually located between the sensor 100 and the sensor holder 200.
  • the sensor holder 200 is also attached to the inside of the container, so that the sensor holder 200 and the sensor 100 touch each other.
  • Communication between the sensor 100 and the sensor holder 200 can be wireless via NFC, LoRa, etc.
  • the surface of the sensor 100 that contacts the container wall can be convex, which simplifies tilting of the sensor.
  • the (autonomous) sensor 100 can independently move to predefined measuring points using the sensor holder 200 and align itself spatially accordingly.
  • Fig. 2 shows a sensor mount 200.
  • the second fastening element 204 is arranged in the center of the sensor mount 200.
  • the second annular fastening device 203 Surrounding it is the second annular fastening device 203, which in this embodiment consists of individual electromagnets. Each of these electromagnets is connected to the control unit 202 and can be individually controlled by it.
  • the electromagnets are arranged in a ring on the sensor holder 200.
  • the sensor and the sensor holder 200 form a magnetic connection through the container wall.
  • the magnet 204 is preferably very strong so that the sensor can be securely fastened.
  • the ring-shaped electromagnets of the ring-shaped fastening device 203 can be individually switched on and off.
  • the sensor 100 has a curve on its upper side, where its magnets are located (see Fig. 1).
  • the magnetic connection between the magnets 104, 204 is so strong that it holds the sensor 100 in place in any application.
  • individual ring segments of the ring-shaped fastening device 203 of the sensor holder can now be switched on. These then pull the sensor 100 towards themselves or towards the container wall in this area.
  • the curvature of the surface of the sensor 100 causes it to tilt. This is shown in Fig. 3.
  • Fig. 4 shows another possible embodiment of the housing 102 of the sensor 100.
  • the top side of the housing 102 consists of several segments arranged at an angle to one another, i.e., with different surface orientations.
  • a ferromagnetic element of the annular fastening 107 is located in or on each of these segments.
  • the first fastening element 104 is located centrally in the topmost segment.
  • FIG. 5 A further embodiment is shown in Fig. 5, which has more segments than the embodiment of Fig. 4.
  • each of the segments contains a Ferromagnetic element of the annular fastening device 107.
  • two annular fastening devices 107 are provided, which are arranged concentrically to one another and thus form two rings with different diameters. This enables a two-stage tilting of the sensor 100, depending on which ring is currently attracted by the corresponding electromagnet of the sensor holder.
  • the sensor holder 200 also has two annular fastening devices whose diameter and position correspond to the annular fastening devices of the sensor 100.

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Abstract

Sensor mit einem Sensorgehäuse (110), einem ersten Befestigungselement (104), welches ein Rotationszentrum des Sensors (100) definiert, und einer ersten ringförmigen Befestigungseinrichtung (107), die ein ferromagnetisches Material aufweist und auf deren Rotationsachse sich das erste Befestigungselement (104) befindet. Der Sensor ist dazu eingerichtet, schwenkbar an einer geschlossenen Wand eines Kunststoffbehälters befestigt zu werden.

Description

Sensor, Halterung und Sensorsystem
Bezugnahme auf verwandte Anmeldungen
Die vorliegende Anmeldung beansprucht die Priorität der deutschen Patentanmeldung Nr. 10 2023 134 620.2, eingereicht am 11 . Dezember 2023, die in vollem Umfang durch Bezugnahme in das vorliegende Dokument aufgenommen wird.
Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung betrifft die Prozessautomatisierung im industriellen oder privaten Umfeld. Insbesondere betrifft die vorliegende Erfindung einen Sensor zur Prozessautomatisierung im industriellen oder privaten Umfeld, eine Sensorhalterung und ein Sensorsystem.
Hintergrund
In der Prozessautomatisierung im industriellen oder privaten Umfeld werden Sensoren verwendet, die beispielsweise Füllstände, Grenzstände oder den Druck messen.
Derartige Sensoren sind typischerweise mit dem Behälter verschraubt, beispielsweise über eine Flanschverbindung oder ein Einschraubgewinde am Sensorgehäuse.
WO 2021/197613 A1 beschreibt einen Sensor mit einem magnetischen Befestigungsmittel, welches zur Befestigung des Sensors an einer geschlossenen Wand eines Kunststoffbehälters eingerichtet ist. Zusammenfassung
Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine alternative Befestigung von Sensoren an einem Behälter anzugeben.
Diese Aufgabe wird durch die Merkmale der unabhängigen Patentansprüche gelöst. Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen und der folgenden Beschreibung von Ausführungsformen.
Ein erster Aspekt der vorliegenden Offenbarung betrifft einen Sensor für die Prozessautomatisierung im industriellen oder privaten Umfeld, der zur Anbringung an der Innenseite einer geschlossenen Wand eines Kunststoffbehälters und zur Erfassung einer Messgröße eines Mediums in dem Kunststoffbehälter eingerichtet ist. Der Sensor weist ein Sensorgehäuse, ein erstes Befestigungselement und eine erste ringförmige Befestigungseinrichtung auf. Das erste Befestigungselement definiert ein Rotationszentrum oder Drehzentrum des Sensors, um welches sich der Sensor drehen kann, wenn er am Behälter befestigt ist. Das erste Befestigungselement ist zur schwenkbaren Anbringung des Sensors an der geschlossenen Wand des Kunststoffbehälters ausgeführt.
Die erste ringförmige Befestigungseinrichtung ist (konzentrisch) um das erste Befestigungselement angeordnet. In anderen Worten befindet sich das erste Befestigungselement auf der Rotationsachse beziehungsweise Symmetrieachse der ersten ringförmigen Befestigungseinrichtung. Die erste ringförmige Befestigungseinrichtung weist ein ferromagnetisches Material auf oder besteht aus einem solchen Material.
Dies ermöglicht eine flexible und verstellbare Sensorhalterung, wobei der Sensor mittels magnetischer Kräfte an dem Behälter befestigt und verkippt werden kann.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung ist die erste ringförmige Befestigungseinrichtung in Form eines ringförmigen Bandes ausgeführt.
Beispielsweise ist die erste ringförmige Befestigungseinrichtung und/oder das erste Befestigungselement im Sensorgehäuse integriert oder an der Innenwand des Sensorgehäuses angebracht. Gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung ist die erste ringförmige Befestigungseinrichtung in Form von mehreren Befestigungselementen ausgeführt, welche entlang eines Kreises beabstandet zueinander angeordnet sind.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung ist das Sensorgehäuse im Bereich des ersten Befestigungselements und der ersten ringförmigen Befestigungseinrichtung konvex, nach außen gewölbt ausgeführt.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung weist das Sensorgehäuse im Bereich des ersten Befestigungselements und der ringförmigen Befestigungseinrichtung eine Vielzahl an Oberflächensegmenten auf, die gewinkelt zueinander angeordnet sind. In oder unter jedem dieser Oberflächensegmente kann sich ein Befestigungselement befinden.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung ist das erste Befestigungselement schwenkbar ausgeführt.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung weist das erste Befestigungselement ein ferromagnetisches Material auf oder besteht aus einem solchen Material.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung weist der Sensor eine Steuereinheit und eine drahtlose Kommunikationsschnittstelle auf, die zur Kommunikation mit einer Sensorhalterung für den Sensor eingerichtet sind.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung ist die Steuereinheit eingerichtet, durch Auswertung der vom Sensor erfassten Messdaten zu erkennen, dass sich ein Schüttgutkegel bildet, der die Füllstandmessung verfälscht, und als Reaktion hierauf einen neuen Messpunkt zu bestimmen, so dass wieder eine fehlerfreie Messung möglich ist. Diese Messpunkte können beispielsweise vorab definiert sein und dem Sensor während eines Lern- und Kalibrierungsprozesses beigebracht werden.
Ein weiterer Aspekt der vorliegenden Offenbarung betrifft eine Sensorhalterung, eingerichtet zur Anbringung an der Außenseite einer geschlossenen Wand eines Kunststoffbehälters und zum Halten eines oben und im Folgenden beschriebenen Sensors. Die Sensorhalterung weist ein zweites Befestigungselement auf, welches zur Anbringung des Sensors an der geschlossenen Wand des Kunststoffbehälters ausgeführt ist, sowie eine zweite ringförmige Befestigungseinrichtung, auf deren Rotationsachse beziehungsweise Spiegelachse sich das zweite Befestigungselement befindet. Die zweite ringförmige Befestigungseinrichtung weist eine Elektromagnetanordnung auf.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung weist die Sensorhalterung eine Steuereinheit und eine drahtlose Kommunikationsschnittstelle auf, die zur Kommunikation mit der drahtlosen Kommunikationsschnittstelle des Sensors ausgeführt sind.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung ist die Steuereinheit der Sensorhalterung eingerichtet, die Elektromagnetanordnung derart anzusteuern, um den Sensor durch Magnetkraft zu verschwenken.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung ist die Steuereinheit eingerichtet, durch Auswertung der vom Sensor erfassten Messdaten zu erkennen, dass sich ein Schüttgutkegel bildet, der die Füllstandmessung verfälscht, und als Reaktion hierauf einen neuen Messpunkt zu bestimmen, so dass wieder eine fehlerfreie Messung möglich ist. Diese Messpunkte können beispielsweise vorab definiert sein und dem Sensor während eines Lern- und Kalibrierungsprozesses beigebracht werden.
Ein weiterer Aspekt der vorliegenden Offenbarung betrifft ein Sensorsystem, aufweisend einen oben und im Folgenden beschriebenen Sensor und eine oben und im Folgenden beschriebene Sensorhalterung.
Das Sensorsystem ist beispielsweise derart ausgeführt, dass die erste ringförmige Befestigungseinrichtung des Sensors mit der zweiten ringförmigen Befestigungseinrichtung der Sensorhalterung korrespondiert. Ebenso korrespondiert das erste Befestigungselement des Sensors mit dem zweiten Befestigungselement der Sensorhalterung.
Unter dem Begriff „Prozessautomatisierung im industriellen Umfeld“ kann ein Teilgebiet der Technik verstanden werden, welches Maßnahmen zum Betrieb von Maschinen und Anlagen ohne Mitwirkung des Menschen beinhaltet. Ein Ziel der Prozessautomatisierung ist es, das Zusammenspiel einzelner Komponenten einer Werksanlage in den Bereichen Chemie, Lebensmittel, Pharma, Erdöl, Papier, Zement, Schifffahrt oder Bergbau zu automatisieren. Hierzu können eine Vielzahl an Sensoren eingesetzt werden, welche insbesondere an die spezifischen Anforderungen der Prozessindustrie, wie bspw. mechanische Stabilität, Unempfindlichkeit gegenüber Verschmutzung, extremen Temperaturen und extremen Drücken, angepasst sind. Messwerte dieser Sensoren werden üblicherweise an eine Leitwarte übermittelt, in welcher Prozessparameter wie Füllstand, Grenzstand, Durchfluss, Druck oder Dichte überwacht und Einstellungen für die gesamte Werksanlage manuell oder automatisiert verändert werden können.
Ein Teilgebiet der Prozessautomatisierung im industriellen Umfeld betrifft die Logistikautomation von Anlagen und die Logistikautomation von Lieferketten. Mit Hilfe von Distanz- und Winkelsensoren werden im Bereich der Logistikautomation Abläufe innerhalb oder außerhalb eines Gebäudes oder innerhalb einer einzelnen Logistikanlage automatisiert. Typische Anwendungen finden z.B. Systeme zur Logistikautomation im Bereich der Gepäck- und Frachtabfertigung an Flughäfen, im Bereich der Verkehrsüberwachung (Mautsysteme), im Handel, der Paketdistribution oder aber auch im Bereich der Gebäudesicherung (Zutrittskontrolle). Gemein ist den zuvor aufgezählten Beispielen, dass eine Präsenzerkennung in Kombination mit einer genauen Vermessung der Größe und der Lage eines Objektes von der jeweiligen Anwendungsseite gefordert wird. Hierfür können Sensoren auf Basis optischer Messverfahren mittels Laser, LED, 2D-Kameras oder 3D-Kameras, die nach dem Laufzeitprinzip (time of flight, ToF) Abstände erfassen, verwendet werden.
Ein weiteres Teilgebiet der Prozessautomatisierung im industriellen Umfeld betrifft die Fabrik-ZFertigungsautomation. Anwendungsfälle hierzu finden sich in den unterschiedlichsten Branchen wie Automobilherstellung, Nahrungsmittelherstellung, Pharmaindustrie oder allgemein im Bereich der Verpackung. Ziel der Fabrikautomation ist, die Herstellung von Gütern durch Maschinen, Fertigungslinien und/oder Roboter zu automatisieren, d. h. ohne Mitwirkung des Menschen ablaufen zu lassen. Die hierbei verwendeten Sensoren und spezifischen Anforderungen im Hinblick auf die Messgenauigkeit bei der Erfassung der Lage und Größe eines Objektes sind mit denen der im vorigen Beispiel der Logistikautomation vergleichbar. Die in den Ansprüchen verwendeten Begriffe sollten so ausgelegt werden, dass sie die weitestmögliche vernünftige Interpretation in Übereinstimmung mit der vorstehenden Beschreibung erhalten. Zum Beispiel sollte die Verwendung des Artikels "ein" oder "der" bei der Einführung eines Elements nicht so ausgelegt werden, dass sie eine Vielzahl von Elementen ausschließt. Ebenso sollte die Erwähnung von "oder" so ausgelegt werden, dass sie eine Vielzahl von Elementen einschließt, so dass die Erwähnung von "A oder B" nicht "A und B" ausschließt, es sei denn, aus dem Kontext oder der vorangehenden Beschreibung geht klar hervor, dass nur eines von A und B gemeint ist. Ferner ist die Formulierung "mindestens eines von A, B und C" als eines oder mehrere Elemente aus einer Gruppe von Elementen zu verstehen, die aus A, B und C besteht, und nicht so auszulegen, dass mindestens eines von jedem der aufgeführten Elemente A, B und C erforderlich ist, unabhängig davon, ob A, B und C als Kategorien oder auf andere Weise miteinander verbunden sind. Darüber hinaus sollte die Erwähnung von "A, B und/oder C" oder "mindestens eines von A, B oder C" so ausgelegt werden, dass sie jede einzelne Einheit der aufgeführten Elemente, z. B. A, jede Teilmenge der aufgeführten Elemente, z. B. A und B, oder die gesamte Liste der Elemente A, B und C umfasst.
Im Folgenden werden mit Verweis auf die Figuren weitere Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung beschrieben. Werden in den Figuren die gleichen Bezugszeichen verwendet, so bezeichnen diese gleiche oder ähnliche Elemente. Die Darstellungen in den Figuren sind schematisch und nicht maßstäblich.
Kurze Beschreibung der Figuren
Fig. 1 zeigt einen Behälter mit einem daran angebrachten Sensorsystem.
Fig. 2 zeigt eine Sensorhalterung.
Fig. 3 zeigt einen Behälter mit einem daran angebrachten Sensorsystem in verkipptem Zustand.
Fig. 4 zeigt eine Querschnittsdarstellung eines Sensors. Fig. 5 zeigt eine Querschnittsdarstellung eines Sensors gemäß einerweiteren Ausführungsform.
Detaillierte Beschreibung von Ausführungsformen
Fig. 1 zeigt einen Behälter 105, an dem ein Sensorsystem befestigt ist. Das Sensorsystem besteht aus einem Sensor 100, der innen im Behälter an der Behälterwand befestigt ist, sowie einer Sensorhalterung 200, die sich auf der gegenüberliegenden Seite der Behälterwand befindet.
Die Sensorhalterung 200 weist ein (zweites) Befestigungselement 204 auf, das sich in der Mitte der Unterseite der Sensorhalterung 200 befindet und beispielsweise in die Gehäusewand der Sensorhalterung 200 integriert ist oder innen daran befestigt ist. Bei diesem zweiten Befestigungselement 204 handelt es sich beispielsweise um einen Permanentmagneten oder ein ferromagnetisches Material.
Um das zweite Befestigungselement 204 herum befindet sich ein Ring an Elektromagneten 203, der weiter oben auch als zweite ringförmige Befestigungseinrichtung bezeichnet ist.
Die einzelnen Elektromagnete sind an die Elektronik beziehungsweise Steuereinheit 202 der Sensorhalterung 200 angeschlossen und können von dieser einzeln angesteuert werden. Die Steuereinheit 202 ist mit der drahtlosen Kommunikationsschnittstelle 209 verbunden, welche Steuerdaten von einer entsprechenden Kommunikationsschnittstelle 109 des Sensors 100 empfängt.
Der Sensor 100 weist ein Sensorgehäuse 102 auf, in dem sich neben der drahtlosen Kommunikationsschnittstelle 109 eine Steuereinheit 108 befindet, welche die Messungen des Sensors 100 steuert und Steuerdaten für die Steuerung 202 der Sensorhalterung 200 generiert, welche dann von der Kommunikationsschnittstelle 109 an die Kommunikationsschnittstelle 209 der Sensorhalterung 200 übertragen werden.
Das Gehäuse 102 des Sensors 100 weist im oberen Bereich eine konvexe Form auf. Auf der Mittelachse des Sensors 100 befindet sich im oberen Bereich, entweder eingebettet in das Sensorgehäuse oder innen daran angebracht, ein „erstes“ Befestigungselement 104, beispielsweise in Form eines Elektro- oder Permanentmagneten, oder eines Ferroelektrikums.
Ebenfalls befindet sich oben am oder im Gehäuse eine erste ringförmige Befestigungseinrichtung 107, konzentrisch mit der oben beschriebenen Achse, auf der sich das erste Befestigungselement 104 befindet.
Die Positionen und Abmessungen des ersten Befestigungselements 104 und der ersten ringförmigen Befestigungseinrichtung 107 korrespondieren hierbei mit den Positionen und Abmessungen der entsprechenden Gegenstücke der Sensorhalterung 200, nämlich dem zweiten Befestigungselement 204 und der zweiten ringförmigen Befestigungseinrichtung 203.
Der Sensor 100 wird über magnetische Kräfte, die durch die Behälterwand hindurchwirken, an der Sensorhalterung 200 gehalten.
Dies ermöglicht die Befestigung des autarken Sensors 100 mittels Magneten 203, 204, 107, 104 in dem Behälter 105. Der Sensor 100 weist beispielsweise kein Anzeige- oder Bedienmodul auf. Die Sensorhalterung 200 weist Magnete auf und ist so ausgebildet, dass mehrere Positionierungen/Ausrichtungen des Sensors 100 möglich sind. Die Sensorhalterung 200 und der Sensor 100 können über die drahtlosen Schnittstellen 209, 109 beispielsweise mittels Nahbereichskommunikation (NFC, LoRa, ...) miteinander kommunizieren.
Eine in der Sensorhalterung 200 integrierte Steuereinheit 202 steuert die Elektromagnete der zweiten ringförmigen Befestigungseinrichtung 203.
Der Sensor 100 kann eine konvexe Oberseite aufweisen, in der sich ebenfalls Magnete oder ein ferromagnetisches Metall befinden. Die Elektronik in der Sensorhalterung 200 kann dann mittels Ein-/Ausschalten bestimmter Magnete die Ausrichtung des Sensors 100 beeinflussen. Die Magnete in der Sensorhalterung 200 können einzeln geschaltet werden.
Durch die konvexe Oberfläche des Sensors 100 neigt sich dieser um sein Rotationszentrum. Im Rotationszentrum befindet sich eine neig-/schwenkbare Befestigung (erstes Befestigungselement 104), zur Befestigung des Sensors 100 an dem Behälter 105. Hierbei handelt es sich beispielsweise um einen Magneten 104. Der magnetische Gegenpart 204 hierzu kann sich dann in der Sensorhalterung 200 befinden.
Der Sensor 100 kann über die drahtlose Kommunikationsschnittstelle 109 kommunikativ mit der Sensorhalterung 200 verbunden sein, so dass Steuerbefehle an die Steuereinheit 202 der Sensorhalterung 200 übermittelt werden können. Die Steuereinheit 202 in der Sensorhalterung 200 kann diese Befehle dann in ein Einbeziehungsweise Ausschalten der Elektromagnete der zweiten ringförmigen Befestigungseinrichtung 203 umwandeln und somit den Sensor 100 in unterschiedliche Ausrichtungen/Positionierungen bringen.
Dies bedeutet, dass der Sensor 100 sich selbst mittels der Sensorhalterung 200 in bestimmte Ausrichtungen bringen kann. Diese Ausrichtungen können verschiedene Messpunkte zum Beispiel auf einer Schüttguthalde sein.
Die Sensorelektronik kann so intelligent sein, dass sie selbstständig erkennt, wenn sich beispielsweise ein Schüttgutkegel bildet, der den eigentlichen Behältermessstand verfälscht. Als Reaktion hierauf bestimmt die Steuereinheit 108 einen neuen Messpunkt, so dass wieder eine fehlerfreie Messung möglich ist. Diese Messpunkte können beispielsweise vorab definiert sein und dem Sensor während eines Lern- und Kalibrierungsprozesses beigebracht werden.
Der Sensor 100 kann beispielsweise erkennen, dass in einer bestimmten Zeit der Behälter sehr schnell gefüllt wird und dann entsprechend einen anderen Messpunkt anfahren, indem er sieh verkippt.
Der oben beschriebene Sensor kann also vordefinierte Messpunkte selbstständig anfahren, Schüttkegelbildungen erkennen und auf diese selbstständig reagieren, indem er die magnetische Sensorhalterung 200 entsprechend ansteuert, um verkippt zu werden. Zwischen dem Sensor 100 und der Sensorhalterung 200 befindet sich im Regelfall die Behälterwand. Es kann aber auch vorgesehen sein, dass die Sensorhalterung 200 ebenfalls innen am Behälter angebracht ist, so dass sich Sensorhalterung 200 und Sensor 100 berühren. Die Kommunikation zwischen dem Sensor 100 und der Sensorhalterung 200 kann drahtlos mittels NFC, LoRa, etc. erfolgen. Die Oberfläche des Sensors 100, die die Behälterwand berührt, kann konvex geformt sein, wodurch ein Verkippen des Sensors vereinfacht wird. Insbesondere kann der (autarke) Sensor 100 mittels der Sensorhalterung 200 selbstständig vordefinierte Messpunkte anfahren und sich dementsprechend räumlich ausrichten.
Fig. 2 zeigt eine Sensorhalterung 200. Im Zentrum der Sensorhalterung 200 ist das zweite Befestigungselement 204 angeordnet. Darum herum befindet sich die zweite ringförmige Befestigungseinrichtung 203, die in diesem Ausführungsbeispiel aus einzelnen Elektromagneten besteht. Jeder diese Elektromagnete ist an die Steuereinheit 202 angeschlossen und kann von dieser einzeln angesteuert werden.
Die Elektromagnete befinden sich ringförmig auf der Sensorhalterung 200. Der Sensor und die Sensorhalterung 200 gehen durch die Behälterwand hindurch eine magnetische Verbindung ein. Der Magnet 204 ist vorzugsweise sehr stark, so dass der Sensor sicher befestigt werden kann. Die ringförmig angeordneten Elektromagnete der ringförmigen Befestigungseinrichtung 203 können einzeln ein- und ausgeschaltet werden. Der Sensor 100 hat auf seiner Oberseite, wo sich seine Magnete befinden, eine Krümmung (vgl. Fig. 1). Hierbei ist die Magnetverbindung zwischen den Magneten 104, 204 so stark, dass sie den Sensor 100 in jedem Anwendungsfall festhält. Zusätzlich können nun einzelne Ringsegmente der ringförmigen Befestigungseinrichtung 203 der Sensorhalterung eingeschalten werden. Diese ziehen dann den Sensor 100 in diesem Bereich zu sich beziehungsweise zur Behälterwand. Durch die Krümmung der Oberfläche des Sensors 100 neigt sich dieser. Dies ist in Fig. 3 gezeigt.
Fig. 4 zeigt eine weitere mögliche Ausgestaltung des Gehäuses 102 des Sensors 100. In dieser Ausführungsform besteht die Oberseite des Gehäuses 102 aus mehreren Segmenten, die gewinkelt zueinander angeordnet sind, also verschiedene Orientierungen ihrer Oberfläche aufweisen. In oder an jedem dieser Segmente befindet sich ein ferromagnetisches Element der ringförmigen Befestigung 107. Im obersten Segment befindet sich mittig das erste Befestigungselement 104.
Eine weitere Ausführungsform ist in Fig. 5 gezeigt, welche mehr Segmente aufweist als die Ausführungsform der Fig. 4. Auch hier befindet sich in jedem der Segmente ein ferromagnetisches Element der ringförmigen Befestigungseinrichtung 107. Genauer gesagt sind in diesem Ausführungsbeispiel zwei ringförmige Befestigungseinrichtungen 107 vorgesehen, die konzentrisch zueinander angeordnet sind und somit zwei Ringe mit unterschiedlichem Durchmesser ausbilden. Dies ermöglicht eine zweistufige Verkippung des Sensors 100, je nachdem welcher Ring gerade von dem entsprechenden Elektromagneten der Sensorhalterung angezogen wird.
In diesem Fall weist auch die Sensorhalterung 200 zwei ringförmige Befestigungseinrichtungen auf, deren Durchmesser und Lage mit den ringförmigen Befestigungseinrichtungen des Sensors 100 korrespondieren.

Claims

Patentansprüche
1 . Sensor (100) für die Prozessautomatisierung im industriellen oder privaten Umfeld, zur Erfassung einer Messgröße eines Mediums in dem Kunststoffbehälter (105), aufweisend: ein Sensorgehäuse (102); ein erstes Befestigungselement (104), welches ein Rotationszentrum des Sensors (100) definiert und zur schwenkbaren Anbringung des Sensors (100) an der geschlossenen Wand des Kunststoffbehälters (105) ausgeführt ist; eine erste ringförmige Befestigungseinrichtung (107), auf deren Rotationsachse sich das erste Befestigungselement (104) befindet; wobei die erste ringförmige Befestigungseinrichtung (107) ein ferromagnetisches Material aufweist.
2. Sensor (100) nach Anspruch 1 , wobei die erste ringförmige Befestigungseinrichtung (107) in Form eines ringförmigen Bandes ausgeführt ist.
3. Sensor (100) nach Anspruch 1 , wobei die erste ringförmige Befestigungseinrichtung (107) in Form von mehreren Befestigungselementen ausgeführt ist, welche entlang eines Kreises beabstandet zueinander angeordnet sind.
4. Sensor (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Sensorgehäuse (102) im Bereich des ersten Befestigungselements (104) und der ersten ringförmigen Befestigungseinrichtung (107) konvex ausgeführt ist.
5. Sensor (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei das Sensorgehäuse (102) im Bereich des ersten Befestigungselements (104) und der ringförmigen Befestigungseinrichtung (107) eine Vielzahl an Oberflächensegmenten aufweist, die gewinkelt zueinander angeordnet sind.
6. Sensor (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das erste Befestigungselement (104) schwenkbar ausgeführt ist.
7. Sensor (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das erste Befestigungselement (104) ein ferromagnetisches Material aufweist.
8. Sensor (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, weiter aufweisend: eine Steuereinheit (108) und eine drahtlose Kommunikationsschnittstelle (109), eingerichtet zur Kommunikation mit einer Sensorhalterung (200) für den Sensor (100).
9. Sensor (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, eingerichtet zur Anbringung an der Innenseite einer geschlossenen Wand eines Kunststoffbehälters (105).
10. Sensorhalterung (200), eingerichtet zur Anbringung an der Außenseite einer geschlossenen Wand eines Kunststoffbehälters (105) und zum Halten eines Sensors (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, aufweisend: ein zweites Befestigungselement (204), welches zur Anbringung des Sensors (100) an der geschlossenen Wand des Kunststoffbehälters (105) ausgeführt ist; eine zweite ringförmige Befestigungseinrichtung (203), auf deren Rotationsachse sich das zweite Befestigungselement (204) befindet; wobei die zweite ringförmige Befestigungseinrichtung (203) eine Elektromagnetanordnung aufweist.
11 . Sensorhalterung (200) nach Anspruch 10, weiter aufweisend: eine Steuereinheit (202) und eine drahtlose Kommunikationsschnittstelle (209), eingerichtet zur Kommunikation mit der drahtlosen Kommunikationsschnittstelle (109) des Sensors (100).
12. Sensorhalterung (200) nach Anspruch 11 , wobei die Steuereinheit (202) eingerichtet ist, die Elektromagnetanordnung derart anzusteuern, um den Sensor (100) durch Magnetkraft zu schwenken.
13. Sensorsystem, aufweisend einen Sensor (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 9 und eine Sensorhalterung (200) nach einem der Ansprüche 10 bis 12.
14. Sensorsystem nach Anspruch 13, wobei die erste ringförmige Befestigungseinrichtung (107) mit der zweiten ringförmigen Befestigungseinrichtung (203) korrespondiert; und wobei das erste Befestigungselement (104) mit dem zweiten
Befestigungselement (204) korrespondiert.
15. Sensorsystem nach Anspruch 13 oder 14, wobei die Steuereinheit (202) der Sensorhalterung (200) und/oder die Steuereinheit (108) des Sensors (100) eingerichtet ist, durch Auswertung der vom Sensor (100) erfassten Messdaten zu erkennen, dass sich ein Schüttgutkegel bildet, der die Füllstandmessung verfälscht, und als Reaktion hierauf einen neuen Messpunkt zu bestimmen, so dass wieder eine fehlerfreie Messung möglich ist.
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